JP5935897B2 - 通信ノード、通信システム、制御装置、パケット転送方法及びプログラム - Google Patents

Description

（関連出願についての記載）
本発明は、日本国特許出願：特願２０１２−２２４７１３号（２０１２年１０月１０日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
本発明は、通信ノード、通信システム、制御装置、パケット転送方法及びプログラムに関し、特に、制御装置により集中制御される通信ノード、通信システム、制御装置、パケット転送方法及びプログラムに関する。

近年、オープンフロー（ＯｐｅｎＦｌｏｗ）という技術が提案されている（非特許文献１、２参照）。オープンフローは、通信をエンドツーエンドのフローとして捉え、フロー単位で経路制御、障害回復、負荷分散、最適化を行うものである。非特許文献２に仕様化されているオープンフロースイッチは、オープンフローコントローラとの通信用のセキュアチャネルを備え、オープンフローコントローラから適宜追加または書き換え指示されるフローテーブルに従って動作する。フローテーブルには、フロー毎に、パケットヘッダと照合するマッチ条件（Ｍａｔｃｈ Ｆｉｅｌｄｓ）と、フロー統計情報（Ｃｏｕｎｔｅｒｓ）と、処理内容を定義したインストラクション（Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ）と、の組が定義される（非特許文献２の「４．１ Ｆｌｏｗ Ｔａｂｌｅ」の項参照）。

例えば、オープンフロースイッチは、パケットを受信すると、フローテーブルから、受信パケットのヘッダ情報に適合するマッチ条件（非特許文献２の「４．３ Ｍａｔｃｈ Ｆｉｅｌｄｓ」参照）を持つエントリを検索する。検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つかった場合、オープンフロースイッチは、フロー統計情報（カウンタ）を更新するとともに、受信パケットに対して、当該エントリのインストラクションフィールドに記述された処理内容（指定ポートからのパケット送信、フラッディング、廃棄等）を実施する。一方、検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つからなかった場合、オープンフロースイッチは、セキュアチャネルを介して、オープンフローコントローラに対してエントリ設定の要求、即ち、受信パケットを処理するための制御情報の送信要求（Ｐａｃｋｅｔ−Ｉｎメッセージ）を送信する。オープンフロースイッチは、処理内容が定められたフローエントリを受け取ってフローテーブルを更新する。このように、オープンフロースイッチは、フローテーブルに格納されたエントリを制御情報として用いてパケット転送を行う。

Ｎｉｃｋ ＭｃＫｅｏｗｎほか７名、"ＯｐｅｎＦｌｏｗ： Ｅｎａｂｌｉｎｇ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃａｍｐｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２４（２０１２）年１０月４日検索］、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "ＯｐｅｎＦｌｏｗ Ｓｗｉｔｃｈ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ" Ｖｅｒｓｉｏｎ １．１．０ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ （Ｗｉｒｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ０ｘ０２）、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２４（２０１２）年１０月４日検索］、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.1.0.pdf〉

以下の分析は、本発明によって与えられたものである。また、上記先行技術文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。上記した非特許文献１、２のオープンフローに代表される集中制御型のネットワークでは、フローが増える毎に、経路上のスイッチ等の通信ノードにエントリを設定する必要がある。このため、接続端末と通信先の組み合わせが増えると、これに応じてフローエントリ数も増大し、また、制御装置２０の負荷も増大してしまうという問題点がある。

個々の通信ノードが保持するエントリ数が多くなると、コントローラ（制御装置）の負荷も増大するほか、通信ノードのエントリ検索に掛かる時間も増大し、応答性能にも影響してくる。同様に、通信ノードが保持するエントリ数が多くなると、これらを管理する制御装置２０の負荷も増大する。このため、通信ノードが保持するエントリ数をなるべく少なくしたいという要請がある。

本発明は、集中制御型のネットワークにおける通信ノードに保持させるエントリ数の削減、制御装置の負荷軽減に貢献できる通信ノード、通信システム、制御装置、パケット転送方法及びプログラムを提供することを目的とする。

第１の視点によれば、少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、所定の制御装置から設定されたマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先としてそれぞれ登録する宛先学習部と、前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、前記制御装置から設定された第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするパケット処理部と、を備える通信ノードが提供される。

第２の視点によれば、少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先としてそれぞれ登録する宛先学習部と、前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするパケット処理部と、を備える複数の通信ノードと、前記複数の通信ノードによって構成されるネットワークにブロードキャスト経路を計算し、該ブロードキャスト経路に従い、前記通信ノードの少なくとも第２のテーブルにエントリを設定する制御装置と、を含む通信システムが提供される。

第３の視点によれば、上記した通信ノードのテーブルにエントリを設定する制御装置が提供される。

第４の視点によれば、少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先としてそれぞれ登録する宛先学習部と、パケット処理部とを備える通信ノードが、前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送するステップと、前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするステップと、を含むパケット転送方法が提供される。本方法は、受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリに従って受信パケットを処理する通信ノードという、特定の機械に結びつけられている。

第５の視点によれば、少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先としてそれぞれ登録する宛先学習部と、パケット処理部とを備える通信ノードに搭載されたコンピュータに、前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送する処理と、前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストする処理と、を実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な（非トランジエントな）記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。

本発明によれば、集中制御型のネットワークにおける通信ノードに保持させるエントリ数の削減、制御装置の負荷軽減に貢献できる。

一実施形態の構成を示す図である。 一実施形態の動作を説明するための図である。 第１の実施形態の通信システムの構成を示す図である。 第１の実施形態の通信ノードの詳細構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の動作（トポロジ検索）を説明するための図である。 第１の実施形態の動作（経路計算）を説明するための図である。 第１の実施形態の動作（宛先学習）を説明するための図である。 第１の実施形態の動作（パケット転送）を説明するための図である。 第１の実施形態の動作（障害時処理）を説明するための図である。

はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

本願開示の一実施形態は、図１に示すように、第１、第２のテーブル１１、１２と、宛先学習部１３と、パケット処理部１４とを備える通信ノード１０と、制御装置２０とを含む構成にて実現できる。

第１のテーブル１１は、少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する。第２のテーブル１２は、送信元アドレスをマッチ条件とする第２のエントリを格納する。ここでは、制御装置２０が、端末Ａ〜端末Ｃが接続していることを検出し、第２のテーブル１２に端末Ａ〜端末Ｃのアドレスを送信元アドレスとする第２のエントリが設定されているものとする。

宛先学習部１３は、受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、第１のテーブル１１のマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する。

パケット処理部１４は、第１、第２のテーブル１１、１２から受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、制御装置２０から設定された第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストする。なお、この第３のエントリは、第２のテーブル１２に、第２のエントリよりも下位の優先度が適用されるように格納しても良いし、第２のテーブル１２の次に参照されるべき第３のテーブル等に格納してもよい。

例えば、図２に示すように複数の通信ノード１０によって構成されたネットワークに、端末Ａ〜Ｃが接続されている場合において、端末Ｃが端末Ａ宛てにパケットを送信した場合を考える。図２の破線は、制御装置２０によって計算されたブロードキャスト／マルチキャスト経路（以下、ＢＣＭＣ経路）を示している。

通信ノード１０は、端末Ｃからのパケットを受信するが、第１のテーブル１１に、端末Ｃからのパケットに適合するマッチ条件を持つエントリがないため（未学習であるため）、図２に示すブロードキャスト経路を実現する第３のエントリに従い受信パケットを転送する。

この転送経路上の通信ノード１０の宛先学習部１３は、前記ブロードキャスト経路に従って転送された端末Ｃから端末Ａ宛てのパケットを受信すると、受信パケットの送信元（端末Ｃ）と受信ポート（端末Ｃからのパケットの受信ポート）との組を、第１のテーブル１１のマッチ条件と出力先として持つ第１のエントリとしてそれぞれ登録する。

その後、ブロードキャストされたパケットを受信した端末Ａが端末Ｃに応答パケットを送信すると、前記経路上の通信ノード１０の第１のテーブル１１には、端末Ｃの宛先アドレスをマッチ条件とし、端末Ｃからのパケットを受信したポートを出力先とする第１のエントリが登録されているため、通信ノード１０は、第１のエントリが見つかったと判定する。さらに、通信ノード１０の第２のテーブルには、前述のとおり、制御装置２０により、送信元の端末Ａをマッチ条件とする第２のエントリが登録されているため、通信ノード１０は、第２のエントリが見つかったと判定する。この結果、端末Ａから端末Ｃへ宛てられた応答パケットは端末Ｃにユニキャスト転送される。

前記転送の過程で、通信ノード１０の宛先学習部１３は、応答パケットの送信元（端末Ａ）と受信ポート（端末Ａからのパケットの受信ポート）との組を、第１のテーブル１１のマッチ条件と出力先として持つ第１のエントリとしてそれぞれ登録する。この結果、端末Ｃから端末Ａ宛てたパケットは、次回以降、第１のエントリ及び第２のエントリのヒットすることになり、ユニキャスト転送されることになる。

以上のように、集中制御型のネットワークを用いて、レイヤ２スイッチのような転送操作が実現され、経路上の転送ノードが保持するエントリの数の削減、制御装置２０の負荷軽減が実現される。

［第１の実施形態］
続いて、第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図３は、第１の実施形態の通信システムの構成を示す図である。図３を参照すると、図３に示したようにデータ転送用リンクで接続された通信ノード１０２１〜１０２４と、制御用リンクを介してこれらの通信ノード１０２１〜１０２４を制御する制御装置１０１と、を含んだ構成が示されている。また、通信ノード１０２１には、端末１０３１が接続され、通信ノード１０２４には、端末１０３２が接続されている。

制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４によって構成されるネットワークトポロジに基づいて、ＢＣＭＣ経路を計算する。また、制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４に対し、非特許文献２のオープンフロープロトコル等を用いて、前記計算したＢＣＭＣ経路を実現するエントリを設定する。制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４の第１テーブルに、ミスヒット用のエントリを登録し、通信ノード１０２１〜１０２４の第２テーブルに、既知の送信元を判別するためのエントリ（ＳｒｃＭＡＣ用エントリ）と、ブロードキャスト用エントリを登録する。具体的な内容は、通信ノード１０２１〜１０２４の詳細構成と共に後述する。なお、このような制御装置２０は、非特許文献１、２のオープンフローコントローラをベースに、後述するエントリ操作機能を搭載することで実現可能である。

端末１０３１、１０３２は、通信ノード１０２１〜１０２４によって構成されるネットワークを介して通信するパーソナルコンピュータや各種モバイル端末等である。

図４は、第１の実施形態の通信ノードの詳細構成を示すブロック図である。以下、通信ノード１０２１〜１０２４を特に区別しない場合、「通信ノード１０２」と表して説明する。

図４を参照すると、通信ノード１０２は、制御装置１０１と制御メッセージを授受するプロトコル制御部１０３と、入力ポート１０４と、テーブル記憶部１０５と、出力ポート１１２とを備えている。なお、図４では、説明を簡単にするために、図１に示した宛先学習部１３、パケット処理部１４を省略しているが、通信ノード１０２におけるパケット処理は、テーブル記憶部１０５に記憶された２つテーブル（Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９））の検索結果によって決定される。また、通信ノード１０２は、受信パケットに基づいて、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）に、宛先アドレスと出力ポートとを対応付けたエントリ（ＤｓｔＭＡＣ用エントリ）を登録する学習機能を備えている。

テーブル記憶部１０５は、パイプライン処理されるＴａｂｌｅ０（符号１０６）と、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）とが記憶されている。パイプライン処理とは、複数のテーブルを所定の順序で参照していき、必要に応じパケットヘッダやメタデータを書き換えながら、各テーブルのエントリのマッチ条件と照合していき、１以上の処理内容（アクション）を決定していく処理である（非特許文献２の「４．１．１ Ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」参照）。

本実施形態では、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）の次に、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）が参照される。従って、入力ポート１０４でパケットが受信されると、最初にＴａｂｌｅ０（符号１０６）から受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリの検索が行われる。

図４の例では、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）には、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７と、ミスヒット用エントリ１０８とが格納されている。

ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７は、上記した第１のエントリに相当し、運用中に、通信ノード１０２の宛先学習部（不図示）により設定される。例えば、送信元ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）アドレス（ＳｒｃＭＡＣ）がＸ、宛先ＭＡＣアドレス（ＤｓｔＭＡＣ）がＹ、ＶＬＡＮ ＩＤ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ ＩＤ）がＺであるパケット（以下、｛ＳｒｃＭＡＣ：Ｘ、ＤｓｔＭＡＣ：Ｙ、ＶＩＤ：Ｚ｝と記す。）が入力ポート：Ａから流入した場合、通信ノードの宛先学習部は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）に、以下のようなエントリを追加する。

マッチ条件：ＤｓｔＭＡＣ＝Ｘ かつ ＶＩＤ＝Ｚ
インストラクション：Ｗｒｉｔｅ−Ｍｅｔａｄａｔａ＝１
：Ｗｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎ（ＯＵＴＰＵＴ＝Ａ）
：Ｇｏｔｏ Ｔａｂｌｅ＝１

ここで、Ｗｒｉｔｅ−Ｍｅｔａｄａｔａは、メタデータとして、ＤｓｔＭＡＣ用エントリのマッチ条件に適合（ヒット）したことを示すフラグ「１」を立てる処理を行うことを指示するものである。また、Ｗｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎ（ＯＵＴＰＵＴ＝Ａ）は、出力ポート１１２のうちのポートＡから対象パケットを転送することを指示するものである。また、Ｇｏｔｏ Ｔａｂｌｅ＝１は、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）を参照してエントリを検索することを指示するものである。

ミスヒット用エントリ１０８は、運用開始時にコントローラから設定されるエントリ（第４のエントリ）である。受信パケットが学習済みのいずれのＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７にもヒットしなかった場合に、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）を参照してエントリを検索することを指示するものである。

また、図４の例では、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）には、ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０と、ブロードキャスト用エントリ１１１とが格納されている。

ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０は、上記した第２のエントリに相当し、運用中に、制御装置１０１から設定される。例えば、例えば、制御装置１０１があるユーザ（端末）の所在｛ＭＡＣアドレス：Ｙ、ＶＩＤ＝Ｚのユーザが通信ノードのポート：Ｂに接続されている｝を認識した場合、制御装置１０１は、通信ノード１０２に、ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０として、以下のようなエントリを設定する。

マッチ条件：Ｍｅｔａｄａｔａ＝１ かつ Ｉｎｐｏｒｔ＝Ｂ かつ ＳｒｃＭＡＣ＝Ｙ かつ ＶＩＤ＝Ｚ
インストラクション：無し

以上のように、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７とＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０とが設定されることにより、通信ノード１０２は、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７及びＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０にヒットしたパケットについて、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７でＷｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎとして設定されたポートＡからのユニキャスト転送動作を行う。

なお、ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０のマッチ条件から、ＳｒｃＭＡＣ、入力ポート（Ｉｎｐｏｒｔ）やＶＩＤのいずれか１つ以上を省略することもできる。いずれもマッチ条件としない場合、その場合は以下のようなＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０が設定される。

マッチ条件：Ｍｅｔａｄａｔａ＝１
インストラクション：無し

この場合、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７にヒットしたという事実だけで、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７でＷｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎとして設定されたポートＡからのユニキャスト転送動作が行われることになる。

ブロードキャスト用エントリ１１１は、運用開始時にコントローラから設定されるエントリ（第３のエントリ）である。ブロードキャスト用エントリ１１１により、いずれのＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０にもヒットしなかったパケット（ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７にヒットせず、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグ「１」が立てられなかった場合も含む）が制御装置１０１により設定されたブロードキャスト経路で転送される。

以上のように、通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）は、テーブル記憶部１０５のＴａｂｌｅ０（符号１０６）と、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）とを順番に参照していき、決定したポートにパケットを出力する。

ここで、通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）の動作について、具体的な例を示して説明する。以下、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）とＴａｂｌｅ１（符号１０９）には、以下のＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７とＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０とが設定されているものとする。

［ＤｓｔＭＡＣ用エントリ］
マッチ条件：ＤｓｔＭＡＣ＝Ｘ かつ ＶＩＤ＝Ｚ
インストラクション：Ｗｒｉｔｅ−Ｍｅｔａｄａｔａ＝１
：Ｗｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎ（ＯＵＴＰＵＴ＝Ａ）
：Ｇｏｔｏ Ｔａｂｌｅ＝１

［ＳｒｃＭＡＣ用エントリ］
マッチ条件：Ｍｅｔａｄａｔａ＝１ かつ Ｉｎｐｏｒｔ＝Ｂ かつ ＳｒｃＭＡＣ＝Ｙ かつ ＶＩＤ＝Ｚ
インストラクション：無し

（１）ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７：ヒット無し／ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０：ヒット無しの場合
通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）から、入力ポート：Ｂから受信したパケットに適合するマッチ条件を持つエントリを検索する。ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７が存在していないため、ミスヒット用エントリ１０８にヒットして、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグが立てられることなく、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索が開始される。Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索においても、受信パケットに適合するマッチ条件を持つＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０が存在しておらず、ブロードキャスト用エントリ１１１にヒットしてパケットはブロードキャストされる。

（２）ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７：ヒット／ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０：ヒット無しの場合
通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）から、入力ポート：Ｂから受信したパケットに適合するマッチ条件を持つエントリを検索する。受信パケットに適合するＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７が見つかったため、パケット処理部（不図示）は、そのインストラクションフィールドの内容（Ｗｒｉｔｅ−Ｍｅｔａｄａｔａ＝１、Ｗｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎ（ＯＵＴＰＵＴ＝Ａ））を実行した上で、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索を開始する。しかしながら、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索の結果、受信パケットに適合するマッチ条件を持つＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０が存在しておらず、ブロードキャスト用エントリ１１１にヒットしてパケットはブロードキャストされる。

（３）ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７：ヒット無し／ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０：ヒットの場合
通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）から、入力ポート：Ｂから受信したパケットに適合するマッチ条件を持つエントリを検索する。ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７が存在していないため、ミスヒット用エントリ１０８にヒットして、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグが立てられることなく、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索が開始される。Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）には、受信パケットのＳｒｃＭＡＣアドレスに適合するマッチ条件を持つＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０があるのだが、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグが立てられていないため、マッチすることにならず、最終的に、ブロードキャスト用エントリ１１１にヒットしてパケットはブロードキャストされる。

（４）ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７：ヒット／ＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０：ヒットの場合
通信ノード１０２のパケット処理部（不図示）は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）から、入力ポート：Ｂから受信したパケットに適合するマッチ条件を持つエントリを検索する。受信パケットに適合するＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７が見つかったため、パケット処理部（不図示）は、そのインストラクションフィールドの内容（Ｗｒｉｔｅ−Ｍｅｔａｄａｔａ＝１、Ｗｒｉｔｅ−Ａｃｔｉｏｎ（ＯＵＴＰＵＴ＝Ａ））を実行した上で、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索を開始する。Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索の結果、受信パケットのＳｒｃＭＡＣアドレス及びＭｅｔａｄａｔａの内容に適合するマッチ条件を持つＳｒｃＭＡＣ用エントリ１１０が見つかり、最終的に、パケットは出力ポート＝Ａから出力（ユニキャスト）される。

なお、上記した通信ノードの機能（図１の宛先学習部１３及びパケット処理部１４に相当）は、通信ノードに搭載されたコンピュータに、そのハードウェアを用いて、上記した各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。

続いて、本実施形態の全体的な動作について図面を参照して詳細に説明する。はじめに制御装置１０１によるトポロジ検索動作について説明する。以下の説明では、通信ノード１０２１〜１０２４のＴａｂｌｅ１（符号１０９）に端末１０３１、１０３２のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとしてマッチ条件に設定したＳｒｃＭＡＣ用エントリが登録済みであるものとする。

（トポロジ検索）
図５は、第１の実施形態の動作（トポロジ検索）を説明するための図である。まず、制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４のすべてのポートからトポロジ探索用のパケットを送信させる（例えば、非特許文献２のＰａｋｃｅｔ−Ｏｕｔメッセージを用いることができる）。図５の矢線は通信ノード１０２１に送信されたトポロジ探索用のパケットの流れ（通信ノード１０２３に転送された分は非表示）を示している。トポロジ探索用パケットには送信元の通信ノードを一意に識別する情報が入っている。

通信ノード１０２１から通信ノード１０２２に転送されたトポロジ探索用のパケットは、通信ノード１０２２から制御装置１０１に転送される（例えば、非特許文献２のＰａｋｃｅｔ−Ｉｎメッセージにて報告される）。制御装置１０１は、通信ノード１０２２から受信したトポロジ探索用のパケットに含まれる情報（前述の通信ノードを一意に識別する情報）から通信ノード１０２１と通信ノード１０２２間にリンクが接続されていることを学習する。制御装置１０１は、通信ノード間でリンク接続している通信ノードのポートを内向きポート（外部に接続していないポート）として学習する。

一方、通信ノード１０２１は、端末１０３１にもトポロジ探索用のパケットを送信するが、このパケットは、制御装置１０１に戻されない。制御装置１０１は、このように、一定時間他の通信ノードからトポロジ探索用のパケットを受信できなかった場合、通信ノード１０２１の該当ポートは、ネットワークの外部と接続されていることを学習する。制御装置１０１は、ネットワークの外部と接続しているポートを外向きポート（外部に接続しているポート）として学習する。

以上のような処理を制御装置１０１と接続しているすべての通信ノードのポートについて情報を収集することで、通信ノード１０２１〜１０２４によって構成されるネットワークトポロジを把握することができる。

なお、上記のような手順に代えて、Ｌｉｎｋ Ｌａｙｅｒ Ｄｉｓｃｏｖｅｒｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＬＬＤＰ）等のトポロジ探索方法を用いることもできる。

（経路計算）
上記のようにしてネットワークトポロジの把握が完了すると、制御装置１０１は、ネットワークにおけるブロードキャスト／マルチキャスト用経路（ＢＣＭＣ経路）を計算する。図６は、第１の実施形態の動作（経路計算）を説明するための図である。まず、制御装置１０１は、上記のようにして把握したネットワークトポロジに基づいて、パケットのＢＣＭＣ経路を計算する。

次に、制御装置１０１は、ＢＣＭＣ経路の経路上の通信ノードに、内向きポートで受信したパケットをＢＣＭＣ経路の他の内向きポートと外向きポートから転送させるブロードキャスト用エントリ（第３のエントリ）を生成し、経路上の通信ノードのＴａｂｌｅ１（符号１０９）に設定する（図６の破線の矢線）。

さらに、制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４の外向きポートで受信したパケットを外向きポートとＢＣＭＣ経路上のポートに転送させるブロードキャスト用エントリ（第３のエントリ）を生成し、経路上の通信ノードのＴａｂｌｅ１（符号１０９）に設定する。

以上の結果、図６の矢線に示したようにパケット転送を行うためのエントリの設定が完了する。

（端末検知（ＤｓｔＭＡＣ用エントリの学習））
その後、運用中の任意のタイミングで、端末１０３１が、通信ノード１０２１に対してパケットを送信すると、通信ノード１０２１は、宛先学習部にて、パケットの送信元ＭＡＣアドレスをマッチ条件とし、インストラクションとして、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグを立てる処理、パケットの受信ポートからの転送処理、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索処理を定めたＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７を生成し、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）に登録する。

さらに、通信ノード１０２１は、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）を順番に参照して、転送先を決定する。この時点では、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７として、端末１０３１からのパケットに適合するエントリがないため、通信ノード１０２１は、ブロードキャスト用エントリ１１１に従い、ＢＣＭＣ経路と外向きポート（外向きポートが存在する場合）にパケットを転送する。

次に、ＢＣＭＣ経路の内向きポートでパケットを受信した通信ノード１０２２〜１０２４は、通信ノード１０２１と同様に、パケットの送信元ＭＡＣアドレスをマッチ条件とし、インストラクションとして、Ｍｅｔａｄａｔａにフラグを立てる処理、パケットの受信ポートからの転送処理、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）の検索処理を定めたＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７を生成し、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）に登録する。

通信ノード１０２２〜１０２４においても、Ｔａｂｌｅ０（符号１０６）、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）を順番に参照して、転送先の決定処理が行われる。通信ノード１０２２〜１０２４においても、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７として、端末１０３１からのパケットに適合するエントリがないため、通信ノード１０２２〜１０２４は、ブロードキャスト用エントリ１１１に従い、ＢＣＭＣ経路と外向きポート（外向きポートが存在する場合）にパケットを転送する。

以上の結果、端末１０３１から通信ノード１０２１に対して送信されたパケットは、図６の矢線に従って、端末１０３２に転送される。

（応答パケット転送（学習した宛先への転送））
その後、端末１０３１から受信したパケットを受信した端末１０３２が、端末１０３２宛てのパケットを通信ノード１０２４に送信すると、通信ノード１０２４は、端末１０３１のＭＡＣアドレスを学習済みであり（ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７を登録済み）、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）に端末１０３１、１０３２のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとしてマッチ条件に設定したＳｒｃＭＡＣ用エントリを登録済みであるため、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７に指定されたポートからパケットを転送する。

通信ノード１０２２、１０２１においても、端末１０３１のＭＡＣアドレスを学習済みであり（ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７を登録済み）、Ｔａｂｌｅ１（符号１０９）に端末１０３１、１０３２のＭＡＣアドレスを送信元ＭＡＣアドレスとしてマッチ条件に設定したＳｒｃＭＡＣ用エントリを登録済みであるため、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７に指定されたポートからパケットを転送する。

以上の結果、端末１０３２から通信ノード１０２４に対して送信されたパケットは、図８の矢線に従って、端末１０３２に転送される。

以上のように、本実施形態によれば、集中制御型のネットワークを用いて、Ｌ２スイッチと同様のパケット転送が実現される。さらに、本実施形態では、Ｌ２スイッチのような受信ポート以外からのパケットのフラッディングを行うのではなく、制御装置１０１によってネットワークトポロジを元に計算されたＢＣＭＣ経路で、未学習パケットが転送されるため、ループの発生も抑止される。さらに、上記した実施形態では、説明を省略したが、ＤｓｔＭＡＣ用エントリ１０７に適当なタイムアウト値を設定し、エージング処理を行うことで、エントリ数の増加を抑えることが可能となっている。

さらに、本実施形態によれば、任意の通信ノード間のリンクに障害が発生した場合においても、代替経路を設定し、学習することが可能であるので、以下、その手順について説明する。

（迂回処理）
ここでは、図９の通信ノード１０２１と通信ノード１０２２との間のリンクに障害が発生した場合について説明する。まず、通信ノード１０２１と通信ノード１０２２が制御装置１０１に対し、ポートダウンを通知し、ブロードキャスト経路の再計算と、必要なエントリの再設定を要求する。

前記通知を受けた制御装置１０１は、通知された内容に基づいて、上記（トポロジ検索）の手順にて把握していたネットワークトポロジを更新する。

次に、制御装置１０１は、上記（経路計算）手順と同様に、ＢＣＭＣ経路を再計算する。

次に、制御装置１０１は、上記（経路計算）手順と同様に、通信ノード１０２１〜１０２４の外向きポートで受信したパケットを外向きポートとＢＣＭＣ経路上のポートに転送するブロードキャスト用エントリ（第３のエントリ）を生成し、経路上の通信ノードのＴａｂｌｅ１（符号１０９）に設定する（図９の破線の矢線）。

最後に制御装置１０１は、通信ノード１０２１〜１０２４に対し、学習したＭＡＣアドレスを格納したＤｓｔＭＡＣ用エントリの削除を指示する（図９の一点鎖線の矢線）。

以上の結果、その後、端末１０３１からパケットが送信されると、上記（端末検知（ＤｓｔＭＡＣ用エントリの学習））と（応答パケット転送（学習した宛先への転送））と同様のＭＡＣアドレスの学習が行われ、通信ノード１０２１、１０２３、１０２４を経由する経路にてパケットの転送が行われる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に示したネットワーク構成や要素の構成は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。

また例えば、上記した実施形態では、第１のテーブル（Ｔａｂｌｅ０（符号１０６））と第２のテーブル（Ｔａｂｌｅ１（符号１０９））のマッチ条件に、ＭＡＣアドレスを用いるものとして説明したが、ＩＰアドレス等その他のアドレスをマッチ条件とすることもできる。また、上記した実施形態では、マッチ条件として、ＶＬＡＮ ＩＤや入力ポート等を用いる例をあげて説明したが、これらの項目を省略しても良いし、その他の項目を、マッチ条件に加えることも可能である。また、第２のテーブル（Ｔａｂｌｅ１（符号１０９））においては、第１の実施形態で説明したように、マッチ条件としてＭｅｔａｄａｔａ＝１だけ（即ち、第１のテーブルにヒットしたこと）を設定することも可能である。

また、上記した実施形態では、第１のテーブル（Ｔａｂｌｅ０（符号１０６））にヒットした場合に、インストラクションとして、Ｍｅｔａｄａｔａの書き換えと、アクション（指定ポートからの転送）、Ｇｏｔｏ命令による次テーブルの参照を設定する例をあげて説明したが、インストラクションとしてヘッダ書換え等を指示してもよい。例えば、第１のテーブル（Ｔａｂｌｅ０（符号１０６））で、パケット種別等に応じた情報をヘッダに書き込み、第２のテーブル（Ｔａｂｌｅ１（符号１０９））にて、パケット種別等に応じた処理の振り分けを行うことなども可能となる。

最後に、本発明の好ましい形態を要約する。
［第１の形態］
（上記第１の視点による通信ノード参照）
［第２の形態］
第１の形態において、
前記第２のエントリのマッチ条件に、ネットワークに接続されている端末のアドレスが設定されている通信ノード。
［第３の形態］
第１又は第２の形態において、
前記第１のテーブルに、受信パケットに適合するマッチ条件を持つ第１のエントリがない場合に前記第２のテーブルの検索を指示する第３のエントリが登録されている通信ノード。
［第４の形態］
第１から第３いずれか一の形態において、
他の通信ノードとの間のリンクに障害が発生した場合に、前記制御装置に対し、ブロードキャスト経路の再計算と、前記第２、第４のエントリの再設定を要求する通信ノード。
［第５の形態］
第１から第４いずれか一の形態において、
少なくとも前記第１のエントリについて、予め設定されたタイムアウト値に基づいて、エージング処理を行う通信ノード。
［第６の形態］
（上記第２の視点による通信システム参照）
［第７の形態］
（上記第３の視点による制御装置参照）
［第８の形態］
（上記第４の視点によるパケット転送方法参照）
［第９の形態］
（上記第５の視点によるプログラム参照）
なお、上記第６〜第９の形態は、第１の形態と同様に、第２〜第５の形態に展開することが可能である。

なお、上記の非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１０、１０２、１０２１〜１０２４ 通信ノード
１１ 第１のテーブル
１２ 第２のテーブル
１３ 宛先学習部
１４ パケット処理部
２０、１０１ 制御装置
１０３ プロトコル制御部
１０４ 入力ポート
１０５ テーブル記憶部
１０６ Ｔａｂｌｅ０
１０７ ＤｓｔＭＡＣ用エントリ（第１のエントリ）
１０８ ミスヒット用エントリ（第４のエントリ）
１０９ Ｔａｂｌｅ１
１１０ ＳｒｃＭＡＣ用エントリ（第２のエントリ）
１１１ ブロードキャスト用エントリ（第３のエントリ）
１１２ 出力ポート
Ａ〜Ｃ、１０３１、１０３２ 端末

Claims (10)

1. 少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、
   所定の制御装置から設定されたマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、
   受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する宛先学習部と、
   前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、
   前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、前記制御装置から設定された第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするパケット処理部と、
   を備える通信ノード。
2. 前記第２のエントリのマッチ条件には、ネットワークに接続されている端末のアドレスが設定されている請求項１の通信ノード。
3. 前記第１のテーブルに、受信パケットに適合するマッチ条件を持つ第１のエントリがない場合に前記第２のテーブルの検索を指示する第４のエントリが登録されている請求項１又は２の通信ノード。
4. 他の通信ノードとの間のリンクに障害が発生した場合に、前記制御装置に対し、ブロードキャスト経路の再計算と、前記第３のエントリの再設定を要求する請求項１から３いずれか一の通信ノード。
5. 少なくとも前記第１のエントリについて、予め設定されたタイムアウト値に基づいて、エージング処理を行う請求項１から４いずれか一の通信ノード。
6. 少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、
   所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、
   受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する宛先学習部と、
   前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、
   前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするパケット処理部と、
   を備える複数の通信ノードと、
   前記通信ノードに、前記第２、第３のエントリを設定する制御装置と、を含む通信システム。
7. 少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、
   所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、
   受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する宛先学習部と、
   前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送し、
   前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするパケット処理部と、を備える複数の通信ノードと、接続され、
   前記複数の通信ノードによって構成されるネットワークにブロードキャスト経路を計算し、該ブロードキャスト経路に従い、前記通信ノードの少なくとも第２のテーブルにエントリを設定する制御装置。
8. 通信ノード間のリンクに障害が発生した場合に、ブロードキャスト経路の再計算と、前記第３のエントリの再設定を実行する請求項７の制御装置。
9. 少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、
   所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、
   受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する宛先学習部と、
   パケット処理部とを備える通信ノードが、
   前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送するステップと、
   前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストするステップと、を含むパケット転送方法。
10. 少なくとも宛先アドレスを含むマッチ条件と、前記マッチ条件に適合するパケットの出力先を対応付けた第１のエントリを格納する第１のテーブルと、
    所定のマッチ条件を持つ第２のエントリを格納する第２のテーブルと、
    受信パケットの送信元と受信ポートとの組を、前記第１のテーブルのマッチ条件と出力先とを対応付けた第１のエントリとして登録する宛先学習部と、
    パケット処理部とを備える通信ノードに搭載されたコンピュータに、
    前記第１、第２のテーブルから受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリがそれぞれ見つかった場合に、前記第１のテーブルに定められた出力先へパケットを転送する処理と、
    前記第１、第２のテーブルの少なくとも一方で受信パケットに適合するマッチ条件を持つエントリが見つからない場合、第３のエントリに従い受信パケットをブロードキャストする処理と、を実行させるプログラム。

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