JP6044706B2 - 制御装置、通信システム、通信ノードの制御方法及びプログラム - Google Patents

制御装置、通信システム、通信ノードの制御方法及びプログラム Download PDF

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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2013−072753号(2013年3月29日出願)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、制御装置、通信システム、通信ノードの制御方法及びプログラムに関し、特に、通信ノードを集中制御する制御装置、通信システム、通信ノードの制御方法及びプログラムに関する。
非特許文献1に、パケットを転送するスイッチと、このスイッチのパケット転送を制御することにより通信経路を制御する制御装置とを用いるオープンフローと呼ばれる技術が提案されている。非特許文献2は、オープンフロースイッチの要求仕様が記載されている。
特許文献1には、パケット通信経路の区間毎に、上記フローエントリのタイムアウト値を異ならせることにより、オープンフローコントローラに相当する経路制御装置の負荷を低減する方法が開示されている。
特開2011−101245号公報
Nick McKeownほか7名、"OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks"、[online]、[平成25(2013)年2月18日検索]、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "OpenFlow Switch Specification" Version 1.3.1 (Wire Protocol 0x04)、[online]、[平成25(2013)年2月18日検索]、インターネット〈URL:https://www.opennetworking.org/images/stories/downloads/specification/openflow-spec-v1.3.1.pdf〉
以下の分析は、本発明によって与えられたものである。非特許文献1、2や特許文献1のような集中制御型のネットワークにおいてブロードキャストを行なうためには、1の端末から他のすべての端末へ到る経路(ブロードキャスト用経路)を計算し、その経路上の通信ノードに対象パケット(ブロードキャストパケット)の転送指示を与える必要がある。
上記ブロードキャストパケットの転送経路となっているリンクに障害が発生した場合、当該リンクの両端の通信ノードのみならず、転送経路全体を見直し、新しい転送経路上の通信ノードに転送指示を再度送る必要がある。ネットワークが大規模化し経路が長くなるほど、ブロードキャストの宛先となる通信ノード(外部装置)が多くなるほど、転送指示の再設定が必要な通信ノードの数は増大する。結果として、制御装置の負荷が増大してしまうという問題点がある。
本発明は、集中制御型のネットワークにおけるブロードキャストのための制御装置の負荷の軽減に貢献できる制御装置、通信システム、通信ノードの制御方法及びプログラムを提供することにある。
第1の視点によれば、制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする代表ポート選出部と、前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するブロードキャスト経路計算部と、前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する制御情報生成部と、前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する制御情報設定部と、を備える制御装置が提供される。
第2の視点によれば、制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする代表ポート選出部と、前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するブロードキャスト経路計算部と、前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する制御情報生成部と、前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する制御情報設定部と、を備える制御装置と、前記制御装置から設定された制御情報に従ってパケットを処理する通信ノードと、を含む通信システムが提供される。
第3の視点によれば、制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする代表ポートを選出するステップと、前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するステップと、前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成するステップと、前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定するステップと、を含む制御装置による通信ノードの制御方法が提供される。本方法は、通信ノードを制御する制御装置という、特定の機械に結びつけられている。
第4の視点によれば、制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする処理と、前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算する処理と、前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する処理と、前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する処理と、をコンピュータに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ブロードキャストのための制御装置の負荷の軽減に貢献することが可能となる。
本発明の一実施形態の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の通信システムの構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態の制御装置の動作(BC用経路計算と代表ポート選定)を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態の通信システムの動作を表したシーケンス図である。 本発明の第1の実施形態の制御装置の動作(ドメイン分割と代表ポート再選定)を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態の通信システムの動作を表したシーケンス図である。 本発明の第2の実施形態の通信システムの構成を示す図である。 本発明の第2の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態の制御装置の動作(BC用経路計算と代表ポート選定)を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態の通信システムの動作を表したシーケンス図である。 本発明の第3の実施形態の通信システムの構成を示す図である。 本発明の第3の実施形態の制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第3の実施形態のドメイン間の接続関係を示す図である。 本発明の第3の実施形態の制御装置の動作(BC用経路計算と代表ポート選定)を説明するための図である。 本発明の第3の実施形態の通信システムの動作を表したシーケンス図である。
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。
本発明は、その一実施形態において、図1に示すように、制御用チャネル41、42を介して通信ノード(図1のSW)と接続された制御装置10Aと、制御装置10Aから設定された制御情報に従ってパケットを処理する通信ノード(図1のSW)と、を含む通信システムにて実現できる。
より具体的には、制御装置10Aは、制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン30、31毎に、隣接するドメインとブロードキャストパケットの授受を行う代表ポートを選出する代表ポート選出部1000Aと、前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するブロードキャスト経路計算部1001Aと、前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する制御情報生成部1002Aと、前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する制御情報設定部1003Aと、を備える。
上記構成を採ることにより、例えば、一方のドメイン30のリンクに障害が発生した場合において、隣接するドメイン31のブロードキャストパケットの転送経路の再計算や制御情報の再設定が不要となる。即ち、制御装置10Aは、ドメイン30のブロードキャストパケットの転送経路の再計算と制御情報の再設定を行えばよいので、その負荷が軽減される。
[第1の実施形態]
続いて、本発明の第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2は、本発明の第1の実施形態の通信システムの構成を示す図である。図2を参照すると、制御装置10から設定された制御情報に基づいて受信パケットを処理する通信ノード200〜223と、通信ノード200〜223を介して通信する外部ノード300〜307と、通信ノード200〜223を制御する制御装置10とを接続した構成が示されている。
図2の例では、通信ノード200〜223は、3つの拠点に合計16台配置されており、拠点毎に論理的に作られるドメイン(図2の点線参照)に所属している。図2の例では、通信ノード200〜207はコアドメイン(上位ドメイン)20に、通信ノード210〜213はサブドメイン(下位ドメイン)21に、通信ノード220〜223はサブドメイン22にそれぞれ所属している。
通信ノード200〜223は、破線で示す制御用チャネルを介して制御装置10と接続されている。図2の通信ノード200〜223及び外部ノード300〜307間の太実線は、データ転送用チャネルを表している。
また、外部ノード300〜307は、データ転送用チャネルを介して、それぞれ最寄りの通信ノードと接続されている。図2の例では、外部ノード300は、通信ノード200に、外部ノード301は通信ノード201に、外部ノード302は通信ノード202に、外部ノード303は通信ノード203に、外部ノード304は通信ノード212に、外部ノード305は通信ノード213に、外部ノード306は通信ノード222に、外部ノード307は通信ノード223に、それぞれ接続されている。
通信ノード200は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード201と、通信ノード204と、外部ノード300と、に接続されている。
通信ノード201は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード200と、通信ノード202と、通信ノード205と、外部ノード301とに接続されている。
通信ノード202は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード201と、通信ノード203と、通信ノード206と、外部ノード302とに接続されている。
通信ノード203は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード202と、通信ノード207と、外部ノード303とに接続されている。
通信ノード204は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード200と、通信ノード205と、通信ノード210とに接続されている。
通信ノード205は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード201と、通信ノード204と、通信ノード206と、通信ノード211とに接続されている。
通信ノード206は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード202と、通信ノード205と、通信ノード207と、通信ノード220とに接続されている。
通信ノード207は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード203と、通信ノード206と、通信ノード221とに接続されている。
通信ノード210は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード204と、通信ノード211と、通信ノード212とに接続されている。
通信ノード211は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード205と、通信ノード210と、通信ノード213とに接続されている。
通信ノード212は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード210と、通信ノード213と、外部ノード304とに接続されている。
通信ノード213は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード211と、通信ノード212と、外部ノード305とに接続されている。
通信ノード220は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード206と、通信ノード221と、通信ノード222とに接続されている。
通信ノード221は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード207と、通信ノード220と、通信ノード223とに接続されている。
通信ノード222は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード220と、通信ノード223と、外部ノード306とに接続されている。
通信ノード223は、データ転送用チャネルを介して、通信ノード221と、通信ノード222と、外部ノード307とに接続されている。
なお、上記通信ノード200〜223として、非特許文献1、2のオープンフロースイッチが挙げられる。また、Telnet経由のCLI(コマンドラインインタフェース)にて任意のパケットのマッチング条件を指定してパケットの転送先を設定できるような装置も考えられる。
図3は、本発明の第1の実施形態の制御装置10の詳細構成を示すブロック図である。図3を参照すると、制御装置10は、通信ノードとの制御用通信を行う通信ノード通信部1000と、通信ノード通信部1000より通信ノード200〜223間のトポロジ情報を取得するトポロジ情報取得部1001と、該トポロジ情報を記憶するトポロジ情報管理部1002と、ドメイン構成情報の入力を受け付けるドメイン情報入力部1003と、ドメイン情報入力部1003で入力されたドメイン構成情報を蓄積するドメイン情報記憶部1004と、ドメイン制御情報としてドメイン間GWポート(ドメイン間ゲートウェイポート)の選出を行うドメイン制御情報生成部1005と、ユニキャスト用の経路を探索するユニキャスト用経路探索部1006と、ユニキャスト用経路探索部1006で探索された経路から通信ノード200〜223に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1000から制御情報の設定用コマンドを送信するユニキャスト用経路制御コマンド生成部1007と、ブロードキャスト(以下、「BC」)用経路を探索するBC用経路探索部1008と、BC用経路探索部1008で探索された経路から通信ノード200〜223に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1000から制御情報の設定用コマンドを送信するBC用経路制御コマンド生成部1009とを備える。
通信ノード通信部1000は、通信ノード200〜223との制御用セッションの確立や制御用コマンドの送信・受信を行う。制御用コマンドとしては、非特許文献2のオープンフロープロトコルの制御メッセージを用いてもよい。また、Telnet経由のCLIや、SNMP(Simple Network Management Protocol)を用いて通信を行ってもよい。
トポロジ情報取得部1001は、通信ノード間のトポロジの取得を行う。トポロジ取得には、通信ノードの隣接通信ノード認識情報を吸い上げる方法がある。スイッチ間の認識プロトコルとして、LLDP(Link Layer Discovery Protocol)が代表的である。また、制御装置10より特定通信ノードの特定ポートから該通信ノードのIDとポート番号を含むパケットを出力するように制御を行い、対向となる通信ノードから該パケットを受信することで、通信ノード間の認識を行うこともできる。制御装置からのパケット出力とパケット受信には、非特許文献2のオープンフロープロトコルのPacket−outメッセージ、Packet−Inメッセージを用いることができる。また、ネットワーク管理者が事前にトポロジ情報を設定しておく方法も考えられる。
トポロジ情報管理部1002は、トポロジ情報取得部1001にて取得されたトポロジ情報を記憶する。
ドメイン情報入力部1003は、CUI(キャラクタユーザインターフェース)やGUI(グラフィカルユーザインターフェース)などで通信ノードが所属するドメイン情報の入力を受け付ける。ドメイン構成情報の入力形態としては、各通信ノードが所属するドメインを直接入力する方法を採用できる。また、各通信ノードが所属するドメインを動的に決定するための条件の入力を受け付け、ドメイン情報入力部1003がドメインへの属否を決定する方法も採用可能である。
ドメイン情報記憶部1004は、ドメイン情報入力部1003で入力されたドメイン構成情報を蓄積する。ドメイン構成情報は複数記憶することが可能である。
ドメイン制御情報生成部1005は、ドメイン情報記憶部1004に蓄積されたドメイン情報とトポロジテーブルに蓄積されたトポロジ情報とに基づき、ドメイン間の代表ポートとなるドメイン間GWポート(ドメイン間ゲートウェイポート)の選出処理を行う。
より具体的には、ドメイン制御情報生成部1005は、トポロジ情報管理部1002に蓄積されているトポロジ情報からコアドメインとサブドメイン間を接続しているポートをすべて抽出し、リンクアップしているポートの中から1つをドメイン間GWポートとして選択する。そして、ドメイン制御情報生成部1005は、ドメイン間GWポートに対してはブロードキャストパケットの送信を許可し、ドメイン間GWポート以外のドメイン間を接続しているポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする。これにより、ドメイン間を接続しているポートへ複数のブロードキャストパケットが出力されることを抑制できる。ドメイン制御情報生成部1005は、BC用経路探索部1008に対し、前記選出したドメイン間GWポートを通知する。ドメイン間GWポートの選出タイミングとしては、ドメイン情報入力部1003にドメインの構成情報が入力された場合や、ドメイン間GWポートが障害となりトポロジ情報管理部1002からドメイン間GWポートの物理トポロジの変化が通知された場合などを挙げることができる。例えば、サブドメインが複数に分断されたことを契機として、ドメイン制御情報生成部1005は、分断されたサブドメイン毎にドメイン間GWポートを選出する。これにより、分断されたサブドメインがコアドメインと接続している限り、通信を継続することが可能になる。
ユニキャスト用経路探索部1006は、外部ノードと接続している通信ノード間でのユニキャスト経路を計算する。前記ユニキャスト経路の計算に当たって、ユニキャスト用経路探索部1006は、外部ノードと接続している通信ノード間ごとに異なる経路、もしくは、外部ノードと接続している通信ノードを起点もしくは終点とした経路木を計算してもよい。経路計算の方法としては、最短経路木(ダイクストラ法が代表的)を用いることが挙げられる。これら経路は、単一とは限らず、通信単位ごとに異なる経路を用いてもよい。計算の際には、すべての通信ノードを起点もしくは終点とした計算を行ってもよい。ユニキャスト経路は通信ノード間の経路ネットワーク全体で最適になるか、もしくはドメイン毎に最適な経路を計算し、ドメイン間はドメイン間GWポートを経路として選択してもよい。
ユニキャスト用経路制御コマンド生成部1007は、外部ノードと接続している通信ノード間の経路に関する指示を作成する。ユニキャスト用経路制御コマンド生成部1007は、経路上の通信ノードに対し、対象パケットを特定するためのマッチ条件として、少なくとも送信先のアドレスを指定する。送信先のアドレスとしては、IP(Internet Protocol)アドレス、MAC(Media Access Contorol)アドレス、TCP/UDP(Transmission Control Protocol/User Datagram Protocol)のポートが挙げられる。
BC用経路探索部1008は、ドメイン毎に、同一ドメイン内の外部ノードと接続している通信ノードから少なくとも外部ノードと接続している他のすべての通信ノードとドメイン間GWポートが存在する通信ノードへ配信できるような全域木(スパニングツリー)経路を計算する。該全域木経路は、ドメインで一つ、もしくは、複数を計算してもよい。複数用いる場合には、外部ノードと接続している通信ノード毎に異なる全域経路を計算してもよい。経路計算方法として、最小全域木(プリム法、クラスカル法が代表的)を用いる方法が挙げられる。また、この計算の際には、ある通信ノードが外部ノードと接続しておらず末端である場合には除外することを繰り返して、外部ノードと接続している通信ノード間に存在しない通信ノードを除外してもよい。
ドメイン毎に計算した全域木経路は、ドメイン間GWポートでコアドメインとサブドメインを接続する。これによりネットワーク全体で1つの全域木経路を生成することができる。
BC用経路制御コマンド生成部1009は、ブロードキャスト用経路制御機能と、ブロードキャスト用マッチ条件作成機能とを備える。ブロードキャスト用経路制御機能は、BC用経路探索部1008にて計算されたブロードキャスト用経路に従い、ブロードキャスト用の転送指示を作成する機能である。ブロードキャスト用の経路に関する指示は、前記ユニキャスト用経路に関する指示より低優先に設定される。これにより、ユニキャスト対象のパケットはユニキャスト用の経路で転送し、それ以外のパケットをブロードキャストの対象とすることができる。また、ブロードキャスト用マッチ条件作成機能は、外部ノードからのブロードキャストパケットについて、ブロードキャスト用の経路での転送を許可するようなマッチ条件を作成する。例えば、ブロードキャスト用マッチ条件作成機能は、送信アドレスがブロードキャスト指定であることを条件とするマッチ条件を生成する。具体的には、送信MACアドレスを伝送するときの先頭ビット(I/Gビット;Individual Address/Group Addressビット)が1であることを要求するマッチ条件を作成する。以上のようなマッチ条件とブロードキャスト用の経路に関する指示とを組み合わせることで、通信ノードに対する制御情報を生成することができる。
なお、ユニキャスト用経路制御コマンド生成部1007又はBC用経路制御コマンド生成部1009のうち一つもしくは両方で、外部ノードからの入口にある通信ノードに、任意のフィールドを変更して、ユニキャスト用経路を用いた転送対象のパケットであるか、ブロードキャスト用経路を用いた転送対象のパケットであるかを識別するフラグ(Unicast/BC識別フラグ)をパケットに付加させるようにしてもよい。また、このときに、外部ノードへの出口にある通信ノードで、前記任意のフィールドを元に戻すようにしてもよい。前記任意のフィールドとしては、IPのToS(Type of Service)フィールドやVLAN(Virtual Local Area Network) Priorityフィールド等を用いることができる。
また、外部ノードの入り口にある通信ノードで、任意のアドレスを縮退して、この縮退したアドレスフィールドに、前記フラグ(Unicast/BC識別フラグ)を入れてもよい。具体的には、送信先MACアドレスを縮退して、この送信先MACアドレスフィールドに、縮退したMACアドレスと前記識別フラグを入れることが挙げられる。また、この場合にも、外部ノードへの出口装置にて、前記縮退したアドレスから元のアドレスを復元することが望ましい。
また、ユニキャスト用経路制御コマンド生成部1007又はBC用経路制御コマンド生成部1009の両方で前記フラグを付加する場合、ユニキャストとマルチキャストに別のVLAN IDを割り当て識別フラグとしてもよい。具体的には、ユニキャストのVLAN IDを専用VLAN IDに変換して、送信先MACアドレスとVLAN IDを縮退したIDを割り当て、送信先MACアドレスを該縮退IDとすることが挙げられる。
これらフラグの付加により、宛先不明のユニキャストパケットにも、前記識別フラグを付加し、ブロードキャスト用の経路で転送できるようになる。
なお、図3に示した制御装置10の各部(処理手段)は、制御装置10を構成するコンピュータに、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。
なお、図2の例では、データ転送用チャネルと制御用チャネルとを分けて説明したが、これらは混在してもよく、例えば、データ転送用チャネルの一部を制御用チャネルとして用いてもよい。また、図2の例では、16台の通信ノードと、8台の外部ノードとが接続され、1つのコアドメインと、2つのサブドメインが設けられているものとして説明したが、これらはあくまで一例であり、数の制限を受けない。
続いて、本実施形態の動作について図面を参照して詳細に説明する。はじめに、コアドメインに所属する通信ノードと接続している外部ノードが送信したブロードキャストパケットがサブドメインに所属する通信ノードを介してブロードキャストされるまでの動作について詳細に説明する。
図4の外部ノード300がブロードキャストパケットを送信し、サブドメイン21に属する通信ノードを介して外部ノードに到達するまでの動作について説明する。
図4の例では、太実線で示したように、通信ノード204と通信ノード210を接続しているポートがコアドメイン20とサブドメイン21のドメイン間GWポートとして選出されている。同様に、通信ノード206と通信ノード220を接続しているポートがコアドメイン20とサブドメイン22のドメイン間GWポートとして選出されている。
コアドメイン20のブロードキャスト配信経路として、図4の通信ノード200と通信ノード201間、通信ノード200と通信ノード204間、通信ノード201と通信ノード202間、通信ノード202と通信ノード203間、通信ノード204と通信ノード205間、通信ノード205と通信ノード206間、通信ノード206と通信ノード207間が選択されているとする。
サブドメイン21のブロードキャスト配信経路として、図4の通信ノード210と通信ノード211間、通信ノード210と通信ノード212間、通信ノード211と通信ノード213間が選択されているとする。
サブドメイン22のブロードキャスト配信経路として、図4の通信ノード220と通信ノード221間、通信ノード220と通信ノード222間、通信ノード222と通信ノード223間が選択されているとする。
この状態で、外部ノード300がブロードキャストパケットを送信し、外部ノード305にて受信されるまでの動作について図5を用いて説明する。
外部ノード300がブロードキャストパケットを通信ノード200に送信する(ステップS1−1)。通信ノード200は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード204にパケットを転送する(ステップS1−2)。
以下同様に、通信ノード204は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード210にパケットを転送する(ステップS1−3)。通信ノード210は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード211にパケットを転送する(ステップS1−4)。通信ノード211は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード213にパケットを転送する(ステップS1−5)。最後に、通信ノード213は、制御装置10から設定された制御情報に基づき外部ノード305にパケットを転送する(ステップS1−6)。なお、図5では省略しているが、外部ノード301〜304、306〜308にも、同様にして、外部ノード300からのブロードキャストパケットが到達することになる。
ここで、図4の通信ノード210と通信ノード211間、通信ノード212と通信ノード213間で障害が発生しサブドメイン21がサブドメイン21−1とサブドメイン21−2に分断された場合の制御装置10の動作について説明する。
図6は、通信ノード210と通信ノード211間、通信ノード212と通信ノード213間で障害が発生したため、制御装置10が、サブドメイン21−1、21−2についてドメイン間GWポートとして選出した状態を示す図である。図6の例では、通信ノード204と通信ノード210を接続しているポート(コアドメイン20とサブドメイン21−1のドメイン間GWポート)に加え、通信ノード205と通信ノード211を接続しているポートがコアドメイン20とサブドメイン21−2のドメイン間GWポートとして選出されている。
また、前記ドメインの分割と、ドメイン間GWポートの再選出に伴い、サブドメイン21−1のブロードキャスト配信経路として、通信ノード210と通信ノード212間が選択されている。同様に、サブドメイン21−2のブロードキャスト配信経路として、通信ノード211と通信ノード213間が選択されている。
その一方で、図4と図6を対比すれば明らかなとおり、コアドメイン20、サブドメインのブロードキャスト配信経路には変更は生じていない。
この状態で、外部ノード300がブロードキャストパケットを送信し、外部ノード305にて受信されるまでの動作について図7を用いて説明する。
外部ノード300がブロードキャストパケットを通信ノード200に送信する(ステップS2−1)。通信ノード200は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード204にパケットを転送する(ステップS2−2)。
通信ノード204は、制御装置10から新たに設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード205にパケットを転送する(ステップS2−3)。以下同様に、通信ノード205は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード211にパケットを転送する(ステップS2−4)。通信ノード211は、制御装置10から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード213にパケットを転送する(ステップS2−5)。最後に、通信ノード213は、制御装置10から設定された制御情報に基づき外部ノード305にパケットを転送する(ステップS2−6)。なお、図7では省略しているが、外部ノード301〜304、306〜308にも、同様にして、外部ノード300からのブロードキャストパケットが到達することになる。
以上のように、本実施形態によれば、1つの拠点の通信ノード間の障害を他の拠点に波及させずに済むため、制御装置の経路計算や制御情報の設定に要する負荷を軽減することができる。
また、本実施形態では、制御装置10が、ドメイン間の通信がドメイン間GWポートを経由するように通信ノードを制御している。このため、冗長構成でありながら、ブロードキャストパケットの回り込みを抑制することに成功している。
さらに、本実施形態の制御装置10は、サブドメイン内で通信ノードが分断された場合に、分断された通信ノードごとにサブドメインを構成し、ドメイン間GWポートを再選出する。このため、ドメイン間GWポートを選出可能である限り、ドメイン間の通信が可能となっている。
[第2の実施形態]
続いて、コアドメインの通信ノードにおいてVLAN IDの書き換えを行うようにした第2の実施形態について説明する。
本実施形態では、コアドメインに所属する通信ノードがパケット転送時にVLAN IDを書き換える機能を備える一方、サブドメインに所属する通信ノードはパケット転送時にVLAN IDを書き換える機能を持たないものとする。そこで、本実施形態では、コアドメインのドメイン間GWポートを持つ通信ノードがサブドメインに転送するパケットのVLAN IDの書き換えを行うことで、サブドメイン毎に異なるVLAN IDを使用できるようにした例を示す。
図8は、本実施形態の通信システムの構成を示す図である。基本的なネットワーク構成は、第1の実施形態と同様である。コアドメイン23に属する通信ノード230〜237は、ブロードキャストパケットのVLAN IDを書き換えてからパケットを転送できる機能を有している。一方、サブドメイン24に属する通信ノード240〜243及びサブドメイン25に属する通信ノード250〜253は、ブロードキャストパケットのVLAN ID書き換え機能を持たないものとする。その他、8つの外部ノード310〜317と、前記通信ノードを制御する制御装置11が配置されている点は第1の実施形態と同様である。
図9は、本発明の第2の実施形態の制御装置11の詳細構成を示すブロック図である。図9を参照すると、制御装置11は、通信ノードとの制御用通信を行う通信ノード通信部1100と、通信ノード通信部1100より通信ノード230〜253間のトポロジ情報を取得するトポロジ情報取得部1101と、該トポロジ情報を記憶するトポロジ情報管理部1102と、ドメイン構成情報の入力を受け付けるドメイン情報入力部1103と、ドメイン情報入力部1103で入力されたドメイン構成情報を蓄積するドメイン情報記憶部1104と、ドメイン制御情報としてドメイン間GWポート(ドメイン間ゲートウェイポート)の選出を行うドメイン制御情報生成部1105と、ユニキャスト用の経路を探索するユニキャスト用経路探索部1106と、ユニキャスト用経路探索部1106で探索された経路から通信ノード230〜253に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1100から制御情報の設定用コマンドを送信するユニキャスト用経路制御コマンド生成部1107と、ブロードキャスト(以下、「BC」)用経路を探索するBC用経路探索部1108と、BC用経路探索部1108で探索された経路から通信ノード230〜253に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1100から制御情報の設定用コマンドを送信するBC用経路制御コマンド生成部1109と、仮想L2情報入力部1110と、仮想L2情報記憶部1111とを備える。
即ち、制御装置11は、第1の実施形態の制御装置10に、仮想L2情報入力部1110と、仮想L2情報記憶部1111とを追加した構成となっている。また、第1の実施形態の制御装置11のユニキャスト用経路探索部1106及びBC用経路探索部1108が、トポロジ情報及びドメイン情報に加え、仮想L2情報を参照して通信ノードにVLAN IDの書き換えを指示可能となっている。その他構成は第1の実施形態の制御装置10の構成と同様であるので、以下、第1の実施形態の制御装置10との相違点を中心に説明する。
仮想L2情報入力部1110は、仮想L2(レイヤ2)ネットワークの通信ノード又はドメインに対するVLAN IDの入力を受け付ける。
仮想L2情報記憶部1111は、仮想L2情報入力部1110で入力された情報を蓄積し、ドメイン制御情報生成部1105、ユニキャスト用経路探索部1106及びBC用経路探索部1108に提供する。
本実施形態のユニキャスト用経路制御コマンド生成部1107及びBC用経路制御コマンド生成部1109は、コアドメイン23に所属する通信ノード230〜237のうちドメイン間GWポートを持つ通信ノードに対し、パケットのVLAN IDフィールドの書き換えを指示する。具体的には、ユニキャスト用経路制御コマンド生成部1107及びBC用経路制御コマンド生成部1109は、仮想L2情報記憶部1111に記憶された情報を参照して、ドメイン間GWポートを介して対向する通信ノード又はサブドメインに対応付けられたVLAN IDへの書き換えを指示する。
続いて、本実施形態の動作について説明する。以下の説明では、第1の実施形態と同様に、図10に示すとおりのドメイン間GWポート(太実線参照)と、ブロードキャスト用経路が計算されているものとする。
この状態で、外部ノード310がブロードキャストパケットを送信し、外部ノード315にて受信されるまでの動作について図11を用いて説明する。
外部ノード310がブロードキャストパケットを通信ノード230に送信する(ステップS3−1)。通信ノード230は、制御装置11から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード234にパケットを転送する(ステップS3−2)。
ここで、通信ノード234は、制御装置11から設定された制御情報に基づき、受信したブロードキャストパケットのVLAN IDを、サブドメイン24に対応するVLAN IDに書き換える(ステップS3−3)。さらに、通信ノード234は、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード240にパケットを転送する(ステップS3−4)。
以下同様に、通信ノード240は、制御装置11から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード241にパケットを転送する(ステップS3−5)。通信ノード241は、制御装置11から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード243にパケットを転送する(ステップS3−6)。最後に、通信ノード243は、制御装置11から設定された制御情報に基づき外部ノード315にパケットを転送する(ステップS3−7)。なお、図11では省略しているが、外部ノード311〜314、316〜318にも、同様にして、外部ノード310からのブロードキャストパケットが到達することになる。
以上のように、本実施形態によれば、サブドメイン毎に異なるVLAN IDが設定されている場合においても、ブロードキャストパケットを転送することが可能となる。とりわけ、通信ノードの中には、パケットの転送時に、自身に設定されたVLAN IDと異なる送信パケットを破棄する機能を持つものがあるが、そのような通信ノードが配置されている拠点にも、ブロードキャストパケットを到達させることができる。
[第3の実施形態]
続いて、コアドメインを設けないでドメイン間を相互に接続した第3の実施形態について説明する。
図12は、本実施形態の通信システムの構成を示す図である。第1の実施形態との大きな相違点は、第1の実施形態のコアドメイン20、サブドメイン21、22に代えて、ドメイン26〜28が設けられ、それぞれがリング状に接続されている点である。ドメイン26には通信ノード260〜267が属し、ドメイン27には通信ノード270〜273が属し、ドメイン28には通信ノード280〜283が属している。その他、8つの外部ノード320〜327と、前記通信ノードを制御する制御装置12が配置されている点は第1の実施形態と同様である。
図13は、本発明の第3の実施形態の制御装置12の詳細構成を示すブロック図である。図13を参照すると、制御装置12は、通信ノードとの制御用通信を行う通信ノード通信部1200と、通信ノード通信部1200より通信ノード260〜283間のトポロジ情報を取得するトポロジ情報取得部1201と、該トポロジ情報を記憶するトポロジ情報管理部1202と、ドメイン構成情報の入力を受け付けるドメイン情報入力部1203と、ドメイン情報入力部1203で入力されたドメイン構成情報を蓄積するドメイン情報記憶部1204と、ドメイン間のブロードキャスト経路を探索し、ユニキャスト用経路探索部1206及びBC用経路探索部1208に通知するドメイン間BC用経路探索部1205と、ユニキャスト用の経路を探索するユニキャスト用経路探索部1206と、ユニキャスト用経路探索部1206で探索された経路から通信ノード260〜283に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1200から制御情報の設定用コマンドを送信するユニキャスト用経路制御コマンド生成部1207と、ブロードキャスト(以下、「BC」)用経路を探索するBC用経路探索部1208と、BC用経路探索部1208で探索された経路から通信ノード260〜283に設定する制御情報を生成して通信ノード通信部1200から制御情報の設定用コマンドを送信するBC用経路制御コマンド生成部1209とを備える。制御装置12の構成は、第1の実施形態の制御装置10のドメイン制御情報生成部1005を、ドメイン間BC用経路探索部(ドメイン間経路計算部に相当)1205に置き換えたほかは共通するので、以下、その相違点を中心に説明する。
ドメイン間BC用経路探索部1205は、ドメイン間BC経路探索では、トポロジ情報管理部1202に蓄積されたトポロジ情報からドメイン間BC用経路の探索処理を行う。より具体的には、ドメイン間BC用経路探索部1205は、図14で示すようにドメインを論理的な通信ノードとみなして、あるドメインから少なくとも外部ノードと接続している他のすべてのドメインへ配信できるような全域木(スパニングツリー)経路を計算する。該全域木経路は、ドメインで一つ、もしくは、複数を計算してもよい。複数用いる場合には、外部ノードと接続しているドメイン毎に異なる全域経路を計算してもよい。経路計算方法として、最小全域木(プリム法、クラスカル法が代表的)を用いることが挙げられる。また、この計算の際には、あるドメインが外部ノードと接続しておらず末端である場合には除外することを繰り返して、外部ノードと接続しているドメイン間に存在しないドメインを除外してもよい。
前記計算の結果、ドメイン間で計算した全域木経路として選択されているポートはドメイン間GWポートとして選出される。ドメイン間GWポートはドメイン間のブロードキャストパケットの送信を許可し、ドメイン間GWポート以外のドメイン間を接続しているポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする。これにより、ドメインが複数のドメインと接続されている場合でも、自ドメインへのブロードキャストパケットの回り込みやドメイン間を接続しているポートへ複数のブロードキャストパケットが出力されることを抑制できる。
続いて、本実施形態の動作について説明する。以下の説明では、前記ドメイン間BC用経路の計算結果を用いて、図15に示すとおりのドメイン間GWポート(太実線参照)と、ブロードキャスト用経路が計算されているものとする。
この状態で、ドメイン26の通信ノード260に接続する外部ノード320がブロードキャストパケットを送信し、ドメイン26の通信ノード282に接続する外部ノード326にて受信されるまでの動作について図16を用いて説明する。
外部ノード320がブロードキャストパケットを通信ノード260に送信する(ステップS4−1)。通信ノード260は、制御装置12から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード264にパケットを転送する(ステップS4−2)。
以下同様に、通信ノード264は、制御装置12から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード270にパケットを転送する(ステップS4−3)。通信ノード270は、制御装置12から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード271にパケットを転送する(ステップS4−4)。通信ノード271は、制御装置12から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード273にパケットを転送する(ステップS4−5)。通信ノード273は、制御装置12から設定された制御情報に基づき、ブロードキャスト用経路の次の通信ノード282にパケットを転送する(ステップS4−6)。最後に、通信ノード282は、制御装置12から設定された制御情報に基づき外部ノード326にパケットを転送する(ステップS4−7)。なお、図16では省略しているが、外部ノード321〜325、327〜328にも、同様にして、外部ノード320からのブロードキャストパケットが到達することになる。
以上のように、本実施形態によれば、ドメイン間の経路と、各ドメイン内の経路とをそれぞれ計算し、ブロードキャストパケットを転送することが可能となる。第1の実施形態でも説明したように、あるドメインで発生した障害は、他のドメインの経路に影響を与えない。ドメイン間GWポートに選出されたポートを有する通信ノードに障害が発生した場合、該ドメイン間GWポートに対向するドメインにおいても経路の再計算が必要となるが、その他のドメインに影響が及ぶことはない。例えば、図14のドメイン26とドメイン27間のドメイン間GWポート(例えば、図14の左側のリンク)に障害が発生したとしても、冗長化されているドメイン間GWポート(例えば、図14の右側のリンク)を選出すればブロードキャスト用の経路を再構築可能である。このとき、ドメイン28内の経路は従前計算したものを利用可能である。
以上、本発明の各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。
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の視点による制御装置参照)
[第2の形態]
第1の形態において、
前記ドメインは、物理的に離れた2つの拠点に配置されたスイッチにて構成される下位ドメインと、前記下位ドメイン間を接続する上位ドメインとを含む制御装置。
[第3の形態]
第1又は第2の形態において、さらに、
前記ドメインの構成情報の入力を受け付けるドメイン情報入力部と、
前記入力を受け付けたドメインの構成情報を記憶するドメイン情報記憶部とを備える制御装置。
[第4の形態]
第1から第3いずれか一の形態において、
前記代表ポートを有する通信ノードに、VLAN IDの書き換えを指示する制御装置。
[第5の形態]
第1から第4いずれか一の形態において、
前記ドメイン毎のブロードキャストパケットの転送経路に障害が発生した場合、前記代表ポートの再選択と、前記代表ポートに変更が生じたドメインのブロードキャストパケットの転送経路の再計算とを実行する制御装置。
[第6の形態]
第1から第5いずれか一の形態において、
ドメイン単位のブロードキャストパケットの転送経路を計算し、前記ドメイン単位のブロードキャストパケットの転送経路上のドメイン間のポートを、前記代表ポートとして選択するドメイン間経路計算部を備える制御装置。
[第7の形態]
(上記第2の視点による通信システム参照)
[第8の形態]
(上記第3の視点による通信ノードの制御方法参照)
[第9の形態]
(上記第4の視点によるプログラム参照)
なお、上記第7〜第9の形態は、第1の形態と同様に、第2〜第6の形態に展開することが可能である。
なお、上記の特許文献および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、本発明の全開示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、10A、11、12 制御装置
20、23 コアドメイン
21、21−1、21−2、22、24、25 サブドメイン
26〜28、30、31 ドメイン
41、42 制御用チャネル
200〜223、230〜253、260〜283、SW 通信ノード
300〜327 外部ノード
1000、1100、1200 通信ノード通信部
1000A 代表ポート選出部
1001、1101、1201 トポロジ情報取得部
1001A ブロードキャスト経路計算部
1002、1102、1202 トポロジ情報管理部
1002A 制御情報生成部
1003、1103、1203 ドメイン情報入力部
1003A 制御情報設定部
1004、1104、1204 ドメイン情報記憶部
1005、1105 ドメイン制御情報生成部
1006、1106、1206 ユニキャスト用経路探索部
1007、1107、1207 ユニキャスト用経路制御コマンド生成部
1008、1108、1208 BC用経路探索部
1009、1109、1209 BC用経路制御コマンド生成部
1110 仮想L2情報入力部
1111 仮想L2情報記憶部
1205 ドメイン間BC用経路探索部

Claims (10)

  1. 制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする代表ポート選出部と、
    前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するブロードキャスト経路計算部と、
    前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する第1の制御情報生成部と、
    前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する制御情報設定部と、
    を備える制御装置。
  2. ユニキャスト対象のパケットを、ユニキャストパケットを転送させる制御情報に従って転送することを、前記ユニキャストパケットの転送経路上の通信ノードに指示する第2の制御情報生成部を備える
    請求項1の制御装置。
  3. 前記ドメインは、物理的に離れた2つの拠点に配置されたスイッチにて構成される下位ドメインと、前記下位ドメイン間を接続する上位ドメインとを含む請求項1又は2の制御装置。
  4. 前記ドメインの構成情報の入力を受け付けるドメイン情報入力部と、
    前記入力を受け付けたドメインの構成情報を記憶するドメイン情報記憶部とを備える請求項1から3いずれか一の制御装置。
  5. 前記代表ポートを有する通信ノードに、VLAN IDの書き換えを指示する請求項1からいずれか一の制御装置。
  6. 前記ドメイン毎のブロードキャストパケットの転送経路に障害が発生した場合、前記代表ポートの再選択と、前記代表ポートに変更が生じたドメインのブロードキャストパケットの転送経路の再計算とを実行する請求項1からいずれか一の制御装置。
  7. 前記代表ポート選出部に代えて、
    ドメイン単位のブロードキャストパケットの転送経路を計算し、前記ドメイン単位のブロードキャストパケットの転送経路上のドメイン間のポートを、前記代表ポートとして選択するドメイン間経路計算部を備える請求項1から6いずれか一の制御装置。
  8. 制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする代表ポート選出部と、
    前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するブロードキャスト経路計算部と、
    前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する制御情報生成部と、
    前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する制御情報設定部と、
    を備える制御装置と、
    前記制御装置から設定された制御情報に従ってパケットを処理する通信ノードと、
    を含む通信システム。
  9. 制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とするステップと、
    前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算するステップと、
    前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成するステップと、
    前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定するステップと、
    を含む制御装置による通信ノードの制御方法。
  10. 制御対象ネットワークに配置された複数の通信ノードを用いて構成した複数のドメイン毎に、隣接するドメインブロードキャストパケットの送信を許可する代表ポートを選出し、ドメイン間を接続している前記代表ポート以外のポートに対しては、ブロードキャストパケットの送信を不許可とする処理と、
    前記ドメイン毎に、前記代表ポートを経由するブロードキャストパケットの転送経路を計算する処理と、
    前記転送経路上の通信ノードに前記転送経路に沿ってブロードキャストパケットを転送させる制御情報を生成する処理と、
    前記転送経路上の通信ノードに、前記生成した制御情報を設定する処理と、
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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