JP6278913B2 - 通信ネットワークの冗長経路検出システムおよびその検出方法 - Google Patents
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Description
論理ネットワークは、概念的に構築されるため、現実の物理ネットワーク構造に制約を受けずに構築可能である
図8に示すように、サーバs10の群は、LeafであるToR(Top of rack)の各スイッチsw10に統合して接続され、Leafである各スイッチsw10は、Spineであるすべてのスイッチsw20に接続されている。
図9(a)に示すように、ある論理ネットワークの構成上、データセンタ103内に論理ルータ103rがあると、データセンタ102内にあるサーバ102sからデータセンタ104内のあるサーバ104sへのルートはデータセンタ103を経由する。
その結果、物理ネットワーク上ではデータセンタ101とデータセンタ103とを結ぶルートを重複して通過することになる。
例えば、通信システムにおいて故障が発生した場合には、故障個所が分りずらい。そのため、故障個所を特定する作業が過大となる。つまり、保守、管理作業量が増大する。また、通信ネットワークが提供する各通信サービスの全貌の把握が困難となる。
<<実施形態1>>
図1は、本発明に係る実施形態の物理冗長経路検出システムが実現されるハードウェア構成を示す構成図である。
実施形態の物理冗長経路検出システムSは、通信ネットワークにおける検出対象の物理ネットワーク経路の冗長経路を検出するシステムである。
物理冗長経路検出システムSは、例えば、通信ネットワークの運用者がオペレーションを行う運用サーバ1内に格納されるソフトウェアを用いて具現化される。
各データセンタDでは、図8のような論理ネットワークに対応する物理ネットワーク経路において、複数のサーバがあるまとまりのサーバ群で統合され、図8と同様な階層構造の物理スイッチswで、物理ネットワーク経路の切替えが行われる。
データセンタD1にあるSDNコントローラc1は、データセンタD1内にあるSDN対応スイッチsw11、sw12、sw13、……(sw)を制御し、管理する。
データセンタD2にあるSDNコントローラc2は、データセンタD2内にあるSDN対応スイッチsw21、sw22、……(sw)を制御し、管理する。
つまり、SDNコントローラcにより、対応するデータセンタD内にある物理ネットワークの全SDN対応スイッチ(物理スイッチ)swが管理されている 。SDN対応スイッチ(物理スイッチ)swに対して論理スイッチが規定(定義)される。
各SDNコントローラcには、物理のSDN対応スイッチswのフロー情報と論理スイッチのフロー情報とが格納されている。
オーケストレータo1には、通信ネットワークのネットワーク機能のFG(Forwarding Graph)情報が格納され管理されている。
上述したように、データセンタD内の物理ネットワークおよび論理ネットワークのフロー情報とは、各SDNコントローラcに格納されている。
物理冗長経路検出システムSは、情報収集処理部s1と、ネットワーク経路構成部s2と、物理冗長経路検出部s3と、検出結果出力部s4とを備えている。
情報収集処理部s1とネットワーク経路構成部s2と物理冗長経路検出部s3と検出結果出力部s4とは、プログラム言語で記述されるソフトウェアで実現される。
検出結果出力部s4は、検出された物理冗長経路を、外部にディスプレイ、プリンタ、ファイル出力等で出力する。
なお、情報収集処理部s1、ネットワーク経路構成部s2、物理冗長経路検出部s3、および検出結果出力部s4の詳細については後記する。
物理冗長経路検出システムSは、外部機能として、各SDNコントローラc、オーケストレータo1、データセンタD間の接続情報、各データセンタDにあるサーバ群の各サーバに格納される論理・物理対応情報を有している。
外部機能のオーケストレータo1には、FG情報、データセンタD間の接続情報等が格納されている。
各データセンタDにあるサーバ内には、論理・物理対応情報が格納されている。
情報収集処理部s1には、入力情報として、通信ネットワーク上で提供される通信サービス(以下、サービスという)の情報と、そのサービスの論理ネットワーク上の始点と終点との情報とが入力される。サービスの情報と、論理ネットワーク上の始点と終点との情報の入力情報は、運用サーバ1(図1参照)でネットワーク管理者等が入力する。或いは、当該入力情報は、システム的に自動的に設定される。なお、入力情報の入力形態は任意である。
例えば、入力情報として、検出対象とするサービスが入力される。検出対象のサービスを、例えば、Xとする。
論理ネットワーク上の始点と終点の情報として、下記のような始点の仮想サーバの情報と終点の仮想サーバの情報とがある。
{src, dst}= {host_a, host_z}
上記論理式は、“src”は始点を表し、“dst”は始点を表す。始点の仮想サーバが“a”であり、終点の仮想サーバが“z”である。
以下、物理冗長経路検出システムSの情報収集処理部s1と、ネットワーク経路構成部s2と、物理冗長経路検出部s3と、検出結果出力部s4とについて詳述する。
情報収集処理部s1は、上述の入力情報と、NF FG情報と、SDNフロー情報とを収集する。
情報収集処理部s1は、オーケストレータo1からNF FG情報を収集(取得)する。
FG情報は、オーケストレータo1が保持する。
NF FGは、NFの列 であり、例えば、
FG_1=(NF_A,NF_B,………NF_C)
と表わされる。ここで、
NF={機能情報、実行される仮想サーバ}
と表わされる。
“NF_A”は、機能情報と、当該機能情報を実行する仮想サーバが“A”であることを示す。
情報収集処理部s1は、各SDNコントローラcから、各データセンタD内にある物理スイッチと論理スイッチとのSDNフロー情報を収集(取得)する。
SDNフロー情報は、SDNコントローラcが保持する。
フロー情報全体は、以下のように表わせる。
{SDNスイッチ11のフロー情報,SDNスイッチsw12のフロー情報,………}(図1参照)
なお、SDNスイッチswには、物理スイッチと論理スイッチがある。 物理スイッチとは、実際の通信ネットワークに設けられるスイッチを意味し、論理スイッチとは、仮想の通信ネットワークのスイッチを意味する。
ヘッダフィールドとは、“パケットを識別する条件 ”をいう。
アクションとは、“(パケットを識別する条件にマッチした)パケットの処理 ”をいう。
本システムSでは基本的に “Forwarding” アクションに注目する 。なお、本システムでは“統計情報”は特に扱わない。
情報収集処理部s1は、収集された情報をネットワーク経路構成部s2に出力する。
ネットワーク経路構成部s2は、図2に示すように、トポロジ情報とデータセンタD間の接続情報と論理・物理対応情報とを取得する。
ネットワーク経路構成部s2は、各SDNコントローラcからトポロジ情報を取得する。また、ネットワーク経路構成部s2は、オーケストレータo1からデータセンタD間の接続情報を取得し、サーバから論理・物理対応情報を取得する。
サーバには、当該サーバの論理・物理対応情報が格納されている。
サービスXに該当するNF FG情報は、図3(a)に示すように、
{NF_A,NF_B,………,NF_C} (1)
であるとする。
なお、図3(a)、(b)、(c)、(d)、および(e)は、物理冗長経路検出システムSのネットワーク経路構成部の処理の具体例を示す図である。なお、図3(d)、(e)のDC1、DC2はそれぞれデータセンタD1、データセンタD2を意味する。
ネットワーク経路構成部s2は、論理ネットワーク経路構成処理s1a(図4参照)において、以下の処理を行う。
論理ネットワーク経路構成処理s1aでは、LLDP(Link Layer Discovery Protocol)を用いたトポロジ検出技術(詳細は後記)を利用する。
例えば、図3(b)に示すように、始点(始点のサーバ)から終点(終点のサーバ)までの経路を、
{vhost_a, vhost_A(NF_A), vhost_B(NF_B), …, vhost_C(NF_C), vhost_z} (2)
とする。
そして、「論理スイッチのSDNフロー情報」および「論理トポロジ情報」を基に、それぞれのノード(ホスト)間における論理ネットワーク経路を導出する。
例えば、図3(c)に示すように、
{vhost_a, vswA1, vswA2, vhost_A(NF_A), vswB1, vhost_B(NF_B), …, vhost_C(NF_C), vswC2, vhost_z} (3)
である。
ここで、vswA1とvswA2は、vhost_aとvhost_Aとの間の論理ネットワーク経路を構成する論理スイッチである。なお、経路上のノードは、仮想サーバになる。
続いて、ネットワーク経路構成部s2は、物理ネットワーク経路構成処理s1b(図4参照)において、下記の処理を行う。
ここで、論理ネットワーク経路の各ノードを、対応する物理サーバに変換した場合、隣接する仮想サーバと仮想スイッチは同一の物理サーバに対応する場合がある。
{p_host_a, p_swA, p_host_A, …p_swC1, p_host_z} (4)
その結果、ネットワーク経路構成部s2は、生成した(4)のサービスXの物理ネットワーク経路の情報を、物理冗長経路検出部s3(図2参照)に出力する。
図5は、物理冗長経路検出システムSの物理冗長経路検出部の詳細構成を示すフロー図である。
物理冗長経路検出部s3では、まず、ネットワーク経路構成部s2から、生成したサービスXの物理ネットワーク経路(図3(e)参照)の情報が入力される。
続いて、ステップs4aで到達したノードから、物理ネットワーク経路の次の物理ノードまでの1ホップ先のパスをたどる(ステップs4b)。
冗長な経路と判定された場合(ステップs4cでYes)、冗長な物理パスの情報を記憶部(メモリ)に保存(記憶)する(ステップs4d)。
物理ネットワーク経路の終点と判定された場合(ステップs4eでYes)、処理を終了する。
一方、物理ネットワーク経路の終点でないと判定された場合(ステップs4eでNo)、ステップs4bに移行する。以下、同様な処理である。
図6(a)、(b)は、それぞれ冗長な経路の例1{…,a, b, a,…}、例2{…,a, b, c, b, a,…}を示す図である。
図5のステップs4aまたはステップs4bで、ノードaからノードbをたどった後、ステップs4bでノードbからノードaをたどった場合、ステップs4cで冗長な経路と判定される。
こうして、図6(a)の例1{…,a, b, a,…}では、長さ1の冗長経路を検出することとなる。
さらに、ステップs4cを経由して、ステップs4bで、ノードbからノードaをたどった場合、ステップs4cで、冗長な経路と判定される。
図6(b)の例2{…,a, b, c, b, a,…}では、長さ2の冗長経路を検出することとなる。
こうして、物理冗長経路検出部s3の処理が終了すると、検出結果の情報を、検出結果出力部s4(図2参照)に出力する。
出力形態は、表示装置(図示せず)の表示、プリンタ(図示せず)からの出力、電子データとして、ファイル出力、他システムへの出力等、さまざまな形態で出力できる。
次に、図4に示す論理ネットワーク経路構成処理s1aと物理ネットワーク経路構成処理s1bとで用いられるLLDPを用いたトポロジ検出技術について説明する。
図7は、LLDPを用いたトポロジ検出技術の概要を示す図である。
スイッチAのポートXという情報を埋め込んだLLDPパケットを作り、Packet Outメッセージを用いてスイッチAへと送る。
すると、LLDPパケットは、スイッチAの指定ポートXから出力され、隣接するスイッチBへと到達する。
また、LLDPパケット中にはスイッチA、ポートXという情報が埋め込まれている。そのため、これらの情報を用いることで、コントローラはスイッチA、B間の接続関係が分かる。
この一連の手続きを、SDNコントローラcと接続するSDNスイッチswに対して繰り返し行うことで、論理・物理ネットワーク経路全体のトポロジが把握できる。
これにより、従来、データセンタD間では考慮されなかった物理冗長経路を検出するシステムが実現できる。
例えば、通信システムにおいて故障が発生した場合には、故障個所が分り易い。そのため、故障個所を特定する作業量が減少する。つまり、保守、管理作業量が低減する。
また、通信ネットワークが提供する各通信サービスの全貌の把握が容易となる。
SFC(サービスチェーニング) における通信経路を、物理冗長経路検出システムSを用いて確認する。なお、SFCとは、ネットワークの設計・ 運用方法を劇的に変化させる可能性のある、技術・プロセスの新たなセットである。
1.前記実施形態では、情報収集処理部、ネットワーク経路構成部、物理冗長経路検出部、検出結果出力部とを切り分けて説明したが、各部を適宜統合して構成してもよいし、さらに細分して構成してもよい。例えば、情報収集処理部とネットワーク経路構成部とを組み合わせて一つの機能部としてもよい。
(4)物理ネットワーク経路
D、D1、D2、…… データセンタ
host_a 論理ネットワークの始点
S 冗長経路検出システム
s1 情報収集処理部
s2 ネットワーク経路構成部
s3 物理冗長経路検出部
s4 検出結果出力部
sw、sw11、sw12、sw13、… SDN対応スイッチ(切換手段)
vhost_z 論理ネットワークの終点
X サービス(検出対象)
Claims (8)
- 複数のデータセンタを跨る通信ネットワークにおける物理ネットワーク経路の冗長経路を検出する通信ネットワークの冗長経路検出システムであって、
検出対象である前記物理ネットワーク経路の論理ネットワークの始点と終点の情報と、各前記データセンタにおける各論理切換手段と各物理切換手段のパケットの処理法が定められるフロー情報と、前記通信ネットワークにおける各サーバの機能情報とを収集する情報収集処理部と、
前記情報収集処理部で収集した情報が入力され、各前記データセンタの接続状況の情報と、前記複数のデータセンタ間の接続情報と、各前記サーバの論理と物理の対応情報とを取得し、前記物理ネットワーク経路を導出するネットワーク経路構成部と、
前記物理ネットワーク経路における重複する冗長箇所を検出する物理冗長経路検出部と、
前記冗長箇所を出力する検出結果出力部とを
備えることを特徴とする通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 前記フロー情報は、前記通信ネットワークで送られるパケットを識別する条件と、当該条件を満たすパケットの処理とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 前記通信ネットワークにおける各サーバの機能情報とは、NF FG(Network Function Forwarding Graph)情報である
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 前記ネットワーク経路構成部は、
収集したNF FG情報から、前記検出対象のNF FG情報を抽出し、
前記検出対象の論理ネットワークの始点と終点の情報に基づいて、前記始点から前記検出対象のNF FG情報の各NFの仮想サーバを経由して前記終点までの経路を生成し、
前記経路から、前記論理切換手段のフロー情報を用いて、当該経路に対応する論理ネットワーク経路を導出し、
前記論理ネットワーク経路から、前記物理切換手段のフロー情報、前記複数のデータセンタ間の接続情報、および前記各サーバの論理と物理の対応情報を用いて、当該論理ネットワーク経路に対応する物理ネットワーク経路を導出する
ことを特徴とする請求項3に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 前記各データセンタの接続状況の情報は、論理トポロジ情報と物理トポロジ情報である
ことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 前記物理冗長経路検出部は、
前記物理ネットワーク経路における先のパスをたどって、当該たどったパスを記憶部に記憶するとともに、当該先のパスが、既に前記記憶部に記憶される前にたどったパスと同じか否か判定することで前記冗長箇所を検出する
ことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システム。 - 情報収集処理部とネットワーク経路構成部と物理冗長経路検出部と検出結果出力部とを備え、複数のデータセンタを跨る通信ネットワークにおける物理ネットワーク経路の冗長経路を検出する通信ネットワークの冗長経路検出システムの検出方法であって、
前記情報収集処理部は、検出対象である前記物理ネットワーク経路の論理ネットワークの始点と終点の情報と、各前記データセンタにおける各論理切換手段と各物理切換手段のパケットの処理法が定められるフロー情報と、前記通信ネットワークにおける各サーバの機能情報とを収集し、
前記ネットワーク経路構成部は、前記情報収集処理部で収集した情報が入力され、各前記データセンタの接続状況の情報と、前記複数のデータセンタ間の接続情報と、各前記サーバの論理と物理の対応情報とを取得し、物理ネットワーク経路を導出し、
前記物理冗長経路検出部は、前記物理ネットワーク経路における重複する冗長箇所を検出し、
前記検出結果出力部は、前記冗長箇所を出力する
ことを特徴とする通信ネットワークの冗長経路検出システムの検出方法。 - 前記情報収集処理部は、前記通信ネットワークにおける各サーバの機能情報として、NF FG情報を収集し、
前記ネットワーク経路構成部は、
収集したNF FG情報から、前記検出対象のNF FG情報を抽出し、
前記検出対象の論理ネットワークの始点と終点の情報に基づいて、前記始点から前記検出対象のNF FG情報の各NFの仮想サーバを経由して前記終点までの経路を生成し、
前記経路から、前記論理切換手段のフロー情報を用いて、当該経路に対応する論理ネットワーク経路を導出し、
前記論理ネットワーク経路から、前記物理切換手段のフロー情報、前記複数のデータセンタ間の接続情報、および前記各サーバの論理と物理の対応情報を用いて、当該論理ネットワーク経路に対応する物理ネットワーク経路を導出する
ことを特徴とする請求項7に記載の通信ネットワークの冗長経路検出システムの検出方法。
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