JPWO2012173172A1 - 通信システム、コントローラ、スイッチ、ストレージ管理装置、及び通信方法 - Google Patents

通信システム、コントローラ、スイッチ、ストレージ管理装置、及び通信方法 Download PDF

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Abstract

本発明の通信システムは、iSCSIイニシエータを備えるサーバ装置と、iSCSIターゲットを備えるストレージと、ストレージ管理装置と、オープンフローコントローラと、オープンフロースイッチとを備える。ストレージ管理装置は、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームにより定められる管理ID毎に、iSCSI通信パケットの経路情報を記憶する。サーバ装置は、管理IDを宛先ポート番号に格納したiSCSI通信パケットを送信する。オープンフロースイッチは、エントリに従ってパケットを転送する。オープンフローコントローラは、iSCSI通信パケットを転送するためのエントリを生成し、オープンフロースイッチに配布する。上記の構成の通信システムによって、オープンフロースイッチのパケット処理に高い負荷をかけずに、iSCSIのデータに基づくフロー制御を行う通信方法を提供する。

Description

本発明は、オープンフロー技術に関し、特にiSCSI(Internet Small Computer System Interface)のデータに基づくフロー制御技術に関する。
オープンフローとは、フロー単位で経路制御を行う通信技術である。オープンフローでは、MACアドレス、IPアドレス、ポート番号等の組み合わせにより「フロー」を決定する。オープンフロー技術では、送信元ノードと宛先ノードで、画一的に経路を決定しない。オープンフロー技術では、送信元ノードと宛先ノードの間で、フロー毎に経路を変更することが可能となる。また、当該経路は、隣接するノード間だけではなく、End−to−End(終端ノードから終端ノード)で管理することが可能である。オープンフロー技術に関する先行技術文献としては、非特許文献1がある。
一方、コンピュータシステムの発展に伴い、高速で大容量な補助記憶装置の需要が高まっている。特に、大規模なコンピュータシステムを扱う場合などは、記憶装置を集合させたストレージ(ディスクアレイ)をSAN(記憶領域ネットワーク)に接続する形態が、多数利用されている。SCSI(Small Computer System Interface)コマンドを、ネットワークを介して使用するプロトコルとして、iSCSIが知られている。iSCSIを利用したSANは、装置コストが比較的安価なこと、既設のインフラを有効活用できることから、今後ますます発展する市場として注目されている。
iSCSIを利用したSANに関する先行技術文献としては、特開2004−164490号公報(特許文献1)がある。特開2004−164490号公報では、iSCSIストレージシステムにおいて、仮想ホスト識別子を利用することにより、ストレージルータの設定を変更することなく、ホストに対するストレージの割り当てを行う技術が開示されている。
iSCSIを利用したSANは、SCSIの下位層で、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)を利用している。現在のオープンフロー技術を利用したオープンフロースイッチでは、OSI参照モデルにおけるレイヤ4のTCP層までしか扱うことができない。iSCSI層は、OSI参照モデルのレイヤ4にあるが、TCP層の上位レイヤであるため、オープンフロー技術を利用したオープンフロースイッチで認識できない。そのため、現在のオープンフロースイッチでは、パケットに含まれるiSCSI層データのSCSIネーム(iSCSIイニシエータネームや、iSCSIターゲットネーム)を直接参照してフロー制御することができない。より柔軟なフロー制御を実現するため、iSCSI層の情報を扱えるオープンフロースイッチが必要とされている。
特開2004−164490号公報
"The OpenFlow Switch Consortium"<http://www.openflowswitch.org/>
本発明の目的は、オープンフロー技術を利用したオープンフロースイッチにおいて、パケット処理に高い負荷をかけずに、iSCSIのデータに基づくフロー制御を行う通信方法を提供することにある。
本発明の通信システムは、iSCSIイニシエータを備えるサーバ装置と、iSCSIターゲットを備えるストレージと、ストレージを管理するストレージ管理装置と、オープンフロースイッチを制御するオープンフローコントローラと、パケットを転送するオープンフロースイッチとを備える。ストレージ管理装置は、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームにより定められる管理ID毎に、iSCSI通信パケットの経路情報を記憶する。サーバ装置は、管理IDをTCPヘッダの宛先ポート番号に格納したiSCSI通信パケットをオープンフロースイッチに送信する。オープンフロースイッチは、フローテーブルにiSCSI通信パケットに対するエントリがない場合には、iSCSI通信パケットをオープンフローコントローラに転送する。オープンフロースイッチは、フローテーブルにiSCSI通信パケットに対するエントリがある場合には、当該エントリに従ってパケットを転送する。オープンフローコントローラは、iSCSI通信パケットを受信した場合には、ストレージ管理装置に、当該iSCSI通信パケットに含まれる管理IDに対応する経路情報を問い合わせる。オープンフローコントローラは、iSCSI通信パケットを転送するためのエントリを生成し、当該エントリをオープンフロースイッチに配布する。
本発明の通信方法は、iSCSIイニシエータを備えるサーバ装置と、iSCSIターゲットを備えるストレージと、ストレージを管理するストレージ管理装置と、オープンフロースイッチを制御するオープンフローコントローラと、パケットを転送するオープンフロースイッチとを備える通信システムにおいて実施される通信方法である。ストレージ管理装置が、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームにより定められる管理ID毎に、iSCSI通信パケットの経路情報を記憶するステップと、サーバ装置が、管理IDをTCPヘッダの宛先ポート番号に格納するステップと、サーバ装置が、管理IDを格納したiSCSI通信パケットをオープンフロースイッチに送信するステップと、オープンフロースイッチが、フローテーブルにiSCSI通信パケットに対するエントリがない場合には、iSCSI通信パケットをオープンフローコントローラに転送するステップと、オープンフロースイッチが、フローテーブルにiSCSI通信パケットに対するエントリがある場合には、エントリに従ってパケットを転送するステップと、オープンフローコントローラが、iSCSI通信パケットを受信した場合には、管理IDを、ストレージ管理装置に問い合わせるステップと、オープンフローコントローラが、iSCSI通信パケットを受信した場合には、ストレージ管理装置に、管理IDに対応する経路情報を問い合わせるステップと、オープンフローコントローラが、経路情報を問い合わせるステップの結果に基づいて、iSCSI通信パケットを転送するためのエントリを生成するステップと、オープンフローコントローラが、当該エントリをオープンフロースイッチに配布するステップとを含む。
本発明によれば、オープンフロー技術を利用したオープンフロースイッチにおいて、パケット処理に高い負荷をかけずに、iSCSIのデータに基づくフロー制御を行う通信方法を提供することができる。
上記及び他の目的、長所、特徴は、次の図面と共に説明される本発明の実施例により明らかになるだろう。
図1は、本発明の実施例における通信システム1のネットワーク構成図である。 図2は、本発明の実施例の通信システム1において、ストレージ管理装置300で管理されるストレージ管理テーブルである。 図3は、本発明の実施例の通信システム1における通信方法を説明するための図である。 図4は、本発明の実施例の通信システム1において、iSCSIイニシエータから、iSCSIターゲットに送出されるiSCSI通信パケットで、管理ID500が格納される位置を説明するための図である。 図5は、本発明の実施例の通信システム1において、iSCSIターゲットから、iSCSIイニシエータに送出される応答パケットで、管理ID500が格納される位置を説明するための図である。
添付図面を参照して、本発明の実施例による通信システム1を以下に説明する。
[構成の説明]
はじめに、本実施例における通信システム1の構成の説明を行う。図1は、本発明の実施例における通信システム1のネットワーク構成図である。
本実施例の通信システム1は、サーバ装置100、オープンフローコントローラ200(以下、「OFC」という)、オープンフロースイッチ201〜204(以下、「OFS」という)、ストレージ管理装置300及びストレージ400を備える。
サーバ装置100は、iSCSIイニシエータを備え、通信システム1を介して、ストレージ400のiSCSIターゲット401、402と通信を行う。
OFC200とOFS201〜204は、それぞれ通信路205〜208で接続されている。OFC200は、通信路205〜208を使用して、通信システム1のフロー制御のためのフローテーブルの設定を、OFS201〜204に行う。また、OFC200とストレージ管理装置300は、通信路221で接続されている。OFC200は、iSCSI通信パケットを転送するためのフローエントリを設定するための情報を、通信路221を介して、ストレージ管理装置300から取得する。
OFS201〜204は、通信システム1のパケットを転送するスイッチである。サーバ装置100とストレージ400は、OFS201〜204を介した通信路210〜219によって接続されている。
ストレージ管理装置300には、ストレージ400を管理するためのソフトウェアがインストールされている。ストレージ管理装置300とストレージ400は、通信路230で接続されている。ストレージ管理装置300は、通信路230により、ストレージ400を管理するための制御メッセージの送受信を行う。また、ストレージ管理装置300とOFS201は、通信路220で接続されている。
図2は、本発明の実施例の通信システム1において、ストレージ管理装置300で管理されるストレージ管理テーブルである。ストレージ管理テーブルのエントリは、管理ID500、イニシエータIPアドレス501、イニシエータポート番号502、イニシエータネーム503、ターゲットポート番号504、ターゲットネーム505及びターゲット接続Port506の属性を持つ。
管理ID500は、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームの組み合わせにより、一意に決定される数値である。イニシエータIPアドレス501は、iSCSIイニシエータとなる装置のIPアドレスである。イニシエータポート番号502は、iSCSIイニシエータとなる装置が、iSCSI通信に使用するポート番号である。イニシエータネーム503は、iSCSIイニシエータとなる装置に割り振られる識別子である。ターゲットポート番号504は、iSCSIターゲットがiSCSI通信を行うためのポート番号である。ターゲットポート番号504は、ストレージ管理300で静的に設定する。又は、ターゲットポート番号504は、iSCSIターゲット401、402から通信路230を介して取得してもよい。ターゲットネーム505は、iSCSIターゲットとなる装置に割り振られる識別子である。ターゲット接続Port506は、iSCSIターゲットが接続されているOFSと、当該OFSでiSCSIターゲットが接続されているPortが格納される。ターゲット接続Port506は、ストレージ管理300で静的に設定するか、又は、iSCSIターゲット401、402から通信路230を介して取得する。
ストレージ400には、iSCSIターゲット401、402が存在する。iSCSIターゲット401、402には、同一のIPアドレスが設定されている。それぞれのiSCSIターゲットは、iSCSI通信を行うためのTCPポート番号として”3260”を利用する。
[動作方法の説明]
次に、本実施例における通信システム1において、通信方法の説明を行う。図3は、本発明の実施例の通信システム1における通信方法を説明するための図である。サーバ装置100上のiSCSIイニシエータと、ストレージ400上のiSCSIターゲット401間でiSCSI通信を行う際の動作を例にして説明する。サーバ装置100上のiSCSIイニシエータと、ストレージ400上のiSCSIターゲット401間のiSCSI通信は、まだ1度も行われておらず、OFS201〜204には、iSCSI通信に関するフローエントリは存在していないものとする。
(ステップ(1))
サーバ装置100のiSCSIイニシエータは、イニシエータネーム503及びターゲットネーム505をストレージ管理300に、OFS201を介して通知する。
(ステップ(2))
ストレージ管理300は、イニシエータネーム503及びターゲットネーム505に対して、管理ID500として“10”を割り振る。ストレージ管理300は、ステップ(1)で通知されたイニシエータネーム503及びターゲットネーム504をストレージ管理テーブルに格納する。ストレージ管理300は、管理ID500の値“10”をサーバ装置100のiSCSIイニシエータへ通知する。
(ステップ(3))
サーバ装置100は、ステップ(2)でストレージ管理300から通知された管理ID500の値”10”を、iSCSI通信パケットの宛先ポート番号に設定する。
(ステップ(4))
サーバ装置100は、宛先ポート番号に”10”を設定して図4のパケットを送出する。図4は、本発明の実施例の通信システム1において、iSCSIイニシエータから、iSCSIターゲットに送出されるiSCSI通信パケットで、管理ID500が格納される位置を説明するための図である。図4の例では、管理ID500は、iSCSIイニシエータから、iSCSIターゲットに送出されるiSCSI通信パケットのTCPヘッダ601の宛先ポート番号に格納される。
(ステップ(5))
OFS201は、ステップ(4)で、サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットを参照する。OFS201は、当該iSCSI通信パケットを転送するためのフローエントリが存在しなければ、フロー制御用の通信路205を介してOFC200へiSCSI通信パケットを転送する。本手順の例では、サーバ装置100上のiSCSIイニシエータと、ストレージ400上のiSCSIターゲット401間のiSCSI通信は、まだ1度も行われておらず、OFS201〜204には、iSCSI通信に関するフローエントリは存在していないものとしていた。そのため、OFS201は、フロー制御用の通信路205を介してOFC200へ当該iSCSI通信パケットを転送する。
(ステップ(6))
OFC200は、ステップ(5)で受信したiSCSI通信パケット内の宛先ポート番号(管理ID500)、送信元IPアドレス(イニシエータIPアドレス)及び送信元ポート番号(イニシエータポート番号)を、通信路221を介してストレージ管理300に通知する。
(ステップ(7))
ストレージ管理300は、TCPヘッダ601の宛先ポート番号(管理ID500)と、図2のストレージ管理テーブルを参照し、管理ID500を含むエントリを検索する。ストレージ管理300は、ストレージ管理テーブルで検索されたエントリのイニシエータIPアドレス501とイニシエータポート番号502に、ステップ(6)で通知されたiSCSI通信パケット内の情報(送信元IPアドレス、送信元ポート番号)を格納する。ストレージ管理300は、OFC200に宛先ポート番号“3260”とターゲット接続Port506(203−4)を通知する。
(ステップ(8))
OFC200は、サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットの宛先ポート番号を“10”から“3260”に書き換えるアクションと、当該iSCSI通信の転送先をOFS203の出力Port203−4に指定するルールを規定したエントリを、OFS201〜204のフローテーブルに書き込む。
(ステップ(9))
OFS201は、フローエントリのルール(サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットを、OFS203のPort203−4に転送する。)とアクション(サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットの宛先ポート番号を、“10”から“3260”に書き換える。)に従い、iSCSI通信パケットをOFS203に転送する。
(ステップ(10))
OFS203は、OFS201から受信したiSCSI通信パケットを、OFS203のPort203−4を介して、ストレージ400のターゲット401に送信する。
(ステップ(11))
サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットを受信したストレージ400上のターゲット401は、iSCSI通信パケットから取り出したSCSIコマンドの処理を行う。ターゲット401は、サーバ装置100のiSCSIイニシエータに向けて、iSCSI通信パケット(サーバ装置100から送信されたiSCSI通信パケットの応答パケット)を送出する。
(ステップ(12))
OFS203は、ステップ(11)でターゲット401により送信された応答パケットを参照する。OFS203は、当該応答パケットを処理するためのフローエントリが存在しなければ、OFC200へ応答パケットを転送する。本手順の例では、OFS203は、まだ1度も応答パケットを送信していないため、当該応答パケットを処理するためのフローエントリは存在していない。そのため、OFS203は、OFC200へ当該応答パケット転送する。
(ステップ(13))
OFC200は、ステップ(11)でターゲット401により送信された応答パケット内の宛先IPアドレス(イニシエータIPアドレス)及び宛先ポート番号(イニシエータポート番号)を、通信路221を介してストレージ管理300に通知する。
(ステップ(14))
ストレージ管理300は、宛先IPアドレス(イニシエータIPアドレス)及び宛先ポート番号(イニシエータポート番号)、図2のストレージ管理テーブルを参照し、該当するエントリを検索する。ストレージ管理300は、検索されたエントリの管理ID500(“10”)を、OFC200に通知する。
(ステップ(15))
OFC200は、ストレージ400から送信された応答パケットの宛先ポート番号を“3260”から“10”に書き換えるアクションと、当該応答パケットの転送先をOFS201の出力Port201−1に指定するルールを規定したエントリを、OFS201〜204のフローテーブルに書き込む。
(ステップ(16))
OFS203は、フローエントリのルール(ストレージ400から送信された応答パケットを、OFS201のPort201−1に転送する。)とアクション(ストレージ400から送信された応答パケットの送信元ポート番号を、“3260”から“10”に書き換える。)に従い、当該応答パケットをOFS201に転送する。図5は、本発明の実施例の通信システム1において、iSCSIターゲットから、iSCSIイニシエータに送出される応答パケットで、管理ID500が格納される位置を説明するための図である。管理ID500は、iSCSIターゲットから、iSCSIイニシエータに送出される応答パケットのTCPヘッダ601の送信元ポート番号に格納される。
(ステップ(17))
OFS201は、OFS203から受信した応答パケットを、OFS201のPort201−1を介して、サーバ装置100のiSCSIイニシエータに送信する。
(ステップ(18))
その後の、サーバ装置100のiSCSIイニシエータから送出されるiSCSI通信パケットは、OFS201〜204のフローエントリに従って転送される。OFS201〜204のフローテーブルには、既にエントリがあるため、OFC200へのパケット転送は行われない。
(ステップ(19))
ストレージ400のターゲット401から送出される応答パケットは、OFS201〜204のフローエントリに従って転送される。OFS201〜204のフローテーブルには、既にエントリがあるため、OFC200へのパケット転送は行われない。
本実施例では、フロー制御のために、iSCSIネームをTCPヘッダのオプション領域に格納する等の方法をとらずに、TCPヘッダの宛先ポート番号に、管理ID500を格納する。そのため、OFS201〜204のパケット処理において、ベンダー拡張動作が不要となり、高速なスイッチングが可能となる。
また、本実施例では、iSCSIネームをTCPヘッダのオプション領域に格納する等によりiSCSI通信パケットを識別せず、TCPヘッダの宛先ポート番号に格納された管理ID500によりiSCSI通信パケットを識別するため、パケットのデータサイズを抑えたフロー制御が可能になる。
また、本実施例では、管理ID500をiSCSIイニシエータネーム503及びiSCSIターゲットネーム505によって決定している。管理ID500の決定に、iSCSIターゲット個別に設定されたIPアドレスを使用していないため、スケーラブルな構成のストレージ装置400を実現できる。本実施例では、必要に応じてストレージ400にターゲットを追加した場合においても、iSCSIネームに変更がなければ、同一の管理ID500でフローを制御することができる。
本実施例では、iSCSIターゲットに、全て同一のIPアドレスを設定したが、iSCSIターゲット毎に、個別のIPアドレスが設定されている場合でも、本発明を実施することができる。この場合には、iSCSIイニシエータは、ストレージ400全体に対して設定された仮想的なIPアドレスを、送信先IPアドレスに設定してパケットを送信する。OFS201〜204は、宛先ポート番号を書き換える際、同時に宛先IPアドレスを該当するターゲット毎のIPアドレスに書き換える。また、同様に、ターゲットからの応答パケットについても、OFS201〜204は、送信元ポート番号を書き換える際に、送信元IPアドレスを、ストレージ400全体に対して設定された仮想的なIPアドレスに書き換える。
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
なお、本出願は、2011年6月16日に出願された日本出願番号2011−134425に基づく優先権を主張するものであり、日本出願番号2011−134425における開示内容は引用により本出願に組み込まれる。

Claims (9)

  1. iSCSIイニシエータを備えるサーバ装置と、
    iSCSIターゲットを備えるストレージと、
    ストレージを管理するストレージ管理装置と、
    オープンフロースイッチを制御するオープンフローコントローラと、
    パケットを転送するオープンフロースイッチと
    を備える通信システムにおいて、
    前記ストレージ管理装置は、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームにより定められる管理ID毎に、iSCSI通信パケットの経路情報を記憶し、
    前記サーバ装置は、前記管理IDをTCPヘッダの宛先ポート番号に格納した前記iSCSI通信パケットを前記オープンフロースイッチに送信し、
    前記オープンフロースイッチは、フローテーブルに前記iSCSI通信パケットを処理するためのエントリがない場合には、前記iSCSI通信パケットを前記オープンフローコントローラに転送し、前記フローテーブルに前記iSCSI通信パケットを処理するための前記エントリがある場合には、前記エントリに従ってパケットを転送し、
    前記オープンフローコントローラは、前記iSCSI通信パケットを受信した場合には、前記ストレージ管理装置に、前記管理IDに対応する前記経路情報を問い合わせ、前記iSCSI通信パケットを転送するための前記エントリを生成し、前記エントリを前記オープンフロースイッチに配布する
    通信システム。
  2. 前記サーバ装置は、前記管理IDを保持していない場合には、前記iSCSI通信パケットを送信する前に、前記iSCSIイニシエータネーム及び前記iSCSIターゲットネームを、前記ストレージ管理装置に送信し、
    前記ストレージ管理装置は、前記iSCSIイニシエータネーム及び前記iSCSIターゲットネームに基づいて、前記管理IDを割り当て、前記管理IDを前記サーバ装置に送信する
    請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記サーバ装置が送信する前記iSCSI通信パケットを転送するための前記エントリは、前記TCPヘッダの前記宛先ポート番号に格納された前記管理IDを、前記iSCSIターゲットが使用するポート番号に書き換えるアクションを含み、
    前記ストレージが送信する前記iSCSI通信パケットを転送するための前記エントリは、前記TCPヘッダの送信元ポート番号を、前記管理IDに書き換えるアクション
    を含む請求項1又は2に記載の通信システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のオープンフローコントローラ。
  5. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のオープンフロースイッチ。
  6. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のストレージ管理装置。
  7. iSCSIイニシエータを備えるサーバ装置と、
    iSCSIターゲットを備えるストレージと、
    ストレージを管理するストレージ管理装置と、
    オープンフロースイッチを制御するオープンフローコントローラと、
    パケットを転送するオープンフロースイッチと
    を備える通信システムにおいて、
    前記ストレージ管理装置が、iSCSIイニシエータネームとiSCSIターゲットネームにより定められる管理ID毎に、iSCSI通信パケットの経路情報を記憶するステップと、
    前記サーバ装置が、前記管理IDをTCPヘッダの宛先ポート番号に格納するステップと、
    前記サーバ装置が、前記管理IDを格納した前記iSCSI通信パケットを前記オープンフロースイッチに送信するステップと、
    前記オープンフロースイッチが、フローテーブルに前記iSCSI通信パケットを処理するためのエントリがない場合には、前記iSCSI通信パケットを前記オープンフローコントローラに転送するステップと、
    前記オープンフロースイッチが、前記フローテーブルに前記iSCSI通信パケットを処理するための前記エントリがある場合には、前記エントリに従ってパケットを転送するステップと、
    前記オープンフローコントローラが、前記iSCSI通信パケットを受信した場合には、前記管理IDに対応する前記経路情報を前記ストレージ管理装置に問い合わせるステップと、
    前記オープンフローコントローラが、前記ストレージ管理装置に問い合わせるステップの結果に基づいて、前記iSCSI通信パケットを転送するための前記エントリを生成するステップと、
    前記オープンフローコントローラが、前記エントリを前記オープンフロースイッチに配布するステップと
    を含む通信方法。
  8. 前記サーバ装置が、前記管理IDを保持していない場合には、前記iSCSI通信パケットを送信する前に、前記iSCSIイニシエータネーム及び前記iSCSIターゲットネームを、前記ストレージ管理装置に送信するステップと、
    前記ストレージ管理装置が、前記iSCSIイニシエータネーム及び前記iSCSIターゲットネームに基づいて、前記管理IDを割り当てるステップと、
    前記ストレージ管理装置が、前記管理IDを前記サーバ装置に送信するステップと
    を更に含む請求項7に記載の通信方法。
  9. 前記エントリに従ってパケットを転送するステップは、
    前記サーバ装置が送信する前記iSCSI通信パケットに対しては、前記TCPヘッダの前記宛先ポート番号に格納された前記管理IDを、前記iSCSIターゲットが使用するポート番号に書き換えるステップと、
    前記ストレージが送信する前記iSCSI通信パケットに対しては、前記TCPヘッダの送信元ポート番号を、前記管理IDに書き換えるステップと
    を更に含む請求項7又は8に記載の通信方法。
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