WO2011043363A1 - 通信システムの制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

通信システムの制御装置、制御方法及びプログラム Download PDF

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一哉 鈴木
純一 大和
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日本電気株式会社
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    • H04L45/02—Topology update or discovery

Definitions

  • the present invention is based on the priority claim of Japanese Patent Application No. 2009-233891 (filed on Oct. 7, 2009), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Shall.
  • the present invention relates to a communication system control device, method, and program, and more particularly, to control a communication system in which devices constituting the communication system are separated into a switch for transferring data and a control device (controller) for controlling the switch
  • the present invention relates to an apparatus, a control method, and a program.
  • OpenFlow is a communication that considers communication as an end-to-end flow and performs path control in units of flows.
  • the switch that functions as a forwarding node includes a secure channel for communication with the controller, and operates according to an OpenFlow table that is appropriately added or instructed by the controller. In the flow table, for each flow, a set of a rule (Flowkey) that matches a packet header, an action (Action) that defines processing contents, and flow statistical information (Stats) is defined.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a communication system based on OpenFlow.
  • the communication system includes a control device (controller) 110 and a plurality of switches S, A, X, and D.
  • the control device 110 performs path control, and the switches S, A, X, and D each transfer a packet.
  • the switch S transmits the packet to the control device 110.
  • the control device 110 determines a path for the flow and writes a forwarding entry corresponding to the flow to a switch (switches S, A, X, and D) on the path. Subsequent packets that arrive at the communication system are transferred according to the forwarding entries written in the switches S, A, X, and D.
  • the path calculation in OpenFlow can handle different policies for each flow. However, below, as an example, consider the case where all flows are calculated with the same policy. As an example, consider a case in which each path is composed of a shortest path between two points.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the control device 110.
  • 10 and 11 are diagrams for explaining the operation of the control device 110.
  • FIG. 10A shows an example of topology information between switches in the base switch group.
  • a switch X is a switch that stops the function in the switch group.
  • the control device 110 extracts a flow that passes through the switch X to be stopped (step S101).
  • the control device 110 performs steps S103 to S105 for each extracted flow (step S102).
  • the flow passing through the switch X includes a route that passes through the route S-> A-> X-> D.
  • the start point of the flow that passes through the switch X to be stopped is S (Start)
  • the end point is D (Destination).
  • the shortest path tree TS with the switch S as a root is calculated (step S103).
  • the shortest path tree TS can be obtained using a Dijkstra algorithm that can efficiently solve the shortest path problem.
  • the shortest path from the switch S to the switch D is determined based on the shortest path tree TS (step S104).
  • the shortest route from S to D that is, a new route from S to D is route S-> E-> F-> G-> D.
  • FIG. 11 shows a route before and after the switch X is stopped.
  • the arrow in FIG. 11 is the shortest path tree before the switch X is stopped.
  • the old route before switch X stops is route S-> A-> X-> D
  • the new route after switch X stops is route S-> E-> F->. G-> D.
  • the control device 110 compares the old and new routes, extracts a switch that needs to be updated, and updates the flow entry (step S105). At this time, the control device deletes the corresponding flow entry in each switch in the old route, and registers the corresponding flow entry in each switch in the new route. If a flow entry to be deleted on the old route and a flow entry to be registered on the new route are the same for a switch, the deletion and registration operations can be omitted.
  • step S103 for calculating the shortest path tree the load on the control device increases according to the number of switches constituting the switch group. Therefore, it is preferable to reduce the calculation cost of the shortest path tree.
  • the shortest path tree TS must be calculated n times. Since the shortest path tree TS is the same if the starting point is the same flow, the shortest path tree calculation count can be reduced by caching the shortest path tree TS calculated in step S103. However, even in this case, if the number of flow start points is s, it is necessary to calculate s shortest path trees.
  • An object of the present invention is made in view of the above circumstances, and is to reduce the calculation cost of path recalculation by a control device when a switch is stopped.
  • the objective of this invention is providing the control apparatus, control method, and program of a communication system which solve this subject.
  • a control device for a communication system provides: In a communication system including a plurality of switches having a predetermined topology, A switch extractor for extracting a second switch adjacent to the first switch to be stopped; Based on the topology obtained by removing the first switch from the predetermined topology, when the switches located at the start point and the end point of the flow among the plurality of switches are respectively the third switch and the fourth switch, A path tree calculation unit for calculating the shortest path tree from the switch to the fourth switch; A flow extraction unit that extracts a flow transferred from the plurality of flows passing through the communication system to the first switch after the second switch; A route determination unit that determines a route from the second switch to the fourth switch based on the shortest path tree; A path generation unit that generates a new path for the flow based on the path from the third switch to the second switch in the original path for the flow and the path determined by the path determination unit.
  • the control method of the communication system is: A control method of a communication system including a plurality of switches having a predetermined topology, The control unit of the communication system Extracting a second switch adjacent to the first switch to be stopped; Based on the topology obtained by removing the first switch from the predetermined topology, when the switches located at the start point and the end point of the flow among the plurality of switches are respectively the third switch and the fourth switch, Calculating the shortest path tree from the switch to the fourth switch; Extracting a flow transferred from the plurality of flows passing through the communication system to the first switch next to the second switch; Determining a route from the second switch to the fourth switch based on the shortest path tree; Generating a new route for the flow based on the route from the third switch to the second switch in the original route for the flow and the route determined by the route determination unit.
  • the program according to the third aspect of the present invention is: In a communication system including a plurality of switches having a predetermined topology, Extracting a second switch adjacent to the first switch to be stopped; Based on the topology obtained by removing the first switch from the predetermined topology, when the switches located at the start point and the end point of the flow among the plurality of switches are respectively the third switch and the fourth switch, Calculating the shortest path tree from the switch to the fourth switch; A process of extracting a flow transferred from the plurality of flows passing through the communication system to the first switch next to the second switch; A process for determining a route from the second switch to the fourth switch based on the shortest path tree; Generating a new route for the flow based on the route from the third switch to the second switch in the original route for the flow and the route determined by the route determination unit; Is executed on the computer.
  • control device control method, and program of the communication system according to the present invention, it is possible to reduce the calculation cost of path recalculation by the control device when the switch is stopped.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of a control device in Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of a control device in Embodiment 2.
  • 1 is a diagram schematically showing a communication system based on OpenFlow. It is a flowchart which shows operation
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a control device 10 according to the present embodiment.
  • the control device 10 includes a switch extraction unit 11, a path tree calculation unit 13, a flow extraction unit 14, a route determination unit 16, and a route generation unit 17.
  • the switch extraction unit 11 extracts a second switch adjacent to the first switch that stops in a communication system including a plurality of switches having a predetermined topology.
  • the path tree calculation unit 13 calculates the shortest path tree rooted at the second switch based on the predetermined topology excluding the first switch.
  • the flow extraction unit 14 extracts a flow in which the destination switch to be transferred next to the second switch is the first switch.
  • the route determination unit 16 determines the route from the second switch to the fourth switch when the switches located at the start point and the end point of the flow among the plurality of switches are the third switch and the fourth switch, respectively. It is determined based on the shortest path tree.
  • the route generation unit 17 connects the route from the third switch to the second switch in the original route for the flow and the route determined by the route determination unit, and generates a new route for the flow.
  • the control device 10 may further include a route notification unit 19.
  • the route notification unit 19 compares the original route for the flow with a new route for the flow, extracts a switch that needs to update the flow entry from the plurality of switches, and adds the extracted switch to the extracted switch. A new route for the flow is notified.
  • the control device 10 may further include a redundancy eliminating unit 18.
  • the redundancy eliminating unit 18 eliminates a redundant route in the new route when there are switches that are included in the new route.
  • the redundancy canceling unit 18 cancels the redundant path between the second switch and the same switch when the switches before and after the second switch are the same switch in the new path, and the same If the switches before and after this switch are the same, the process of eliminating redundant paths may be repeated.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the control device according to the present embodiment.
  • the switch extraction unit 11 extracts the switch N adjacent to the switch X to be stopped (step S11).
  • the control device 10 performs the following processing for each switch N (step S12).
  • the path tree calculation unit 13 calculates the shortest path tree TN having the switch N as a root (root) using the topology excluding the switch X to be stopped (step S13).
  • the flow extraction unit 14 extracts all the flows for which the next transfer destination of the switch N is the switch X (step S14).
  • the control device 10 performs the following processing for each flow (step S15).
  • the route determination unit 16 determines a detour route from the switch N to the switch D from the shortest path tree TN (step S16).
  • the route generation unit 17 connects the old route from the switch S to the switch N and the detour route from the switch N to the switch D to generate a new route (step S17).
  • the redundancy elimination unit 18 eliminates the redundant path when there are duplicate switches in the new path (step S18).
  • the route notification unit 19 compares the old and new routes, extracts a switch that needs to be updated, and updates the flow entry (step S19).
  • the control device 10 repeats steps S15 to S19 (step S20) and steps S12 to S20 (step S21).
  • the shortest path tree calculation may be performed only m times.
  • the number m of adjacent switches is smaller than the number of flows and the number of starting points s of all flows.
  • the number of calculations of the shortest path tree having a high calculation load can be reduced, and the calculation cost of path recalculation when the switch is stopped can be reduced.
  • the control device 10 may be realized by a computer program.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a computer that executes a program.
  • the computer 30 includes a CPU 31, a memory 32, a hard disk 33, an input device 34, and an output device 35.
  • the program causes the CPU 31 to execute processing in each unit of the control device 10.
  • the input device 34 may include a mouse and a keyboard.
  • the output device 35 may have a display. You may make it memorize
  • control device 10 Next, the operation of the control device 10 according to the embodiment of the present invention will be described assuming a specific topology for the switch group.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining calculation of the shortest path tree by the control device 10 (step S13 in FIG. 2).
  • FIG. 4 shows the topology of the network in this embodiment.
  • FIG. 4A shows a base topology.
  • the switch to be stopped is the switch X.
  • the shortest path tree TA with the root of the switch A adjacent to the switch X is calculated (step S13 in FIG. 2). Based on the calculated shortest path tree TA, a detour path from the switch A to the switch D is obtained as path A-> S-> E-> F-> G-> D (step S16 in FIG. 2).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining generation of a new path (step S17 in FIG. 2) and elimination of a redundant path (step S18 in FIG. 2) by the control device 10.
  • the old route before the switch X is stopped is route S-> A-> X-> D.
  • the detour route obtained in step S16 is route A-> S-> E-> F-> G-> D (see FIG. 4B).
  • the switches after the switch X in the old route are not used and are deleted.
  • FIG. 5B shows the old route and the detour route after deletion.
  • FIG. 5C shows a new route S-> E-> F-> G-> D after deleting the overlapping route.
  • the previous and subsequent switches are compared again with the switch S having a compressed path as the center.
  • the route S-> E-> F-> G-> D is set as a new route after the switch X is stopped.
  • control device 10 Next, the operation of the control device 10 according to the embodiment of the present invention will be described based on another network topology.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the old route, the detour route, and the new route.
  • the switch X is a switch that stops.
  • the switch N is a switch adjacent to the switch X.
  • the switch S and the switch D are switches corresponding to the start point and the end point of the flow, respectively.
  • the old route before the switch X stops is the route S-> A-> B-> N-> X-> D indicated by a broken line.
  • the control device 10 makes a detour route N-> B-> A-> C-> E-> shown by a dotted line as a detour route having the switch N adjacent to the switch X as a start point and the switch D as an end point.
  • F-> D is obtained (step S16 in FIG. 2).
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the control device in the present embodiment.
  • the new route S-> A-> B-> N -> B-> A-> C-> E-> F-> D is obtained (step S17 in FIG. 2).
  • the switches before and after the switch B that has compressed the path are all the switch A. Therefore, the redundant route A-> B-> A is further deleted (step S18 in FIG. 2). Then, the new route becomes route S-> A-> C-> E-> F-> D.
  • the path compression process is terminated (step S18 in FIG. 2).
  • the new route in the present embodiment becomes route S-> A-> C-> E-> F-> D.
  • the data structures of the route management table, route configuration information, aggregate route management table, and switch-by-switch aggregate flow entity table described in the above embodiment are merely examples of implementation, and the present invention is limited to this data structure. Of course, it is not done.
  • the node includes any switch (L2 / L3 switch), a router, or the like whose flow is controlled by the controller, in addition to the switch of the above embodiment.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be further modified, replaced, or adjusted without departing from the basic technical idea of the present invention.
  • the controller 10 of the above-described embodiment can also be realized as a dedicated server.
  • As a switch in addition to the above-mentioned OFS (OpenFlow Switch), a router in an IP network and an MPLS switch in an MPLS (Multi-Protocol Label Switching) network. Such a node can be realized.
  • the present invention can be applied to a network in which other controllers centrally manage nodes in the network.
  • Control device DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Switch extraction part 13 Path tree calculation part 14 Flow extraction part 16 Path determination part 17 Path generation part 18 Redundancy elimination part 19 Path notification part 30
  • Computer 31 CPU 32 memory 33 hard disk 34 input device 35 output devices A to H, N, S, X switch, node

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Abstract

　スイッチを停止する際に制御装置によるパス再計算の計算コストを削減する。制御装置は、所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出するスイッチ抽出部と、通信システムを通過する複数のフローの中から、第２のスイッチの次に第１のスイッチへ転送されるフローを抽出するフロー抽出部と、前記フローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、第２のスイッチから第４のスイッチまでの経路を、第１のスイッチを除いたトポロジーに基づいて決定する経路決定部と、前記フローに対するもとの経路における第３のスイッチから第２のスイッチまでの経路と経路決定部によって決定された経路とを接続して前記フローに対する新たな経路を生成する経路生成部とを有する。

Description

通信システムの制御装置、制御方法及びプログラム
　（関連出願についての記載）
　本発明は、日本国特許出願：特願２００９－２３３８９１号（２００９年１０月７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、通信システムの制御装置、方法及びプログラムに関し、特に、通信システムを構成する機器が、データ転送を行うスイッチと当該スイッチの制御を行う制御装置（コントローラ）に分離された通信システムの制御装置、制御方法及びプログラムに関する。
　データ転送を行う機器とネットワーク制御を行う機器とが分離された通信システムとして、一例として、スイッチがデータ転送を行うとともに、制御装置（コントローラ）がネットワーク制御を行うものが知られている。かかる通信システムを実現するプロトコルの一つとして、オープンフロー（ＯｐｅｎＦｌｏｗ）が挙げられる（非特許文献１）。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などを行うものである。転送ノードとして機能するスイッチは、コントローラとの通信用のセキュアチャネルを備え、コントローラから適宜、追加、又は指示されるオープン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ルール（Ｆｌｏｗｋｅｙ）と、処理内容を定義したアクション（Ａｃｔｉｏｎ）と、フロー統計情報（Ｓｔａｔｓ）との組が定義される。
　図８は、オープンフローに基づく通信システムの構成を概略的に示す図である。図８を参照すると、通信システムは、制御装置（コントローラ）１１０と、複数のスイッチＳ、Ａ、Ｘ及びＤを備えている。制御装置１１０は経路制御を行い、スイッチＳ、Ａ、Ｘ及びＤは、それぞれパケットの転送を行う。
　図８を参照して、オープンフローにおけるパケットの転送処理について説明する。フローに含まれる最初のパケット（Ｆｉｒｓｔ　Ｐａｃｋｅｔ）が通信システムの入り口のスイッチ（図８のスイッチＳ）に到着すると、スイッチＳは当該パケットを制御装置１１０に送信する。制御装置１１０は、フローに対するパスを決定するとともに、フローに対応するフォワーディングエントリをパス上のスイッチ（スイッチＳ、Ａ、Ｘ、Ｄ）に書き込む。通信システムに到着する以降のパケットは、スイッチＳ、Ａ、Ｘ及びＤに書き込まれたフォワーディングエントリにしたがって転送される。
　制御装置１１０は、すべてのパスの決定に関与することから、パスの張替え（経路決定）を行う際に必要な情報をすべて保持している。オープンフローにおけるパス計算では、フロー単位で異なるポリシーのものを扱うことができる。しかし、以下では、一例として、すべてのフローが同一のポリシーで計算される場合について考える。また、一例として、各パスは２点間の最短パスで構成される場合について考える。
N. McKeown et al., "Openflow: Enableing Innovation in Campus Networks," [平成21年9月2日検索]、インターネット、<URL:http://www.openflowswitch.org/documents/openflow-wp-latest.pdf>
　なお、上記非特許文献の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。以下の分析は、本発明の視点から与えられたものである。
　通信システムのメンテナンスの際に、あるスイッチを停止させる場合には、そのスイッチを通過するフローを他のスイッチに移す必要がある。しかし、フロー数が膨大である場合には、制御装置（コントローラ）１１０において必要とされる計算量が膨大になる。以下では、その理由を具体例に基づいて説明する。
　図９は、制御装置１１０の動作を示すフローチャートである。図１０及び図１１は、制御装置１１０の動作を説明するための図である。図１０（ａ）に、ベースとなるスイッチ群におけるスイッチ間のトポロジー情報の一例を示す。図１０（ａ）において、スイッチＸは、スイッチ群の中で機能を停止するスイッチである。
　図９を参照すると、制御装置１１０は、停止するスイッチＸを通過するフローを抽出する（ステップＳ１０１）。次に、制御装置１１０は、抽出された各フローについて、ステップＳ１０３～Ｓ１０５の処理を行う（ステップＳ１０２）。いま、スイッチＸを通過するフローとして、経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｘ－＞Ｄを経由するものが含まれるものとする。図１０（ａ）に示すように、停止するスイッチＸを通過するフローの始点をＳ（Ｓｔａｒｔ）、終点をＤ（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）とする。
　停止するスイッチＸを除いたトポロジーを用いて、スイッチＳを根（ルート）とする最短パスツリーＴＳを計算する（ステップＳ１０３）。例えば、最短パスツリーＴＳは、最短経路問題を効率的に解くことができるダイクストラ（Ｄｉｊｋｓｔｒａ）のアルゴリズムを用いて求めることができる。
　次に、最短パスツリーＴＳに基づいて、スイッチＳからスイッチＤまでの最短経路を決定する（ステップＳ１０４）。図１０（ｂ）を参照すると、ＳからＤへの最短経路、すなわち、ＳからＤへの新たな経路は、経路Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄとなる。
　図１１は、スイッチＸを停止する前後における経路を示している。図１１の矢印は、スイッチＸを停止する前における最短パスツリーである。図１１を参照すると、スイッチＸが停止する前の旧経路は経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｘ－＞Ｄであり、スイッチＸが停止した後の新経路は経路Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄとなる。制御装置１１０は、新旧の経路を比較し、フローエントリの更新が必要なスイッチを抽出し、フローエントリを更新する（ステップＳ１０５）。このとき制御装置は、旧経路中の各スイッチにおける該当するフローエントリを削除し、新経路中の各スイッチに該当するフローエントリを登録する。なお、あるスイッチに対して、旧経路で削除するフローエントリと新経路で登録するフローエントリとが同一である場合には、削除及び登録の動作を省略することができる。
　すべてのフローについて、上記のステップＳ１０３～Ｓ１０５の処理を繰り返す（ステップＳ１０６）。
　以上の処理のうち、最短パスツリーを計算するステップＳ１０３では、スイッチ群を構成するスイッチの数に応じて制御装置の負荷が高くなる。したがって、最短パスツリーの計算コストを減らすことが好ましい。図９のフローチャートでは、フロー数をｎとすると、最短パスツリーＴＳをｎ回計算しなければならない。なお、始点が同一のフローであれば最短パスツリーＴＳは同一であることから、ステップＳ１０３において計算した最短パスツリーＴＳをキャッシュすることで、最短パスツリーの計算回数を減らすこともできる。しかしながら、この場合であっても、フローの始点の数をｓ個とすると、ｓ回の最短パスツリーを計算する必要がある。
　本発明の課題は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スイッチを停止する際に、制御装置によるパス再計算の計算コストを削減することにある。本発明の目的は、かかる課題を解決する、通信システムの制御装置、制御方法及びプログラムを提供することにある。
　本発明の第１の視点に係る、通信システムの制御装置は、
　所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて、
　停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出するスイッチ抽出部と、
　複数のスイッチのうちのフローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたトポロジーに基づいて、第２のスイッチから第４のスイッチまでの最短パスツリーを計算するパスツリー計算部と、
　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、第２のスイッチの次に第１のスイッチへ転送されるフローを抽出するフロー抽出部と、
　第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を最短パスツリーに基づいて決定する経路決定部と、
　フローに対するもとの経路における第３のスイッチから第２のスイッチまでの経路と経路決定部によって決定された経路とに基づきフローに対する新たな経路を生成する経路生成部と、を備える。
　本発明の第２の視点に係る、通信システムの制御方法は、
　所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムの制御方法であって、
　通信システムの制御部が、
　停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出する工程と、
　複数のスイッチのうちのフローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたトポロジーに基づいて、第２のスイッチから第４のスイッチまでの最短パスツリーを計算する工程と、
　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、第２のスイッチの次に第１のスイッチへ転送されるフローを抽出する工程と、
　第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を最短パスツリーに基づいて決定する工程と、
　フローに対するもとの経路における第３のスイッチから第２のスイッチまでの経路と経路決定部によって決定された経路とに基づきフローに対する新たな経路を生成する工程と、を含む。
　本発明の第３の視点に係るプログラムは、
　所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて、
　停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出する処理と、
　複数のスイッチのうちのフローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたトポロジーに基づいて、第２のスイッチから第４のスイッチまでの最短パスツリーを計算する処理と、
　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、第２のスイッチの次に第１のスイッチへ転送されるフローを抽出する処理と、
　第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を最短パスツリーに基づいて決定する処理と、
　フローに対するもとの経路における第３のスイッチから第２のスイッチまでの経路と経路決定部によって決定された経路とに基づきフローに対する新たな経路を生成する処理と、
　をコンピュータに実行させる。
　本発明に係る通信システムの制御装置、制御方法及びプログラムによると、スイッチを停止する際に、制御装置によるパス再計算の計算コストを削減することができる。
本発明の実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るプログラムを実行させるコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。 実施例１における制御装置の動作を説明するための図である。 実施例１における制御装置の動作を説明するための図である。 実施例２における制御装置の動作を説明するための図である。 実施例２における制御装置の動作を説明するための図である。 オープンフローに基づく通信システムを概略的に示す図である。 従来の制御装置の動作を示すフローチャートである。 従来の制御装置の動作を説明するための図である。 従来の制御装置の動作を説明するための図である。
　（実施形態）
　本発明の実施形態に係る制御装置について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る制御装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、制御装置１０は、スイッチ抽出部１１、パスツリー計算部１３、フロー抽出部１４、経路決定部１６及び経路生成部１７を備えている。
　スイッチ抽出部１１は、所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出する。
　パスツリー計算部１３は、上記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて、第２のスイッチを根とする最短パスツリーを計算する。
　フロー抽出部１４は、第２のスイッチの次に転送すべき宛先のスイッチが第１のスイッチであるフローを抽出する。
　経路決定部１６は、複数のスイッチのうちのフローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、第２のスイッチから第４のスイッチまでの経路を上記最短パスツリーに基づいて決定する。
　経路生成部１７は、上記フローに対するもとの経路における第３のスイッチから第２のスイッチまでの経路と経路決定部によって決定された経路とを接続して上記フローに対する新たな経路を生成する。
　制御装置１０は、さらに経路通知部１９を備えていてもよい。経路通知部１９は、上記フローに対するもとの経路と上記フローに対する新たな経路とを比較して、フローエントリを更新する必要があるスイッチを上記複数のスイッチから抽出し、抽出されたスイッチに上記フローに対する新たな経路を通知する。
　制御装置１０は、さらに冗長性解消部１８を備えていてもよい。冗長性解消部１８は、新たな経路に重複して含まれるスイッチがある場合には、新たな経路における冗長な経路を解消する。冗長性解消部１８は、新たな経路において第２のスイッチの前後のスイッチが同一のスイッチである場合には第２のスイッチと当該同一のスイッチとの間の冗長な経路を解消し、当該同一のスイッチの前後のスイッチが同一である場合にはさらに冗長な経路を解消するという処理を繰り返すようにしてもよい。
　次に、図面を参照して、制御装置１０の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。図２を参照すると、スイッチ抽出部１１は、停止するスイッチＸに隣接するスイッチＮを抽出する（ステップＳ１１）。制御装置１０は、各スイッチＮに対して、以下の処理を行う（ステップＳ１２）。
　パスツリー計算部１３は、停止するスイッチＸを除いたトポロジーを用いて、スイッチＮを根（ルート）とする最短パスツリーＴＮを計算する（ステップＳ１３）。
　フロー抽出部１４は、スイッチＮの次転送先がスイッチＸであるフローをすべて抽出する（ステップＳ１４）。制御装置１０は、各フローに対して、以下の処理を行う（ステップＳ１５）。
　フローの始点をＳ（ｓｔａｒｔ）、終点をＤ（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）とする。このとき、経路決定部１６は、スイッチＮからスイッチＤまでの迂回用経路を最短パスツリーＴＮから決定する（ステップＳ１６）。
　経路生成部１７は、スイッチＳからスイッチＮまでの旧経路と、スイッチＮからスイッチＤまでの迂回経路を繋ぎ合わせて、新経路を生成する（ステップＳ１７）。
　冗長性解消部１８は、新経路中に重複したスイッチがある場合には、冗長な経路を解消する（ステップＳ１８）。
　経路通知部１９は、新旧の経路を比較して、フローエントリの更新が必要なスイッチを抽出し、フローエントリを更新する（ステップＳ１９）。
　制御装置１０は、以上のステップＳ１５～Ｓ１９を繰り返す（ステップＳ２０）とともに、ステップＳ１２～Ｓ２０を繰り返す（ステップＳ２１）。
　停止するスイッチＸに隣接するスイッチの数をｍとしたとき、本実施形態の制御装置１０によると、最短パスツリーの計算(ステップＳ１３)はｍ回のみでよい。一般に、隣接するスイッチの数ｍは、フロー数及び全フローの始点数ｓと比較して小さい。このように、本実施形態の制御装置１０では、計算負荷の高い最短パスツリーの計算回数を少なくすることができ、スイッチを停止する際のパス再計算の計算コストを削減することができる。
　制御装置１０は、コンピュータ・プログラムによって実現してもよい。図３は、プログラムを実行するコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。図３を参照すると、コンピュータ３０は、ＣＰＵ３１、メモリ３２、ハードディスク３３、入力装置３４及び出力装置３５を備えている。プログラムは、制御装置１０の各部における処理をＣＰＵ３１に実行させる。入力装置３４は、マウス及びキーボードを含んでいてもよい。出力装置３５は、ディスプレイを有していてもよい。ハードディスク３３に、上記のプログラム及びネットワークのトポロジーに関する情報を記憶させるようにしてもよい。
　次に、本発明の実施形態に係る制御装置１０の動作について、スイッチ群に対する具体的なトポロジーを想定して説明する。
　図４は、制御装置１０による最短パスツリーの計算（図２のステップＳ１３）を説明するための図である。図４は、本実施例におけるネットワークのトポロジーを示す。図４（ａ）は、ベースとなるトポロジーを示す。停止するスイッチはスイッチＸとなる。
　スイッチＸに隣接するスイッチであるスイッチＡを根（ルート）とした最短パスツリーＴＡを計算する（図２のステップＳ１３）。計算した最短パスツリーＴＡに基づいて、スイッチＡからのスイッチＤまでの迂回用経路が、経路Ａ－＞Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄと求まる（図２のステップＳ１６）。
　図５は、制御装置１０による新経路の生成（図２のステップＳ１７）と冗長な経路の解消（図２のステップＳ１８）について説明するための図である。
　図５（ａ）を参照すると、スイッチＸを停止する前の旧経路は、経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｘ－＞Ｄである。一方、ステップＳ１６で求めた迂回経路は、経路Ａ－＞Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄである（図４（ｂ）参照）。ここで、旧経路におけるスイッチＸ以降のスイッチは、使用されないことから、削除する。図５（ｂ）に削除後の旧経路と迂回経路を示す。これら２つの経路をつなぎ合わせることによって、図５（ｃ）に示すような新経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄが得られる（図２のステップＳ１７）。
　次に、繋ぎ合わせたスイッチＡを中心に、前後のスイッチを比較して、同一のスイッチである場合には、冗長な経路を解消する（図２のステップＳ１８）。図５（ｃ）を参照すると、スイッチＡの前後のスイッチはいずれもスイッチＳであることから、重複する経路を削除する。図５（ｄ）は、重複する経路を削除した後の新経路Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄを示す。経路を圧縮したスイッチＳを中心に、再度前後のスイッチを比較する。本実施例においては、これ以上圧縮することができないので、経路Ｓ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｇ－＞Ｄを、スイッチＸの停止後の新たな経路とする。
　次に、本発明の実施形態に係る制御装置１０の動作について、他のネットワークトポロジーに基づいて説明する。
　図６は、旧経路と迂回経路と新経路の関係について説明するための図である。図６を参照すると、スイッチＸは、停止するスイッチである。スイッチＮは、スイッチＸに隣接するスイッチである。また、スイッチＳ及びスイッチＤは、それぞれフローの始点及び終点に相当するスイッチである。スイッチＸが停止する前の旧経路は破線で示した経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｂ－＞Ｎ－＞Ｘ－＞Ｄである。次に、制御装置１０によって、スイッチＸに隣接するスイッチＮを始点、スイッチＤを終点とする迂回用経路として、点線で示した迂回経路Ｎ－＞Ｂ－＞Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｄを求める（図２のステップＳ１６）。
　図７は、本実施例における制御装置の動作について説明するための図である。図７（ａ）～（ｃ）を参照すると、スイッチＳからスイッチＮまでの旧経路と、スイッチＮからスイッチＤまでの迂回経路をつなぎ合わせると、新経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｂ－＞Ｎ－＞Ｂ－＞Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｄが得られる（図２のステップＳ１７）。
　この新経路において、つなぎ合わせたスイッチＮの前後のスイッチは、いずれもスイッチＢであることから、重複する経路Ｂ－＞Ｎ－＞Ｂを削除する（図２のステップＳ１８）。すると、新経路は、経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｂ－＞Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｄとなる（図７（ｄ））。
　図７（ｄ）を参照すると、経路の圧縮を行ったスイッチＢの前後のスイッチは、いずれもスイッチＡである。そこで、重複する経路Ａ－＞Ｂ－＞Ａをさらに削除する（図２のステップＳ１８）。すると、新経路は、経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｄとなる。
　経路の圧縮を行ったスイッチＡの前後のスイッチは、異なるスイッチであることから経路の圧縮処理を終了する（図２のステップＳ１８）。以上の処理により、本実施例における新経路は、経路Ｓ－＞Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ－＞Ｆ－＞Ｄとなる。
　なお、上記実施形態で説明した経路管理テーブル、経路構成情報、集約経路管理テーブル、スイッチ別集約フローエンティティテーブルのデータ構造はあくまで実装の一例を示したものであり、本発明はかかるデータ構造に制限されるものでないことは勿論である。また、本発明において、ノードは上記実施例のスイッチを含むほか、コントローラによってフローの制御が行われる任意のスイッチ（Ｌ２／Ｌ３スイッチ）、ルータ等を含む。
　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。上記した実施形態のコントローラ１０は、専用のサーバとして実現することもでき、スイッチとしては、上記ＯＦＳ（ＯｐｅｎＦｌｏｗ　Ｓｗｉｔｃｈ）のほか、ＩＰ網におけるルータ、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）網におけるＭＰＬＳスイッチのようなノードであれば実現できる。その他のコントローラがネットワーク内のノードを集中管理するようなネットワークに本発明を適用することが可能である。
　なお、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の多様な組み合わせ、乃至、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。
１０、１１０　制御装置（コントローラ）
１１　スイッチ抽出部
１３　パスツリー計算部
１４　フロー抽出部
１６　経路決定部
１７　経路生成部
１８　冗長性解消部
１９　経路通知部
３０　コンピュータ
３１　ＣＰＵ
３２　メモリ
３３　ハードディスク
３４　入力装置
３５　出力装置
Ａ～Ｈ、Ｎ、Ｓ、Ｘ　スイッチ、ノード

Claims (15)

  1. 　所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出するスイッチ抽出部と、
    　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、前記第２のスイッチの次に前記第１のスイッチへ転送されるフローを抽出するフロー抽出部と、
    　前記複数のスイッチのうちの前記フローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、前記第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を、前記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて決定する経路決定部と、
    　前記フローに対するもとの経路における前記第３のスイッチから前記第２のスイッチまでの経路と前記経路決定部によって決定された経路とを接続して前記フローに対する新たな経路を生成する経路生成部とを備えていることを特徴とする通信システムの制御装置。
  2. 　前記所定のトポロジーから前記第１のスイッチを除いたものに基づいて、前記第２のスイッチを根（ルート）とする最短パスツリーを計算するパスツリー計算部をさらに備え、
    　前記経路決定部は、第２のスイッチから第４のスイッチまでの経路を前記最短パスツリーに基づいて決定することを特徴とする、請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記フローに対するもとの経路と前記フローに対する新たな経路とを比較して、フローエントリを更新する必要があるスイッチを前記複数のスイッチから抽出し、抽出されたスイッチに前記フローに対する新たな経路を通知する経路通知部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載の制御装置。
  4. 　前記新たな経路に重複して含まれるスイッチがある場合には、前記新たな経路における冗長な経路を解消する冗長性解消部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御装置。
  5. 　前記冗長性解消部は、前記新たな経路において前記第２のスイッチの前後のスイッチが同一のスイッチである場合には前記第２のスイッチと該同一のスイッチとの間の冗長な経路を解消し、該同一のスイッチの前後のスイッチが同一である場合にはさらに冗長な経路を解消するという処理を繰り返すことを特徴とする、請求項４に記載の制御装置。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置と、
    　前記複数のスイッチとを備えていることを特徴とする通信システム。
  7. 　コンピュータが、所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出する工程と、
    　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、前記第２のスイッチの次に前記第１のスイッチへ転送されるフローを抽出する工程と、
    　前記複数のスイッチのうちの前記フローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、前記第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を、前記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて決定する決定工程と、
    　前記フローに対するもとの経路における前記第３のスイッチから前記第２のスイッチまでの経路と前記経路決定部によって決定された経路とを接続して前記フローに対する新たな経路を生成する工程と、を含むことを特徴とする、通信システムの制御方法。
  8. 　前記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて、第２のスイッチを根（ルート）とする最短パスツリーを計算する工程をさらに含み、
    　前記決定工程において、第２のスイッチから第４のスイッチまでの経路を前記最短パスツリーに基づいて決定することを特徴とする、請求項７に記載の制御方法。
  9. 　コンピュータが、前記フローに対するもとの経路と前記フローに対する新たな経路とを比較して、フローエントリを更新する必要があるスイッチを前記複数のスイッチから抽出し、抽出されたスイッチに前記フローに対する新たな経路を通知する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の制御方法。
  10. 　コンピュータが、前記新たな経路に重複して含まれるスイッチがある場合には、前記新たな経路における冗長な経路を解消する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項７ないし９のいずれか１項に記載の制御方法。
  11. 　前記抽出されたスイッチが、通知された新たな経路に基づいて、フローエントリを更新する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９または１０に記載の制御方法。
  12. 　所定のトポロジーを有する複数のスイッチを含む通信システムにおいて停止する第１のスイッチに隣接する第２のスイッチを抽出する処理と、
    　前記通信システムを通過する複数のフローの中から、前記第２のスイッチの次に前記第１のスイッチへ転送されるフローを抽出する処理と、
    　前記複数のスイッチのうちの前記フローの始点及び終点に位置するスイッチをそれぞれ第３のスイッチ及び第４のスイッチとしたときに、前記第２のスイッチから該第４のスイッチまでの経路を、前記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて決定する決定処理と、
    　前記フローに対するもとの経路における前記第３のスイッチから前記第２のスイッチまでの経路と前記経路決定部によって決定された経路とを接続して前記フローに対する新たな経路を生成する処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
  13. 　前記所定のトポロジーから第１のスイッチを除いたものに基づいて、第２のスイッチを根（ルート）とする最短パスツリーを計算する処理をさらにコンピュータに実行させ、
    　前記決定処理において、第２のスイッチから第４のスイッチまでの経路を前記最短パスツリーに基づいて決定することを特徴とする、請求項１２に記載のプログラム。
  14. 　前記フローに対するもとの経路と前記フローに対する新たな経路とを比較して、フローエントリを更新する必要があるスイッチを前記複数のスイッチから抽出し、抽出されたスイッチに前記フローに対する新たな経路を通知する処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１２または１３に記載のプログラム。
  15. 　前記新たな経路に重複して含まれるスイッチがある場合には、前記新たな経路における冗長な経路を解消する処理をさらにコンピュータに実行させることを特徴とする、請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載のプログラム。
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