WO2013133303A1 - ネットワークシステム、コントローラ、及び負荷分散方法 - Google Patents

ネットワークシステム、コントローラ、及び負荷分散方法 Download PDF

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network system
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岩田　裕一郎
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日本電気株式会社
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    • H04L49/50—Overload detection or protection within a single switching element

Definitions

  • the present invention relates to a network system, and more particularly to a load distribution technique for a network system.
  • a network system is known in which packet transfer processing by a switch and switch control processing are separated.
  • the OpenFlow network system includes an OpenFlow controller and an OpenFlow switch.
  • the OpenFlow controller and the OpenFlow switch are connected by a switch control link called a secure channel.
  • the OpenFlow controller sets a flow entry in the OpenFlow switch, and the OpenFlow switch transfers a packet based on the flow entry.
  • the OpenFlow switch may not be able to respond immediately to control requests sent from the OpenFlow controller to the OpenFlow switch. In such a situation, since it becomes impossible to set a flow entry in the OpenFlow switch, packet transfer delay and packet loss occur.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-151718 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-166384 (Patent Document 2).
  • Patent Document 1 discloses an invention of a network system that prevents packet loss due to a change in a packet transfer path.
  • the network system of Patent Document 1 includes a route management server and a buffering device.
  • a path management server sets a transfer path for packets addressed from a first node to a second node.
  • the route management server changes the transfer route to a new transfer route
  • the transfer route that passes through the buffering device is set.
  • the buffering device transmits a packet in accordance with an instruction from the path management server. This prevents packet loss due to a change in the packet transfer path.
  • Patent Document 2 discloses an invention for improving the fault tolerance of a computer system using open flow technology.
  • the computer system of Patent Document 2 includes a plurality of controllers and switches, and each controller is assigned a priority.
  • the controller sets a priority flow entry in the switch.
  • the switch determines whether the flow entry is set according to the priority, and performs a relay operation according to the flow entry set in the switch. Thereby, even if there are a plurality of controllers in the computer system, a flow entry can be set in the switch without any contradiction.
  • the computer system of Patent Document 2 improves the fault tolerance of the computer system by multiplexing controllers.
  • An object of the present invention is to provide a network system that avoids a packet transfer delay due to an increase in switch load.
  • the network system includes a switch that transfers a packet and a controller that sets a flow entry in the switch.
  • the controller includes a high load switch detection unit that detects a high load switch having a high load in the new flow entry setting process, a storage unit that stores a switch list, an alternative route search unit that searches for an alternative route based on the switch list, Without changing the setting of the flow of the packet transferred by the flow entry already set in the high load switch, the flow of the packet that was going to be transferred by the new flow entry of the high load switch is transferred to the switch on the alternative route.
  • a flow entry setting unit to be set.
  • the load distribution method is implemented by a network system including a switch that transfers a packet and a controller that sets a flow entry in the switch.
  • the high load switch detection unit of the controller detects a high load switch with a high load in the new flow entry setting process, and the alternative route search unit of the controller selects an alternative route that does not use the high load switch based on the switch list.
  • the packet that the flow entry setting unit of the controller and the flow entry setting unit of the controller tried to transfer by the new flow entry of the high load switch without changing the setting of the packet transferred by the flow entry already set in the high load switch. To set the flow in the switch on the alternative route.
  • FIG. 1 is an example of an overall view of a network system in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a flow entry in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of the OFC 1 according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a state in which the load of the new flow entry setting process is increased in the OFS 3 according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 5A is an example of the switch list 15 in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a state of the OFS 3 corresponding to the switch list of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a block diagram of the OFS 3 according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an example of an overall view of a network system in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a flow entry in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of the OFC 1 according to
  • FIG. 7 is a flowchart of the load distribution method in the network system according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining an example of changing a packet transfer path in the network system according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining a modification example of the packet transfer path in the network system according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 8C is a diagram illustrating an example of changing the packet transfer path in the network system according to the embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is an example of an overall view of a network system in an embodiment of the present invention.
  • the network system of the present embodiment includes an OFC (Open Flow Controller) 1, OFS (Open Flow Switch) 3-1 to 3-3, and terminals 4-1 to 4-6.
  • OFC Open Flow Controller
  • OFS Open Flow Switch
  • OFC1 is connected to OFS3-1 via secure channel 2-1.
  • the OFC 1 is connected to the OFS 3-2 via the secure channel 2-2.
  • the OFC 1 is connected to the OFS 3-3 via the secure channel 2-3.
  • OFSs 3-1 to 3-3 and terminals 4-1 to 4-6 are connected via data transfer links 5-1 to 5-8.
  • secure channels 2-1 to 2-3 are collectively referred to without being distinguished, they are referred to as secure channels 2.
  • OFSs 3-1 to 3-3 are collectively referred to without distinction, they are referred to as OFS3.
  • terminals 4-1 to 4-6 are collectively referred to without being distinguished, they are referred to as a terminal 4.
  • data transfer links 5-1 to 5-8 are collectively referred to without being distinguished, they are referred to as a data transfer link 5.
  • any of OFC1, OFS3, and terminal 4 may be used, it is simply referred to as a node.
  • the number of OFC1, OFS2, and terminal 4 belonging to the network system of the present embodiment may be any number.
  • Secure channels 2-1 to 2-3 are links for the OFC 1 to transmit control messages to OFS 3-1 to 3-3.
  • the control message is information on a flow entry set in the OFS 3, a request transmitted from the OFS 3 in order to acquire statistics (number of transfer packets, etc.) regarding the flow.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a flow entry in the embodiment of the present invention.
  • Each flow entry set in the OFS 3 includes a “rule”, an “action”, and a “statistic”.
  • the “rule” information for identifying a packet is set.
  • the information is a combination of a VLAN ID, an IP address of a packet transmission source, and the like.
  • “Action” defines how the OFS 3 processes a packet that conforms to the information included in the “rule”. For example, a process of transmitting from a predetermined port of the OFS 3 to a node having a predetermined IP address, a process of discarding a packet, and the like are defined as “action”.
  • the operation setting of discarding the packet can be set in the OFS 3.
  • “Statistics” is statistical information for each flow entry. For example, the number of transfer packets or the number of transfer octets.
  • OFS 3 performs packet transfer processing in the network of this embodiment.
  • the packet received by the OFS 3 is transferred to another node based on the flow entry.
  • the terminal 4 is a PC, a server device, or the like.
  • the OFS 3 may be connected to a storage such as a network printer or NAS (Network Attached Storage).
  • FIG. 3 is a block diagram of the OFC 1 according to the embodiment of the present invention.
  • the OFC 1 of the network system according to the present embodiment includes a flow entry setting unit 11, a high load switch detection unit 12, an alternative route search unit 13, and a storage unit 14.
  • the high load switch detection unit 12 detects a high load switch having a high load in the new flow entry setting process.
  • the new flow entry setting process is a series of steps from when a new flow entry registration request is transmitted from OFC1 to OFS3 until a new flow entry is registered within OFS3 and a response is sent from OFS3 to OFC1 indicating the completion of registration. It is processing of.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a state in which the load of the new flow entry setting process is increased in the OFS 3 according to the embodiment of this invention.
  • the new flow entry setting process of OFS 3-2 is in a high load state. In such a case, even if the OFC 1 transmits a new registration request for a flow entry to the OFS 3-2, a reply indicating the completion of registration is not transmitted from the OFS 3-2.
  • the following example can be considered as a cause of high load on the new flow entry setting process. For example, this is a case where the secure channel 2 between OFC1 and OFS3 is congested, and flow registration new registration requests and replies are not easily transmitted and received between OFC1 and OFS3. Further, there may be a case where a heavy load is applied to the OFS 3 due to the packet transfer process based on the flow entry already set in the OFS 3, and the OFS 3 does not accept the new flow entry setting process.
  • the method by which the high load switch detection unit 12 detects the high load switch includes, for example, a method using a barrier request or the CPU usage rate of the OFS 3.
  • the high load switch detection unit 12 uses a barrier request to detect the load of the new flow entry setting process.
  • the barrier request is one of control messages defined by the OpenFlow protocol, and is used as a notify for confirming the integrity of OpenFlow switch control via the secure channel.
  • the high load switch detection unit 12 transmits a barrier request to the OFS 3, and if the response of the barrier request is not returned to the OFC 1 within a predetermined time, the new flow entry setting process of the OFS 3 is a high load. Is detected.
  • the high load switch detection unit 12 uses the CPU usage rate of the OFS 3 to detect the load of the new flow entry setting process.
  • the high load switch detection unit 12 periodically transmits a control message for acquiring the CPU usage rate of the OFS 3 to the OFS 3.
  • the high load switch detection unit 12 detects that the new flow entry setting process of the OFS 3 has a high load.
  • response time of the barrier request used for detecting the load of the new flow entry setting process and the threshold value of the CPU usage rate may be appropriately determined by those skilled in the art according to the network system environment.
  • the storage unit 14 stores a switch list 15.
  • FIG. 5A is an example of the switch list 15 in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a state of the OFS 3 corresponding to the switch list of FIG. 5A.
  • the switch list 15 manages the OFS name, the adjacent OFS name, and the load state.
  • the load state of the switch list 15 manages whether the load of the new flow entry setting process is high or low.
  • OFS3 adjacent to OFS3-1 are OFS3-2 and OFS3-4. It can also be seen that the load state of OFS3-1 is low. It can be seen that OFS3 adjacent to OFS3-2 are OFS3-1, OFS3-3, and OFS3-5. It can also be seen that the load state of OFS 3-2 is high. It can be seen that OFS3 adjacent to OFS3-3 is OFS3-2 and OFS3-6. It can also be seen that the load state of OFS3-3 is low.
  • connection relationship with OFC 1 is not included, but not only the connection relationship between OFS 3-1 to OFS 3-6 but also information on OFC 1 may be included in switch list 15.
  • the alternative route search unit 13 searches for an alternative route that does not use a switch with a high load of new flow entry setting processing based on the switch list.
  • the flow entry setting unit 11 sets a flow entry in the OFS 3.
  • the flow entry setting unit 11 transfers the flow of the packet to be transferred by the new flow entry of the switch to another switch. Set as a flow entry that does not go through the switch. Note that the flow entry setting unit 11 does not change the setting of the packet transferred by the flow entry already set in the switch.
  • FIG. 6 is a block diagram of the OFS 3 according to the embodiment of this invention.
  • the OFC 3 of the network system according to this embodiment includes a transfer processing unit 31 and a storage unit 32.
  • the transfer processing unit 31 transfers the packet based on the flow entry stored in the storage unit 32.
  • FIG. 7 is a flowchart of the load distribution method in the network system according to the embodiment of this invention.
  • Step S1 When the flow entry setting unit 11 newly sets a flow entry in the OFS 3, the flow entry setting unit 11 checks whether the OFS 3 detected by the high load switch detection unit 12 is included. If the OFS3 is not included, the process proceeds to step S2. If the OFS3 is included, the process proceeds to step S3.
  • Step S2 The flow entry setting unit 11 sets a new flow entry in the OFS 3 that needs to set a new packet flow control. Since the new flow entry setting process can be performed as usual, the process ends without performing the load distribution process.
  • Step S3 The alternative route search unit 13 searches for an alternative route that does not use the switch in which the new flow entry setting process is heavily loaded, based on the switch list 15.
  • the high load switch detection unit 12 detects OFS 3-2 will be described as an example.
  • 8A to 8C are diagrams for explaining examples of changing the packet transfer path in the network system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A is an example in which flow entries for transmitting predetermined packets transmitted from the terminal 4-1 to the terminal 4-6 through the path 81 are set in the OFS 3-1 to OFS 3-3.
  • a packet conforming to the rule A and a packet conforming to the rule B are transmitted through the path 81 as the predetermined packet.
  • the alternative route search unit 13 searches for an alternative route based on the switch list 15.
  • the alternative route search unit 13 calculates the route 82 described in FIG. 8B and the route 83 described in FIG. 8C as alternative route search results.
  • the path 82 includes the OFC 1 on the path, but the network system according to the present embodiment can also use the OFC 1 as an alternative path.
  • a method for determining an alternative route used for packet transfer when a plurality of alternative routes are detected such as the route 82 in FIG. 8B and the route 83 in FIG. It may be determined as appropriate by setting the configuration information of the OFS 3 based on the information and the like.
  • Step S4 The flow entry setting unit 11 performs setting for transferring the packet corresponding to the packet conforming to the rule C to the OFS 3-1 and the OFS 3-3 through the path 82.
  • the OFS 3-1 is set to transfer a packet conforming to the rule C to the OFC 1.
  • the OFS 3-3 is set to receive a packet conforming to the rule C from the OFC1.
  • the flow entry setting unit 11 does not change the settings related to the flow entries already set in the OFS 3-2 (the flow entry corresponding to the route 81 relating to the packet conforming to the rule A and the packet conforming to the rule B). .
  • the packet flow (path 81) corresponding to the flow entry that has already been set in the OFS 3-2 is continuously used, and the path 82 is used for transferring a packet that conforms to the rule C.
  • Step S5 The high load switch detection unit 12 confirms whether the load of the new flow entry setting process of the OFS 3-2 has decreased and the OFS 3-2 has returned to a normal state.
  • the method for determining whether or not the load has dropped is the same as the method for detecting a high load state. That is, it is determined whether or not the load has been reduced by periodically transmitting a barrier request or periodically monitoring the CPU usage rate of the OFS 3. If the load has decreased, the process proceeds to step S6.
  • Step S6 The flow entry setting unit 11 returns the setting of the alternative route of the new flow (setting using the route 82) performed in step S3 to the setting of the route 81 that was originally set.
  • the flow entry setting unit 11 performs setting for the OFS 3-1 to transfer a packet conforming to the rule C to the OFS 3-2.
  • the flow entry setting unit 11 performs setting for the OFS 3-2 to transfer a packet conforming to the rule C to the OFS 3-3.
  • the flow entry setting unit 11 sets the OFS 3-3 to receive a packet that conforms to the rule C from the OFS 3-2.
  • the OFC 1 detects the load of the new flow entry setting process of the OFS 3, and when the load is high, sets an alternative path in the OFS 3. Thereby, since the new flow entry setting process of OFS3 cannot be completed, it is possible to avoid the problem of packet transfer delay and packet loss.
  • the flow control by the alternative route is performed only for the flow control of the packet in the network corresponding to the new flow entry, and the existing flow set in the OFS 3 having a high load is applied.
  • the entry continues to be used. As a result, the influence of the load distribution process on the entire network system can be suppressed.

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Abstract

　スイッチ負荷の上昇によるパケットの転送遅延を回避するネットワークシステムが提供される。ネットワークシステムは、パケットを転送するスイッチと、スイッチにフローエントリを設定するコントローラとを備える。コントローラは、新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出する高負荷スイッチ検出部と、スイッチリストを記憶する記憶部と、代替経路を検索する代替経路検索部と、当該高負荷スイッチの新規フローエントリによって転送しようとしていたパケットのフローを、代替経路のスイッチに設定し、既に当該高負荷スイッチに設定されているフローエントリにより転送されるパケットの設定は変更しないフローエントリ設定部とを備える。

Description

ネットワークシステム、コントローラ、及び負荷分散方法
　本発明は、ネットワークシステムに関し、特に、ネットワークシステムの負荷分散技術に関する。
　スイッチによるパケットの転送処理と、スイッチの制御処理を分離させたネットワークシステムが知られている。近年、このようなネットワークシステムの一例として、オープンフロープロトコルを利用したオープンフローネットワークシステムが注目されている。オープンフローネットワークシステムは、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で構成される。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は、セキュアチャンネルと呼ばれるスイッチ制御用リンクによって接続される。これにより、１台のオープンフローコントローラによって、複数のオープンフロースイッチのパケットの転送制御を行うことができる。オープンフローコントローラは、オープンフロースイッチにフローエントリを設定し、オープンフロースイッチは、フローエントリに基づいて、パケットを転送する。
　オープンフローネットワークでは、オープンフロースイッチの負荷が高い場合には、オープンフロースイッチが、オープンフローコントローラからオープンフロースイッチに送信された制御リクエストに、すぐに応答できない場合がある。このような状況では、オープンフロースイッチにフローエントリが設定できなくなるため、パケットの転送遅延やパケットロスが発生する。
　特定のスイッチの負荷が上昇することにより、他のスイッチが正常に動作していても、ネットワークシステム内のパケットを転送できないという状況を回避する技術が求められている。
　本発明の分野に関する文献公知発明としては、特開２０１１－１５１７１８号公報（特許文献１）や、特開２０１１－１６６３８４号公報（特許文献２）がある。
　特許文献１には、パケット転送経路の変更によるパケットロスを防止するネットワークシステムの発明が開示されている。特許文献１のネットワークシステムは、経路管理サーバと、バッファリング装置とを備えている。特許文献１のネットワークシステムでは、経路管理サーバが、第１のノードから第２のノードに宛てられたパケットの転送経路の設定を行う。経路管理サーバが、転送経路を新しい転送経路に変更する際には、バッファリング装置を経由する転送経路を設定する。バッファリング装置は、経路管理サーバの指示に従ってパケットを送出する。これにより、パケット転送経路の変更によるパケットロスを防止している。
　特許文献２には、オープンフロー技術を利用したコンピュータシステムの耐障害性を向上させる発明が開示されている。特許文献２のコンピュータシステムは、複数のコントローラと、スイッチとを備え、コントローラには、コントローラ毎の優先度が付与されている。コントローラが、優先度付きのフローエントリを、スイッチに設定する。スイッチは、当該優先度に応じてフローエントリの設定許否を判定し、スイッチに設定されたフローエントリに従って中継動作を行う。これにより、コンピュータシステム内に複数のコントローラが存在していても、矛盾することなくスイッチに、フローエントリを設定することができる。特許文献２のコンピュータシステムは、コントローラを多重化することにより、コンピュータシステムの耐障害性を向上させている。
特開２０１１－１５１７１８号公報 特開２０１１－１６６３８４号公報
　本発明の目的は、スイッチ負荷の上昇によるパケットの転送遅延を回避するネットワークシステムを提供することにある。
　本発明のネットワークシステムは、パケットを転送するスイッチと、スイッチにフローエントリを設定するコントローラとを備える。コントローラは、新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出する高負荷スイッチ検出部と、スイッチリストを記憶する記憶部と、スイッチリストに基づいて、代替経路を検索する代替経路検索部と、既に高負荷スイッチに設定されているフローエントリにより転送されるパケットのフローの設定を変更することなく、高負荷スイッチの新規フローエントリによって転送しようとしていたパケットのフローを、代替経路上のスイッチに設定するフローエントリ設定部とを備える。
　本発明の負荷分散方法は、パケットを転送するスイッチと、スイッチにフローエントリを設定するコントローラとを備えるネットワークシステムによって実施される。コントローラの高負荷スイッチ検出部が、新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出するステップと、コントローラの代替経路検索部が、スイッチリストに基づいて、高負荷スイッチを使用しない代替経路を検索するステップと、コントローラのフローエントリ設定部が、既に高負荷スイッチに設定されているフローエントリにより転送されるパケットの設定は変更せずに、高負荷スイッチの新規フローエントリによって転送しようとしていたパケットのフローを、代替経路上のスイッチに設定するステップとを含む。
　本発明によれば、スイッチ負荷の上昇によるパケットの転送遅延を回避するネットワークシステムを提供することができる。
図１は、本発明の実施形態におけるネットワークシステムの全体図の例である。 図２は、本発明の実施形態におけるフローエントリを説明するための図である。 図３は、本発明の実施形態のＯＦＣ１のブロック図である。 図４は、本発明の実施形態のＯＦＳ３において新規フローエントリ設定処理の負荷が高くなった状態の例を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施形態におけるスイッチリスト１５の例である。 図５Ｂは、図５Ａのスイッチリストに対応するＯＦＳ３の状態を示す図である。 図６は、本発明の実施形態のＯＦＳ３のブロック図である。 図７は、本発明の実施形態のネットワークシステムにおける負荷分散方法のフローチャートである。 図８Ａは、本発明の実施形態のネットワークシステムにおけるパケット転送経路の変更例を説明するための図である。 図８Ｂは、本発明の実施形態のネットワークシステムにおけるパケット転送経路の変更例を説明するための図である。 図８Ｃは、本発明の実施形態のネットワークシステムにおけるパケット転送経路の変更例を説明するための図である。
　添付図面を参照して、本発明の実施形態によるネットワークシステムを以下に説明する。
　（構成の説明）
　はじめに、本実施形態におけるネットワークシステムの構成の説明を行う。図１は、本発明の実施形態におけるネットワークシステムの全体図の例である。本実施形態のネットワークシステムは、ＯＦＣ（Ｏｐｅｎ　Ｆｌｏｗ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）１、ＯＦＳ（Ｏｐｅｎ　Ｆｌｏｗ　Ｓｗｉｔｃｈ）３－１～３－３、及び端末４－１～４－６を備える。
　ＯＦＣ１は、セキュアチャンネル２－１を介して、ＯＦＳ３－１と接続されている。ＯＦＣ１は、セキュアチャンネル２－２を介して、ＯＦＳ３－２と接続されている。ＯＦＣ１は、セキュアチャンネル２－３を介して、ＯＦＳ３－３と接続されている。ＯＦＳ３－１～３－３、及び端末４－１～４－６は、データ転送リンク５－１～５－８を介して接続されている。
　なお、セキュアチャンネル２－１～２－３を区別せずに総称する場合には、セキュアチャンネル２と称する。ＯＦＳ３－１～３－３を区別せずに総称する場合には、ＯＦＳ３と称する。端末４－１～４－６を区別せずに総称する場合には、端末４と称する。データ転送リンク５－１～５－８を区別せずに総称する場合には、データ転送リンク５と称する。また、本実施形態のネットワークシステムにおいて、ＯＦＣ１、ＯＦＳ３、及び端末４のいずれであってもよい場合は、単にノードと称する。本実施形態のネットワークシステムに属するＯＦＣ１、ＯＦＳ２、及び端末４の台数は、任意の台数でよい。
　セキュアチャンネル２－１～２－３は、ＯＦＣ１が、ＯＦＳ３－１～３－３に制御メッセージを送信するためのリンクである。制御メッセージは、ＯＦＳ３に設定されるフローエントリの情報や、ＯＦＳ３からフローに関する統計（転送パケット数等）を取得するために送信されるリクエスト等である。
　図２は、本発明の実施形態におけるフローエントリを説明するための図である。ＯＦＳ３に設定される各フローエントリは、「ルール」、「アクション」、及び「統計」を含む。「ルール」には、パケットを識別するための情報が設定される。例えば、ＶＬＡＮ　ＩＤやパケット送信元のＩＰアドレス等を組み合わせた情報である。「アクション」では、「ルール」に含まれる情報に適合したパケットを、ＯＦＳ３が、どのように処理するかを定義する。例えば、ＯＦＳ３の所定のポートから所定のＩＰアドレスのノードに送信する処理や、パケットを廃棄する処理等を、「アクション」に定義する。「ルール」、及び「アクション」を組み合わせることにより、例えば、プロトコル番号が１（ＩＣＭＰ）の場合には、パケットを廃棄するという動作設定を、ＯＦＳ３に設定することができる。「統計」は、フローエントリ毎の統計情報である。例えば、転送パケット数や転送オクテット数である。
　ＯＦＳ３は、本実施形態のネットワークにおけるパケットの転送処理を行う。ＯＦＳ３により受信されたパケットは、フローエントリに基づいて、他のノードに転送される。
　端末４は、ＰＣや、サーバ装置等である。なお、ＯＦＳ３には、ネットワークプリンタや、ＮＡＳ（Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｔｔａｃｈｅｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ）等のストレージが接続されていてもよい。
　図３は、本発明の実施形態のＯＦＣ１のブロック図である。本実施形態のネットワークシステムのＯＦＣ１は、フローエントリ設定部１１、高負荷スイッチ検出部１２、代替経路検索部１３、及び記憶部１４を備える。
　高負荷スイッチ検出部１２は、新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出する。新規フローエントリ設定処理は、ＯＦＣ１からＯＦＳ３にフローエントリの新規登録リクエストを送信してから、ＯＦＳ３内部にフローエントリが新規に登録され、ＯＦＳ３からＯＦＣ１に登録完了を知らせる応答が送信されるまでの一連の処理である。
　図４は、本発明の実施形態のＯＦＳ３において新規フローエントリ設定処理の負荷が高くなった状態の例を示す図である。図４の例では、ＯＦＳ３－２の新規フローエントリ設定処理が、高負荷状態となっている。このような場合では、ＯＦＣ１が、フローエントリの新規登録リクエストを、ＯＦＳ３－２に送信しても、ＯＦＳ３－２から登録完了を示すリプライが送信されない。
　新規フローエントリ設定処理が、高負荷になる原因としては、次のような例が考えられる。例えば、ＯＦＣ１とＯＦＳ３との間のセキュアチャンネル２が輻輳して、フローエントリの新規登録リクエスト、及びリプライが、ＯＦＣ１とＯＦＳ３との間で、送受信されにくくなっている場合である。また、ＯＦＳ３に既に設定されているフローエントリに基づくパケット転送処理によって、ＯＦＳ３に大きな負荷がかかっており、ＯＦＳ３が新規フローエントリ設定処理を受け付けない場合等が考えられる。
　高負荷スイッチ検出部１２が、当該高負荷スイッチを検出する方法は、例えば、バリア要求や、ＯＦＳ３のＣＰＵ使用率を利用する方法がある。
　高負荷スイッチ検出部１２が、新規フローエントリ設定処理の負荷の検出に、バリア要求を利用する場合について説明する。バリア要求は、オープンフロープロトコルで規定されている制御メッセージの１つであり、セキュアチャンネルを介したオープンフロースイッチ制御の完全性を確認するためのｎｏｔｉｆｙとして使用される。高負荷スイッチ検出部１２は、ＯＦＳ３にバリア要求を送信し、所定の時間内にバリア要求の応答が、ＯＦＣ１に返信されない場合に、ＯＦＳ３の新規フローエントリ設定処理が、高負荷となっていることを検出する。
　高負荷スイッチ検出部１２が、新規フローエントリ設定処理の負荷の検出に、ＯＦＳ３のＣＰＵ使用率を利用する場合について説明する。高負荷スイッチ検出部１２は、ＯＦＳ３のＣＰＵ使用率を取得する制御メッセージを、定期的にＯＦＳ３に送信する。高負荷スイッチ検出部１２は、ＯＦＳ３のＣＰＵ使用率が、所定の閾値を超えた場合に、当該ＯＦＳ３の新規フローエントリ設定処理が、高負荷となっていることを検出する。
　なお、新規フローエントリ設定処理の負荷の検出に利用するバリア要求の応答時間、及びＣＰＵ使用率の閾値は、当業者が、ネットワークシステムの環境に合わせて、適宜決定してよい。
　記憶部１４は、スイッチリスト１５を記憶する。図５Ａは、本発明の実施形態におけるスイッチリスト１５の例である。図５Ｂは、図５Ａのスイッチリストに対応するＯＦＳ３の状態を示す図である。図５Ａの例では、スイッチリスト１５は、ＯＦＳ名、隣接ＯＦＳ名、及び負荷状態を管理する。なお、本実施形態のネットワークシステムでは、スイッチリスト１５の負荷状態は、新規フローエントリ設定処理の負荷が高いか、低いかを管理する。
　図５Ａのスイッチリスト１５の例を参照すると、ＯＦＳ３－１に隣接しているＯＦＳ３は、ＯＦＳ３－２、及びＯＦＳ３－４であることがわかる。また、ＯＦＳ３－１の負荷状態が、低いことがわかる。ＯＦＳ３－２に隣接しているＯＦＳ３は、ＯＦＳ３－１、ＯＦＳ３－３、及びＯＦＳ３－５であることがわかる。また、ＯＦＳ３－２の負荷状態が、高いことがわかる。ＯＦＳ３－３に隣接しているＯＦＳ３は、ＯＦＳ３－２、及びＯＦＳ３－６であることがわかる。また、ＯＦＳ３－３の負荷状態が、低いことがわかる。
　なお、図５Ａの例では、ＯＦＣ１との接続関係の情報が含まれていないが、ＯＦＳ３－１～ＯＦＳ３－６間の接続関係だけではなく、ＯＦＣ１の情報もスイッチリスト１５に含めてもよい。
　代替経路検索部１３は、スイッチリストに基づいて、新規フローエントリ設定処理の負荷が高いスイッチを使用しない代替経路を検索する。
　フローエントリ設定部１１は、ＯＦＳ３にフローエントリを設定する。フローエントリ設定部１１は、高負荷スイッチ検出部１２が、新規フローエントリ設定処理の負荷が高いスイッチを検出した場合、当該スイッチの新規フローエントリによって転送しようとしていたパケットのフローを、他のスイッチに、当該スイッチを経由しないフローエントリとして設定する。なお、フローエントリ設定部１１は、既に当該スイッチに設定されているフローエントリにより転送されるパケットの設定については変更しない。
　図６は、本発明の実施形態のＯＦＳ３のブロック図である。本実施形態のネットワークシステムのＯＦＣ３は、転送処理部３１、及び記憶部３２を備える。転送処理部３１は、記憶部３２に記憶されたフローエントリに基づいて、パケットを転送する。
　（動作方法の説明）
　次に、本実施形態におけるネットワークシステムの負荷分散方法の説明を行う。図７は、本発明の実施形態のネットワークシステムにおける負荷分散方法のフローチャートである。
　（ステップＳ１）
　フローエントリ設定部１１は、新たにフローエントリをＯＦＳ３に設定する際に、高負荷スイッチ検出部１２により検出されているＯＦＳ３が含まれているかどうかを確認する。当該ＯＦＳ３が含まれていない場合には、ステップＳ２の処理に進み、当該ＯＦＳ３が含まれている場合には、ステップＳ３の処理に進む。
　（ステップＳ２）
　フローエントリ設定部１１は、新しいパケットフロー制御の設定が必要なＯＦＳ３に、新たにフローエントリを設定する。新規フローエントリの設定処理が、通常通り行えるため、負荷分散処理をせずに終了する。
　（ステップＳ３）
　代替経路検索部１３は、新規フローエントリ設定処理が高負荷となっているスイッチを使用しない代替経路を、スイッチリスト１５に基づいて検索する。ここでは、高負荷スイッチ検出部１２が、ＯＦＳ３－２を検出した場合を例にして説明する。
　図８Ａ～図８Ｃは、本発明の実施形態のネットワークシステムにおけるパケット転送経路の変更例を説明するための図である。
　図８Ａは、端末４－１から端末４－６に送信される所定のパケットを、経路８１によって送信するためのフローエントリが、ＯＦＳ３－１～ＯＦＳ３－３に設定されている例である。ここでは、当該所定のパケットとして、ルールＡに適合するパケット、及びルールＢに適合するパケットが、経路８１によって送信されているとする。
　以下では、上記の状態で、ルールＣに適合するパケットを、経路８１を使用して、新たに送信しようとする場合について説明する。
　ＯＦＣ１は、ＯＦＳ３－１～ＯＦＳ３－３に、ルールＣに適合するパケットに対応するフローエントリを、新規に設定する必要がある。この場合、高負荷スイッチ検出部１２により検出されているＯＦＳ３－２が含まれているため、代替経路検索部１３は、スイッチリスト１５に基づいて、代替経路を検索する。代替経路検索部１３は、図８Ｂに記載されている経路８２、及び図８Ｃに記載されている経路８３を代替経路の検索結果として算出する。経路８２は、経路上にＯＦＣ１が含まれているが、本実施形態のネットワークシステムは、ＯＦＣ１も代替経路として利用することができる。
　なお、図８Ｂの経路８２、及び図８Ｃの経路８３のように、代替経路が複数検出される場合に、パケット転送に使用される代替経路を決定する方法は、当業者が、転送経路の帯域情報等に基づいて、ＯＦＳ３のコンフィグ情報等を設定することにより、適宜決定してよい。
　以下では、代替経路検索部１３が、代替経路として、図８Ｂの経路８２を選択した場合について説明する。
　（ステップＳ４）
　フローエントリ設定部１１は、ルールＣに適合するパケットに対応するパケットを、経路８２により、転送するための設定を、ＯＦＳ３－１、及びＯＦＳ３－３に行う。すなわち、ＯＦＳ３－１には、ルールＣに適合するパケットを、ＯＦＣ１に転送する設定を行う。また、ＯＦＳ３－３には、ルールＣに適合するパケットを、ＯＦＣ１から受信する設定を行う。
　なお、フローエントリ設定部１１は、既にＯＦＳ３－２に設定されているフローエントリ（ルールＡに適合するパケット、及びルールＢに適合するパケットに関する経路８１に対応するフローエントリ）に関する設定については変更しない。
　これにより、既にＯＦＳ３－２に設定されていたフローエントリに対応するパケットフロー（経路８１）は継続して利用され、ルールＣに適合するパケットの転送では、経路８２が利用される。
　（ステップＳ５）
　高負荷スイッチ検出部１２は、ＯＦＳ３－２の新規フローエントリ設定処理の負荷が低下し、ＯＦＳ３－２が、正常な状態に戻っているかどうかを確認する。当該負荷が低下したかどうかを判断する方法は、高負荷状態を検出する方法と同様である。すなわち、バリア要求の定期的な送信や、ＯＦＳ３のＣＰＵ使用率の定期的な監視により、当該負荷が低下したかどうかを判断する。当該負荷が低下している場合には、ステップＳ６の処理に進む。
　（ステップＳ６）
　フローエントリ設定部１１は、ステップＳ３で行った新規フローの代替経路の設定（経路８２を使用する設定）を、当初設定しようとしていた経路８１の設定に戻す。すなわち、フローエントリ設定部１１は、ルールＣに適合するパケットを、ＯＦＳ３－２に転送する設定を、ＯＦＳ３－１に行う。フローエントリ設定部１１は、ルールＣに適合するパケットを、ＯＦＳ３－３に転送する設定を、ＯＦＳ３－２に行う。フローエントリ設定部１１は、ルールＣに適合するパケットを、ＯＦＳ３－２から受信する設定を、ＯＦＳ３－３に行う。
　本実施形態のネットワークシステムによれば、ＯＦＣ１が、ＯＦＳ３の新規フローエントリ設定処理の負荷を検出し、当該負荷が高い場合には、ＯＦＳ３に代替経路の設定を行う。これにより、ＯＦＳ３の新規フローエントリ設定処理が完了できないために、パケットの転送遅延やパケットロスが発生する問題を回避することができる。
　また、本実施形態のネットワークシステムでは、新規フローエントリに対応するネットワーク内のパケットのフロー制御のみを対象にして、代替経路によるフロー制御を行い、当該負荷の高いＯＦＳ３に設定されている既存のフローエントリは、継続して使用している。これにより、負荷分散処理が、ネットワークシステム全体に与える影響を抑えることができる。
　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。
　本願は、日本特許出願番号２０１２－０５１３９７に基づいて優先権を主張する。その開示内容は、引用によりここに組み込まれる。
 

Claims (14)

  1. 　パケットを転送するスイッチと、
    　前記スイッチにフローエントリを設定するコントローラと
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出する高負荷スイッチ検出部と、
    　スイッチリストを記憶する記憶部と、
    　前記スイッチリストに基づいて、前記高負荷スイッチを使用しない代替経路を検索する代替経路検索部と、
    　前記高負荷スイッチ検出部が前記高負荷スイッチを検出した場合、前記高負荷スイッチに対して新規フローエントリの設定を行うことなく、前記代替経路検索部により検索された代替経路上のスイッチにフローエントリを設定してパケット転送を行わせるフローエントリ設定部と
    を備える
    　ネットワークシステム。
  2. 　請求項１に記載のネットワークシステムにおいて、
    　前記フローエントリ設定部は、転送経路を変更することなく前記高負荷スイッチに既に設定されているフローエントリによりパケットを転送させる
    　ネットワークシステム。
  3. 　請求項１又は２に記載のネットワークシステムにおいて、
    　前記高負荷スイッチ検出部は、前記コントローラから前記スイッチに送信するバリア要求の応答が、所定の時間内に返信されない場合に、前記スイッチが前記高負荷スイッチであることを検出する
    　ネットワークシステム。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のネットワークシステムにおいて、
    　前記高負荷スイッチ検出部は、前記スイッチのＣＰＵ使用率を、定期的に監視し、前記ＣＰＵ使用率が、所定の閾値を超えた場合に、前記スイッチが前記高負荷スイッチであることを検出する
    　ネットワークシステム。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか１項に記載のネットワークシステムにおいて、
    　前記フローエントリ設定部は、前記高負荷スイッチを経由しないフローに変更する設定として、前記コントローラを含む前記代替経路に変更する
    　ネットワークシステム。
  6. 　請求項１乃至５のいずれか一項に記載のネットワークシステムにおいて、
    　前記フローエントリ設定部は、
    　前記高負荷スイッチ検出部が、前記高負荷スイッチが、低負荷になったことを検出した場合には、前記代替経路に関するフローエントリを削除し、高負荷の状態から、低負荷の状態に戻った前記高負荷スイッチに、前記新規フローエントリを設定する
    　ネットワークシステム。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のネットワークシステムに使用されるコントローラ。
  8. 　パケットを転送するスイッチと、
    　前記スイッチにフローエントリを設定するコントローラと
    を備えるネットワークシステムの負荷分散方法であって、
    　前記コントローラの高負荷スイッチ検出部が、新規フローエントリ設定処理の負荷が高い高負荷スイッチを検出するステップと、
    　前記コントローラの代替経路検索部が、スイッチリストに基づいて、前記高負荷スイッチを使用しない代替経路を検索するステップと、
    　前記フローエントリ設定部が、前記高負荷スイッチに対して新規フローエントリの設定を行うことなく、前記代替経路検索部により検索された代替経路上のスイッチにフローエントリを設定するステップと
    を具備する
    　負荷分散方法。
  9. 　請求項８に記載の負荷分散方法において、
    　前記代替経路上のスイッチにフローエントリを設定するステップは、
    　前記高負荷スイッチに、フローの設定を変更することなく、既に設定されているフローエントリによりパケットを転送させる
    　負荷分散方法。
  10. 　請求項８又は９に記載の負荷分散方法において、
    　前記高負荷スイッチを検出するステップは、
    　前記コントローラから前記スイッチに送信するバリア要求の応答が、所定の時間内に返信されない場合に、前記スイッチが前記高負荷スイッチであることを検出するステップを具備する
    　負荷分散方法。
  11. 　請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の負荷分散方法において、
    　前記高負荷スイッチを検出するステップは、
    　前記スイッチのＣＰＵ使用率を、定期的に監視し、前記ＣＰＵ使用率が、所定の閾値を超えた場合に、前記スイッチが前記高負荷スイッチであることを検出するステップを具備する
    　負荷分散方法。
  12. 　請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の負荷分散方法において、
    　前記設定するステップは、
    　前記高負荷スイッチを経由せずに、前記コントローラを含む前記代替経路上のスイッチにフローエントリーを設定することにより、転送経路を変更するステップを具備する
    　負荷分散方法。
  13. 請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の負荷分散方法において、
    　前記設定するステップは、
    　前記コントローラの高負荷スイッチ検出部が、前記高負荷スイッチが、低負荷になったことを検出するステップと、
    　前記コントローラの高負荷スイッチ検出部が、前記代替経路に関するフローエントリを削除するステップと、
    　前記コントローラの高負荷スイッチ検出部が、高負荷の状態から、低負荷の状態に戻った前記高負荷スイッチに、前記新規フローエントリを設定するステップと
    を更に含む
    　負荷分散方法。
  14. 　請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の負荷分散方法をコントローラに実行させるためのプログラム。
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