WO2013183664A1 - スイッチ装置、vlan設定管理方法及びプログラム - Google Patents

スイッチ装置、vlan設定管理方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

 手動による設定や制御装置による集中管理を受けなくても、個々のスイッチ装置において、VLANIDとポートとの対応関係を適正に管理できるようにする。スイッチ装置は、複数のポートと、VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持し、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持していない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行うVLAN設定管理部と、所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する機能部と、を備える。

Description

スイッチ装置、VLAN設定管理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2012-129231号(2012年 6月 6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、スイッチ装置、VLAN(Virtual Local Area Network)設定管理方法及びプログラムに関し、特に、制御装置から集中制御されるスイッチ装置、VLAN設定管理方法及びプログラムに関する。
 近年、オープンフロー(OpenFlow)という技術が提案されている(特許文献1、2、非特許文献1、2参照)。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、障害回復、負荷分散、最適化を行うものである。非特許文献2に仕様化されているオープンフロースイッチは、オープンフローコントローラとの通信用のセキュアチャネルを備え、オープンフローコントローラから適宜追加または書き換え指示される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マッチ条件(Match Fields)と、フロー統計情報(Counters)と、処理内容を定義したインストラクション(Instructions)と、の組が定義される(非特許文献2の「4.1 Flow Table」の項参照)。
 例えば、オープンフロースイッチは、パケットを受信すると、フローテーブルから、受信パケットのヘッダ情報に適合するマッチ条件(非特許文献2の「4.3 Match Fields」参照)を持つエントリを検索する。検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つかった場合、オープンフロースイッチは、フロー統計情報(カウンタ)を更新するとともに、受信パケットに対して、当該エントリのインストラクションフィールドに記述された処理内容(指定ポートからのパケット送信、フラッディング、廃棄等)を実施する。一方、検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つからなかった場合、オープンフロースイッチは、セキュアチャネルを介して、オープンフローコントローラに対してエントリ設定の要求、即ち、受信パケットの処理内容の決定の要求(Packet-Inメッセージ)を送信する。オープンフロースイッチは、処理内容が定められたフローエントリを受け取ってフローテーブルを更新する。このように、オープンフロースイッチは、フローテーブルに格納されたエントリを処理規則(パケット処理命令)として用いてパケット転送を行う。
国際公開第2008/095010号 特開2011-170718号公報
Nick McKeownほか7名、"OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks"、[online]、[平成24(2012)年5月31日検索]、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "OpenFlow Switch Specification" Version 1.1.0 Implemented (Wire Protocol 0x02)、[online]、[平成24(2012)年5月31日検索]、インターネット〈URL:http://www.openflow.org/documents/openflow-spec-v1.1.0.pdf〉
 以下の分析は、本発明によって与えられたものである。上記したオープンフロースイッチに代表されるスイッチ装置のポートにVLANを割り当てるには、コマンドラインインタフェース(CLI)を介して手動でVLAN IDを作成し、インタフェースに割り当てなければならないという問題点がある。
 また、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(制御装置)に対してPacket-Inメッセージを送信する仕組み等を用いて、制御装置側で各スイッチ装置のVLANの割り当てを管理する構成も考えられるが、制御装置の負荷増大や制御装置の故障時の処理滞留といった問題が起こりうる。
 本発明は、手動による設定や制御装置による集中管理を受けなくても、VLANIDとポートとの対応関係を適正に管理できるようにしたスイッチ装置、VLAN設定管理方法及びプログラムを提供することを目的とする。
 第1の視点によれば、複数のポートと、VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持し、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持していない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行うVLAN設定管理部と、所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する機能部と、を備えることを特徴とするスイッチ装置が提供される。即ち、このスイッチ装置は、各ポートのVLAN設定の学習機能を備えている。
 第2の視点によれば、複数のポートと、VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持するスイッチ装置において、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持しているか否かを確認するステップと、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と、該パケットの受信ポートとの組み合わせが、前記VLAN設定管理部に記憶されていない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行うステップと、所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知するステップとを含むVLAN設定管理方法が提供される。本方法は、VLAN情報が付加されたパケットを処理するスイッチ装置という、特定の機械に結びつけられている。
 第3の視点によれば、複数のポートと、VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持するスイッチ装置を構成するコンピュータに、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持しているか否かを確認する処理と、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と、該パケットの受信ポートとの組み合わせが、前記VLAN設定管理部に記憶されていない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行う処理と、所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する処理とを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、手動による設定や制御装置による集中管理を受けなくても、個々のスイッチ装置において、VLANIDとポートとの対応関係を適正に管理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の実施形態のスイッチ装置の構成を示す図である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置のVLAN設定管理部に保持されるテーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を表したフローチャートである。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を説明するための図(VLAN未設定パケット受信時)である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を説明するための図(Packet-In送信)である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を説明するための図(更新内容送信)である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を説明するための図(VLAN未設定パケット受信時)である。 本発明の第1の実施形態のスイッチ装置の動作を説明するための図(更新内容送信)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に示すように制御装置20によって制御されるスイッチ装置10にて実現できる。このスイッチ装置10は、複数(N個)のポート104と、VLAN IDと、前記複数のポート104の各ポートとを対応付けたエントリを保持するVLAN設定管理部107とを備える。VLAN設定管理部107は、パケットを受信すると、そのパケットに付加されているVLAN IDと、該パケットの受信ポートとの組み合わせが、VLAN設定管理部107に記憶されているエントリに存在するか否かを確認する。前記確認の結果、VLAN IDと受信ポートとの組み合わせに対応するエントリがVLAN設定管理部107に記憶されていない場合、VLAN設定管理部107は、受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行う。さらに、スイッチ装置10の機能部(オープンフロースイッチ機能部105)は、制御装置20に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する。
 以上のようなスイッチ装置10を用いることで、手動による設定や制御装置による集中管理を受けなくても、VLAN IDとインタフェースとの対応関係を適正に管理することが可能となる。
[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の実施形態のスイッチ装置の構成を示す図である。図2を参照すると、オープンフローコントローラ(以下、「OFC」)102と接続されたオープンフロースイッチ(以下、「OFS」)100が示されている。なお、図2においてOFS100と、OFC102との間は、セキュアチャネル103を介して接続されている。
 図2の例では、OFS100は、3つのポート104a~104cと、非特許文献1、2のオープンフロースイッチと同等のパケット処理を行うオープンフロースイッチ機能部105と、コマンドラインインタフェース(以下、「CLI」)1061を備えたプラットフォーム機能部106と、VLAN設定管理部107とを備えている。
 ポート104a~104cは、それぞれ他のOFSやホスト装置と接続され、OFS100が、これらの装置と授受するパケットが入出力される。なお、図2中に示した「0/1」、「0/2」、「0/3」は、スロット番号とポート番号とを表している。例えば、ポート104aは、スロット#0/ポート#1を意味する(0/1)とも表記する。
 オープンフロースイッチ機能部105は、OFC102とのメッセージのやり取りを行って、非特許文献1、2の同等のパケット処理を行う。具体的には、オープンフロースイッチ機能部105は、内部に保持するフローテーブルを参照して、VLAN設定管理部107から転送されてきたパケットを処理する。また、オープンフロースイッチ機能部105は、OFC102からの制御メッセージに従い、フローテーブルのエントリの追加、更新、削除等を実行する。
 プラットフォーム機能部106は、CLI1061を介してVLAN設定管理部107でテーブルを更新する際に使用される。
 VLAN設定管理部107は、VLAN IDと各ポートとの対応関係を管理している機能部である。図3は、VLAN設定管理部107がVLAN IDとポートとの対応関係を管理するために用いるテーブルの一例である。図3の例では、VLAN ID=10には、図2のポート104a(0/1)、ポート104b(0/2)が割り当てられ、VLAN ID=20には、図2のポート104c(0/3)が割り当てられている。なお、図3に示したVLAN IDと各ポートとの対応関係は、プラットフォーム機能部106のCLI1061を介してオペレータにより入力されたものでもよいし、後記する手順にて自動設定されたものであっても構わない。
 なお、図1、2に示したスイッチ装置乃至OFSの各部(処理手段)は、これらの装置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。
 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。図4は、本実施形態のOFS100のパケット受信時の動作を表したフローチャートである。図4を参照すると、まず、OFS100は、VLAN設定管理部107にて受信パケットのヘッダにVLAN IDが設定されているか否かを確認する(ステップS001)。受信パケットのヘッダにVLAN IDが設定されていない場合(ステップS001のNo)、受信パケットは、オープンフロースイッチ機能部105に転送される。オープンフロースイッチ機能部105は、フローテーブルに従って受信パケットを処理する(ステップS004)。
 一方、受信パケットのヘッダにVLAN IDが設定されている場合(ステップS001のYes)、OFS100は、受信したパケットのVLAN IDと受信ポートとの組み合わせが、VLAN設定管理部107のテーブルに登録されているか否かを確認する(ステップS002)。受信したパケットのVLAN IDと受信ポートとの組み合わせが、VLAN設定管理部107のテーブルに登録されている組み合わせである場合(ステップS002のYes)、受信パケットは、オープンフロースイッチ機能部105に転送される。オープンフロースイッチ機能部105は、フローテーブルに従って受信パケットを処理する(ステップS003)。
 一方、受信したパケットのVLAN IDと受信ポートとの組み合わせが、VLAN設定管理部107のテーブルに登録されていない組み合わせである場合(ステップS002のNo)、OFS100のオープンフロースイッチ機能部105は、まず、OFC102に対して、受信パケットの処理内容の決定を求めるメッセージ(Packet-Inメッセージ)を送信する。さらに、VLAN設定管理部107は、受信したパケットのVLAN IDと受信ポートとの組み合わせを追加するようテーブルを更新するとともに、オープンフロースイッチ機能部105に対しOFC102への更新内容の送信を要求する。前記要求を受けたオープンフロースイッチ機能部105は、VLAN設定管理部107から受け取ったテーブルの更新内容をOFC102に送信する。前記更新内容の送信には、例えば、オープンフロープロトコルにおいてベンダが独自に設定できるメッセージを用いることができる。以下、本実施形態では、このテーブルの更新内容を通知するメッセージをVLAN STATUSメッセージと記す。
 前記VLAN STATUSメッセージを受信したOFC102は、受信したVLAN STATUSメッセージに基づいて、自装置側で管理している仮想ネットワークの構成情報の更新等を行う。
 またここで、OFC102に受信したVLAN STATUSメッセージに示されたVLAN IDと受信ポートとの組み合わせが仮想ネットワークの構成等に照らして適正なものであるか否か検査させるようにしてもよい。そして、前記検査の結果、VLAN IDと受信ポートとの組み合わせが適正なものではないと判断した場合、OFC102が、OFS100に対して、VLAN設定管理部107のテーブルの復元を指示したり、該当パケットの破棄(Drop)を行わせるフローエントリを設定するようにしてもよい。
 続いて、本実施形態のOFS100の動作を具体的な事例を示して詳細に説明する。
[既知VLAN IDの未登録ポートからパケットを受信したケース]
 図5は、ポート104cにて、VLAN ID=10のパケットを受信したケースを示している。この場合、VLAN ID=10が付加されているので、VLAN設定管理部107は、図3に示したテーブルのVLAN ID=10のエントリを参照し既登録の組み合わせであるか否かを確認する(図4のステップS002)。図3のVLAN ID=10のエントリには、ポート104a(0/1)、ポート104b(0/2)のみが登録されているので、未登録の組み合わせであると判断される。
 この場合、OFS100は、図6に示すように、オープンフロースイッチ機能部105を介して、OFC102に対し、受信パケットの処理内容の決定を求めるメッセージ(Packet-Inメッセージ)を送信する。
 さらに、OFS100は、図7に示すように、VLAN設定管理部107のテーブルのVLAN ID=10のエントリに、受信ポート104c(0/3)を追加するとともに、オープンフロースイッチ機能部105に対しOFC102への更新内容の送信を要求する。前記要求を受けたオープンフロースイッチ機能部105は、OFC102に対し、VLAN STATUSメッセージを用いて、VLAN設定管理部107から受け取ったテーブルの更新内容(VLAN ID=10のエントリにポート104c(0/3)を追加)を送信する。
[未知VLAN IDのパケットを受信したケース]
 図8は、ポート104cにて、VLAN ID=30のパケットを受信したケースを示している。この場合、VLAN ID=30が付加されているので、VLAN設定管理部107は、図3に示したテーブルからVLAN ID=30を持つエントリを検索する。しかしながら、図3に示したテーブルにはVLAN ID=30を持つエントリは存在しないので、未登録の組み合わせであると判断される。
 この場合、OFS100は、図6に示すように、オープンフロースイッチ機能部105を介して、OFC102に対し、受信パケットの処理内容の決定を求めるメッセージ(Packet-Inメッセージ)を送信する。
 さらに、OFS100は、図9に示すように、VLAN設定管理部107のテーブルにVLAN ID=30と、ポート104c(0/3)とを対応付けたエントリを追加するとともに、オープンフロースイッチ機能部105に対しOFC102への更新内容の送信を要求する。前記要求を受けたオープンフロースイッチ機能部105は、OFC102に対し、VLAN STATUSメッセージを用いて、VLAN設定管理部107から受け取ったテーブルの更新内容(VLAN ID=30とポート104c(0/3)とを対応付けたエントリを追加)を送信する。
 以上のように、本実施形態によれば、OFS100が、受信パケットのVLAN IDと受信ポートとの組み合わせがVLAN設定管理部107に登録されていない場合、VLAN IDを作成し、その受信ポートに前記生成したVLAN IDを割り当てるという処理の自動化が実現される。
 以上、本発明の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、上記した実施形態で用いたポートの数や、VLAN情報はあくまで一例であり、その数に制約は無い。
 また、上記した実施形態では、VLAN IDとポートとの組み合わせをOFC102に送信するものとして説明したが、OFC102と連携動作するその他の制御装置に、VLAN IDとポートとの組み合わせを送信するようにしてもよい。
 また、上記した実施形態では、VLAN IDとポートとの組み合わせよりも先に、受信パケットの処理内容の決定を求めるメッセージ(Packet-Inメッセージ)を送信することとしているが、VLAN IDとポートとの組み合わせを先に送信するようにしてもよい。
 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、本発明の請求の範囲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。
 10 スイッチ装置
 20 制御装置
 100 オープンフロースイッチ(OFS)
 102 オープンフローコントローラ(OFC)
 103 セキュアチャネル
 104、104a~104c ポート
 105 オープンフロースイッチ機能部
 106 プラットフォーム機能部
 107 VLAN設定管理部
 1061 コマンドラインインタフェース(CLI)

Claims (5)

  1.  複数のポートと、
     VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持し、前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持していない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行うVLAN設定管理部と、
     所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する機能部と、を備えることを特徴とするスイッチ装置。
  2.  前記VLAN設定管理部は、
     受信したパケットに含まれるVLAN情報と同一のVLAN情報を持つエントリが存在し、かつ、当該エントリに前記受信したパケットの受信ポートが対応付けられていない場合、当該エントリに前記受信ポートの追加を行い、
     受信したパケットに含まれるVLAN情報と同一のVLAN情報を持つエントリが存在しない場合、前記受信したパケットに含まれるVLAN情報と、前記受信ポートとを対応付けたエントリを追加する、請求項1のスイッチ装置。
  3.  さらに、前記機能部は、
     受信パケットと照合することにより、受信パケットに適用する処理内容を決定するためのエントリを格納したフローテーブルを含み、
     前記所定の制御装置から指示に従い、前記フローテーブルのエントリを更新する請求項1又は2のスイッチ装置。
  4.  複数のポートと、
     VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持するスイッチ装置において、
     前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持しているか否かを確認するステップと、
     前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と、該パケットの受信ポートとの組み合わせが、前記VLAN設定管理部に記憶されていない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行うステップと、
     所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知するステップとを含むVLAN設定管理方法。
  5.  複数のポートと、
     VLAN情報と、前記複数のポートの各ポートとを対応付けたエントリを保持するスイッチ装置を構成するコンピュータに、
     前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と該パケットの受信ポートとの組み合わせに対応するエントリを保持しているか否かを確認する処理と、
     前記各ポートから受信したパケットに含まれるVLAN情報と、該パケットの受信ポートとの組み合わせが、前記VLAN設定管理部に記憶されていない場合、前記受信パケットに対応するエントリの追加又はエントリの更新を行う処理と、
     所定の制御装置に対して、前記エントリの追加内容又は更新内容を通知する処理とを実行させるプログラム。
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