JP5408243B2 - OpenFlow通信システムおよびOpenFlow通信方法 - Google Patents
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Description
本発明は、OpenFlow通信システムおよびOpenFlow通信方法に関する。
コンピュータ・ネットワークに関する様々な技術が知られている(例えば、特許文献1〜4参照)。特許文献1には、IP/MAC発信元アドレス、宛先アドレスおよび出力物理ポート番号が登録されたIPフローテーブルに関する技術が記載されている。特許文献2には、記憶されたルーティング情報に基づいて他の通信装置までの経路を決定し、また、その記憶されたルーティング情報を更新情報に従って更新する通信装置に関する技術が記載されている。特許文献3には、経路情報の変更を受け、経路テーブルの該当情報を登録・削除・変更するパケット中継装置に関する技術が記載されている。特許文献4には、設定された経路情報をパケットに付加して、中継装置に送信する伝送経路情報付加機能に関する技術が記載されている。また、受信したパケットから経路情報を抽出し、パケットが自己宛でない場合には、他の中継装置に対してパケットを転送する中継装置に関する技術が記載されている。
イーサネット(登録商標)などのコンピュータ・ネットワークは、スイッチ(あるいはルータ)が自立動作する分散型である。そのために、ネットワークで起きている事象を正確かつ迅速に把握することが難しく、障害発生箇所の特定や障害からの復帰に時間がかかるという点で問題視されている。また、個々のスイッチが自立動作するに足る能力を備えていなければならないため、スイッチの機能が複雑化している。
そのような問題を低減するために、OpenFlowと呼ばれる新しいネットワーク・アーキテクチャが提唱されている(例えば、非特許文献1参照)。OpenFlowは、電話網のようにネットワークを集中管理することで、ネットワークの可視化を高いレベルで実現している。また、OpenFlowでは、スイッチに求められる機能を相対的に少なくできる。そのため、スイッチを低廉化してネットワーク全体の設備コストを下げることができる。
図1は、OpenFlowに基づくネットワーク(以下、OpenFlow通信システムと記載する)の構成を示すブロック図である。OpenFlow通信システムは、OpenFlowコントローラ10と、OpenFlowスイッチ11と、それらを結ぶリンク13とを主な構成要素としている。図1には、複数のOpenFlowスイッチ11を備えるOpenFlow通信システムを例示している。以下の説明では、複数のOpenFlowスイッチ11を区別する場合には、枝番号を付して、例えば第1OpenFlowスイッチ11−1のように記載する。
OpenFlowコントローラ10は複数の役割を担う。OpenFlowコントローラ10は、ネットワーク・トポロジの認識、配下のOpenFlowスイッチ11の制御、OpenFlowスイッチ11の障害監視、リンク13の障害監視、パケット40の通信路の決定などを実行する。
OpenFlowスイッチ11は、既存のイーサネット(登録商標)・スイッチやIPルータと同様に、隣接する端末12や別のOpenFlowスイッチ11からのパケット40を中継する役割を担う。なお、以下の説明では、複数の端末12を区別する場合には、枝番号を付して、例えば第1端末12−1のように記載する。
図2は、OpenFlowスイッチ11の構造を示すブロック図である。OpenFlowスイッチ11は、入力ポート20と、出力ポート21と、ローカル管理部22と、フローテーブル23と、パケットスイッチ24とを主な構成要素として備えている。
入力ポート20は、別のOpenFlowスイッチ11または端末12から、パケット40を受信する。出力ポート21は、別のOpenFlowスイッチ11、または、端末12へパケット40を送信する。
ローカル管理部22は、OpenFlowコントローラ10と通信し、OpenFlowコントローラ10からの指示に従ってフローテーブル23を更新する。また、ローカル管理部22は、OpenFlowコントローラ10から指示されたパケット40を、パケットスイッチ24に供給する。さらに、ローカル管理部22は、外部から入力ポート20を介して受信したパケット40を、必要に応じてOpenFlowコントローラ10に送信する。
パケットスイッチ24は、フローテーブル23の検索によって得られた出力ポート21、または、ローカル管理部22から指示された出力ポート21に向けて、パケット40を転送する。フローテーブル23は、OpenFlowスイッチ11に入力されたパケット40の扱いを決定する。
図3は、フローテーブル23の構造を示すブロック図である。フローテーブル23は、1つ以上のフローエントリ30の集合である。各々のフローエントリ30は、マッチ条件31とアクション32の、2つのフィールドを含んでいる。
OpenFlowスイッチ11は、パケット40を外部から受信するたびに、フローテーブル23の中のマッチ条件31とパケット40を比較照合する。例えば、あるマッチ条件31が成立していた場合、そのマッチ条件31に対応するアクション32を、そのパケット40に適用する。パケット40が全てのマッチ条件31を満たさなかった場合、OpenFlowスイッチ11は、そのパケット40をOpenFlowコントローラ10に送信する。各々のマッチ条件31には、
ネットワーク層(IP)のプロトコル番号
送信元/宛先アドレス
トランスポート層(TCPまたはUDP)の送信元/宛先ポート番号
データリンク層(イーサネット(登録商標))の宛先/送信元MACアドレス
タイプ値
VLAN−IDなどについての条件式
などのうち、1個以上を含めることができる。
ネットワーク層(IP)のプロトコル番号
送信元/宛先アドレス
トランスポート層(TCPまたはUDP)の送信元/宛先ポート番号
データリンク層(イーサネット(登録商標))の宛先/送信元MACアドレス
タイプ値
VLAN−IDなどについての条件式
などのうち、1個以上を含めることができる。
アクション32には、“特定の出力ポート21にパケット40を出力する”という動作や、“パケット40を廃棄する”という動作などが定義される。
図4は、OpenFlowコントローラ10およびOpenFlowスイッチ11の動作を示すフローチャートである。図4は、上述の図1に示すOpenFlow通信システムにおいて、第1端末12−1を送信元とし、第3端末12−3を宛先とする通信フローを示している。また、全てのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23は初期状態で空(Empty)であるとする。
第1端末12−1は、フローに属する最初のパケット40を送信する。ステップS1において、第1OpenFlowスイッチ11−1は、そのパケット40を入力ポート20で受信する。その後、ステップS2において、第1OpenFlowスイッチ11−1は、そのパケット40に合致するマッチ条件31が、フローテーブル23の中に存在するか調べる。この時点では、フローテーブル23は空であるので、フローテーブル23の検索は失敗し(Noの矢印)、ステップS3において、第1OpenFlowスイッチ11−1は、パケット40をOpenFlowコントローラ10に送信する。
ステップS11において、OpenFlowコントローラ10は、第1OpenFlowスイッチ11−1からパケット40を受信する。ステップS12において、OpenFlowコントローラ10は、パケット40の中から送信元の端末12(第1端末12−1)と宛先の端末12(第3端末12−3)のアドレスなどを抽出して、パケット40を転送するための経路を算出する。OpenFlowコントローラ10は、ネットワークのトポロジを把握しているため、適切な経路を導出することができる。図1を参照すると、パケット40の通信路として、
第1OpenFlowスイッチ11−1 →
→ 第2OpenFlowスイッチ11−2 →
→ 第3OpenFlowスイッチ11−3
の経路が選択される。
第1OpenFlowスイッチ11−1 →
→ 第2OpenFlowスイッチ11−2 →
→ 第3OpenFlowスイッチ11−3
の経路が選択される。
ステップS13において、OpenFlowコントローラ10は経路計算後、その経路上の全てのOpenFlowスイッチ11に対し、フローテーブル23を更新する指示を発行する。
ステップS4において、第1OpenFlowスイッチ11−1〜第3OpenFlowスイッチ11−3のそれぞれは、OpenFlowコントローラ10からの指示に従って、フローテーブル23に新しいフローエントリ30を追加する。
図5は、新しいフローエントリ30が追加されたフローテーブル23の構成を示すブロック図である。図5の(a)は、追加される前の状態を示し、図5の(b)は、追加された後の第1OpenFlowスイッチ11−1〜第3OpenFlowスイッチ11−3のフローテーブル23の内容を示している。
図4に戻り、ステップS14において、OpenFlowコントローラ10は、パケット40を第1OpenFlowスイッチ11−1に返送する。この際OpenFlowコントローラ10は、第1OpenFlowスイッチ11−1に対し、第2OpenFlowスイッチ11−2につながる出力ポート21を通じてそのパケット40を送信するように指示する。この理由は、第2OpenFlowスイッチ11−2が経路上の2番目に位置しているからである。
ステップS6において、第1OpenFlowスイッチ11−1は、OpenFlowコントローラ10からの指示に従って、返却されたパケット40を第2OpenFlowスイッチ11−2に向けて送出する。
次に、第2OpenFlowスイッチ11−2の処理に移る。第2OpenFlowスイッチ11−2は、ステップS1で第1OpenFlowスイッチ11−1からパケットを受信し、ステップS2で、そのパケット40に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在するか調べる。この時点では、第2OpenFlowスイッチ11−2のフローテーブル23は、上述の図5の(b)中央のように設定されている。そのため、フローテーブル23の検索は成功し(ステップS2でYesの矢印)、合致したマッチ条件31に対応するアクション32がパケット40に適用される(ステップS5)。
図5を参照すると、ここではアクション32は「第3OpenFlowスイッチ11−3に向けて出力」であるから、そのパケット40は第3OpenFlowスイッチ11−3につながる出力ポート21を通じて第3OpenFlowスイッチ11−3に送信される。第3OpenFlowスイッチ11−3の動作は第2OpenFlowスイッチ11−2と同様であるので、説明を省略する。
以上のようにフローの最初のパケット40は中継され、最終的に宛先の第3端末12−3に届けられる。同じフローに属する後続のパケット40は、OpenFlowコントローラ10を経由することなく、第1OpenFlowスイッチ11−1、第2OpenFlowスイッチ11−2、第3OpenFlowスイッチ11−3を順に通って宛先に転送される。
具体的には、これらのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23には、パケット40に合致するマッチ条件31が、この時点では登録されている。したがって、図4のステップS5に進む。そして、合致したマッチ条件31に対応するアクション32がパケット40に適用され、上記のフローが実現する。
The OpenFlow Switch Consortium (http://www.openflowswitch.org/)
数百台以上のスイッチから構成される大規模ネットワークにおいては、パケット40がスイッチを何段も経由して転送される場合がある。このような場合、OpenFlowコントローラ10は新しいフローが発生するたびに経路上の多数のOpenFlowスイッチ11のそれぞれに対してフローテーブル23の更新を指示することになる。
例えば、経路上に平均10台のスイッチが介在し、秒間1万の新規フローが発生している状況では、フローテーブル23の更新頻度は毎秒10万回になる。1台のOpenFlowコントローラ10のみで前記の処理を行うことは現実的ではないため、一般的には複数台のOpenFlowコントローラ10を配置して負荷分散する手法が採用される。しかし、そのような手法は、OpenFlowコントローラ10の台数増加に伴う設備コスト・管理コストの上昇を招くだけでなく、複数のOpenFlowコントローラ10の間で同期を取る仕組みが別途必要になりOpenFlowコントローラ10が複雑化するといった弊害をもたらす。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ネットワークの規模や構成を変更することなしに、OpenFlowコントローラ10がOpenFlowスイッチ11に対して行うフローテーブル23の更新指示の回数を削減することによって、OpenFlowコントローラ10の処理負荷を下げることである。
上記の課題を解決するために、ネットワークに接続され、パケットの転送処理を行う1つ以上のスイッチと、スイッチを制御するコントローラとを具備する通信システムを構成する。そのパケットは、ネットワークの端末間で送受信される通常パケットと、コントローラから供給されるカプセル化パケットとを含むことが好ましい。そのスイッチは、複数のフローエントリを保持することが可能なフローテーブルと、フローエントリに従ってパケットの転送を制御するローカル管理部とを備えることが好ましい。複数のフローエントリの各々は、パケットの通信フローを識別するためのマッチ条件と、パケットに対する処理を示すアクションとを含むことが好ましい。
ここにおいて、コントローラは、通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される1つ以上の登録用フローエントリを生成し、1つ以上の登録用フローエントリと通常パケットとを関連付けてカプセル化パケットを生成し、そのカプセル化パケットを通過スイッチの内の1つに送信する。そして、通過スイッチは、カプセル化パケットの受信に応答して、登録用フローエントリをカプセル化パケットの中から1つ抽出して新規フローエントリとして通過スイッチのフローテーブルに格納し、新規フローエントリに示されているアクションを、カプセル化パケットに対して実行する。
ここにおいて、コントローラは、通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される1つ以上の登録用フローエントリを生成し、1つ以上の登録用フローエントリと通常パケットとを関連付けてカプセル化パケットを生成し、そのカプセル化パケットを通過スイッチの内の1つに送信する。そして、通過スイッチは、カプセル化パケットの受信に応答して、登録用フローエントリをカプセル化パケットの中から1つ抽出して新規フローエントリとして通過スイッチのフローテーブルに格納し、新規フローエントリに示されているアクションを、カプセル化パケットに対して実行する。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、OpenFlowコントローラ10の処理負荷を低減させることができるOpenFlow通信システムを構築することができる。
本発明によれば、OpenFlowコントローラ10が、パケット40の経路情報を経路上の1番目のOpenFlowスイッチ11に送信し、経路に沿って経路情報をパケット40とともに中継しながら、経路上のOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23に経路情報を記録していく。このような構成・動作により、OpenFlowコントローラ10が、OpenFlowスイッチ11に対して行うフローテーブル23の更新指示の回数を削減することができる。
上記発明の目的、効果、特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
[第1実施形態]
図6は、本実施形態のOpenFlow通信システムにおけるOpenFlowコントローラ10とOpenFlowスイッチ11の構成を例示するブロック図である。なお、本実施形態において、全体的なOpenFlow通信システムの構成は、上述の図1と同様である。また、OpenFlowの現仕様では、データリンク層のプロトコルとしてイーサネット(登録商標)を、ネットワーク層およびトランスポート層のプロトコルとしてTCP/IPもしくはUDP/IPを想定しているが、本実施形態では、ネットワークプロトコルに関する制約は無い。また、以下の説明において、OpenFlow通信システムに配置された複数のOpenFlowスイッチ11や端末12を区別する場合には、枝番号を付して、例えば第1OpenFlowスイッチ11−1のように記載する。
図6は、本実施形態のOpenFlow通信システムにおけるOpenFlowコントローラ10とOpenFlowスイッチ11の構成を例示するブロック図である。なお、本実施形態において、全体的なOpenFlow通信システムの構成は、上述の図1と同様である。また、OpenFlowの現仕様では、データリンク層のプロトコルとしてイーサネット(登録商標)を、ネットワーク層およびトランスポート層のプロトコルとしてTCP/IPもしくはUDP/IPを想定しているが、本実施形態では、ネットワークプロトコルに関する制約は無い。また、以下の説明において、OpenFlow通信システムに配置された複数のOpenFlowスイッチ11や端末12を区別する場合には、枝番号を付して、例えば第1OpenFlowスイッチ11−1のように記載する。
図6を参照すると、本実施形態のOpenFlowコントローラ10は、カプセル化パケット生成部14を含んでいる。カプセル化パケット生成部14の動作に関しては後述する。また、OpenFlowスイッチ11は、入力ポート20と、出力ポート21と、ローカル管理部22と、フローテーブル23と、パケットスイッチ24とを含んでいる。
入力ポート20は、OpenFlowコントローラ10または別のOpenFlowスイッチ11から、パケット40を受信する。パケット40は、通常パケット41またはカプセル化パケット50のいずれかである。また、入力ポート20は、端末12から通常パケット41を受信する。出力ポート21は、OpenFlowコントローラ10または別のOpenFlowスイッチ11へ、通常パケット41またはカプセル化パケット50を送信する。また出力ポート21は、端末12へ通常パケット41を送信する。
ローカル管理部22は、OpenFlowコントローラ10と通信し、そのOpenFlowコントローラ10からの指示に従って、フローテーブル23を更新する。また、ローカル管理部22は、OpenFlowコントローラ10から指示された通常パケット41またはカプセル化パケット50を、パケットスイッチ24に供給する。さらに、ローカル管理部22は、外部から入力ポート20を介して供給された通常パケット41またはカプセル化パケット50を、必要に応じてOpenFlowコントローラ10に送信する。
パケットスイッチ24は、フローテーブル23を参照して得られた出力ポート21に向けて通常パケット41またはカプセル化パケット50を転送する。また、パケットスイッチ24は、ローカル管理部22から指示された出力ポート21に向けて通常パケット41またはカプセル化パケット50を転送する。
図7は、本実施形態のOpenFlowコントローラ10とOpenFlowスイッチ11の構成と接続関係とを例示するブロック図である。図7を参照すると、OpenFlowコントローラ10は、コントローラ側プロセッサ60と、コントローラ側メモリ62と、コントローラ側ネットワークインターフェース63とを備え、それらはコントローラ側バス61を介して接続されている。
コントローラ側プロセッサ60(CPU:中央処理装置)は、OpenFlowコントローラ10に備えられた様々な装置の制御やデータの計算・加工を行なう。コントローラ側プロセッサ60は、コントローラ側メモリ62に記憶されたプログラムを実行する機能を有し、入力装置(図示されず)やHDDなどの記憶装置からデータを受け取り、演算・加工した上で、出力装置(図示されず)や記憶装置に出力する。コントローラ側ネットワークインターフェース63は、OpenFlowコントローラ10とOpenFlowスイッチ11を結ぶリンク13に接続するためのインターフェースである。
コントローラ側メモリ62は、コントローラ側プロセッサ60が直接読み書きできる半導体記憶装置である。コントローラ側メモリ62は、OpenFlowコントローラ10内で扱われるデータやプログラムを記憶する。コントローラ側メモリ62は、OpenFlowスイッチ制御プログラム70と、カプセル化パケット生成プログラム73とを含んでいる。OpenFlowスイッチ制御プログラム70は、OpenFlowスイッチ11の制御を実現するための手順を示している。カプセル化パケット生成プログラム73は、カプセル化パケットを生成するための手順を示している。
OpenFlowスイッチ11は、第1ネットワークインターフェース64と、第2ネットワークインターフェース65と、スイッチ側プロセッサ66と、スイッチ側メモリ68とを備え、それらはスイッチ側バス67を介して接続されている。
第1ネットワークインターフェース64と第2ネットワークインターフェース65は、OpenFlowスイッチ11をリンク13に接続するためのインターフェースである。なお、第1ネットワークインターフェース64と第2ネットワークインターフェース65とが、1つに集約されていても良い。スイッチ側プロセッサ66は、OpenFlowスイッチ11に備えられた様々な装置の制御や、OpenFlowスイッチ11で扱うデータの計算・加工を行なう。また、スイッチ側プロセッサ66は、スイッチ側メモリ68に記憶されたプログラムを実行する機能を有し、入力装置(図示されず)やHDDなどの記憶装置からデータを受け取り、演算・加工した上で、出力装置(図示されず)や記憶装置に出力する。
スイッチ側メモリ68は、スイッチ側プロセッサ66が直接読み書きできる半導体記憶装置である。スイッチ側プロセッサ66は、OpenFlowスイッチ11内で扱われるデータやプログラムを記憶する。スイッチ側メモリ68は、ローカル管理プログラム71と、パケットスイッチプログラム72と、フローテーブル23とを含んでいる。
ローカル管理プログラム71は、OpenFlowスイッチ11のローカル管理部22を実現するための手順を示している。パケットスイッチプログラム72は、OpenFlowスイッチ11のパケットスイッチ24を実現するための手順を示している。フローテーブル23は、OpenFlowスイッチ11に入力されたパケット40の扱いを決定するための情報を保持している。なお、本実施形態において、OpenFlowコントローラ10やOpenFlowスイッチ11で実行される各コンピュータプログラムは、専用のハードウェアで実現することも可能である。
図8および図9は、本実施形態のOpenFlow通信システムの動作を例示するフローチャートである。以下に説明する動作は、OpenFlow通信システムの端末12から、他のノードを宛先とするパケット(通常パケット41)が出力されると開始する。ステップS101において、OpenFlowスイッチ11は、通常パケット41またはカプセル化パケット50を、入力ポート20を介して受信する。
ステップS102において、OpenFlowスイッチ11は、受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかを判定する。なお、カプセル化パケット50の構成については後述する。その判定の結果、受信したパケット40がカプセル化パケット50のときは、処理は図9のステップS301に進み、受信したパケット40が通常パケット41のときは、処理はステップS103に進む。ここでは、受信したパケット40が通常パケット41の場合について説明をする。
ステップS103において、OpenFlowスイッチ11は、その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在するかを調べる。その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在するときは、処理はステップS105に進み、合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在しないときは、処理はステップS104に進む。
ステップS105において、OpenFlowスイッチ11は、受信したパケット40が通常パケット41であり、かつ、その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在するので、そのOpenFlowスイッチ11は、合致したマッチ条件31に対応するアクション32を通常パケット41に適用する。
ステップS104において、OpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)は、受信したパケット40が通常パケット41であり、かつ、その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在しないので、その通常パケット41をOpenFlowコントローラ10に送信する。以降は、処理がOpenFlowコントローラ10に移る。
ステップS201において、OpenFlowコントローラ10は、OpenFlowスイッチ11から供給される通常パケット41を受信する。ステップS202において、OpenFlowコントローラ10は、通常パケット41の中から送信元の端末12(第1端末12−1)と宛先の端末12(第3端末12−3)のアドレスなどを抽出して、通常パケット41を送受信するための経路を算出する。ステップS203において、OpenFlowコントローラ10は、経路計算後、カプセル化パケット50を生成する。
図10は、OpenFlowコントローラ10が生成するカプセル化パケット50の構造を例示するブロック図である。カプセル化パケット50は、ヘッダ51と、1つ以上の登録フローエントリ52と、通常パケット41とを含んでいる。
ヘッダ51は、OpenFlowスイッチ11が、通常パケット41とカプセル化パケット50を区別するための識別子を含む。区別の方法としては、カプセル化パケット50に特殊な宛先アドレス、もしくは送信元アドレスを割り当てる方法や、イーサネット(登録商標)のタイプ値やVLAN−ID、MPLSラベルで識別する方法などがあるが、それらに限定されない。
第X登録フローエントリ52−X(1≦X≦N)は、経路上のX番目のOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23に追加される。その登録フローエントリ52は、フローエントリ30としてフローテーブル23に保持される。なお、第X登録フローエントリ52−X(1≦X≦N)のNは、カプセル化パケット50に含まれる登録フローエントリ52の個数である。したがって、第X登録フローエントリ52−X(1≦X≦N)の内容は、従来のOpenFlowにおいて、経路上のX番目のOpenFlowスイッチ11に追加されるフローエントリ30の内容と同一である。
図8に戻り、ステップS204において、OpenFlowコントローラ10は、生成したカプセル化パケット50を経路上の1番目のOpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)に送信する。以降は、処理がOpenFlowスイッチ11に移る。
OpenFlowスイッチ11は、ステップS101において、OpenFlowコントローラ10からカプセル化パケット50を受信する。ステップS102において、OpenFlowスイッチ11は、入力ポート20を介して受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかを判定する。このとき、受信したパケット40はカプセル化パケット50であるので、処理は図9のステップS301に進む。
ステップS301において、OpenFlowスイッチ11は、そのカプセル化パケット50の中から、自身に対応する登録フローエントリ52を参照し、その登録フローエントリ52の内容を、自身のフローテーブル23に追加する。換言すると、OpenFlowスイッチ11は、参照によって得られた登録フローエントリ52の情報を、そのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23のフローエントリ30として保持する。
ステップS302において、OpenFlowスイッチ11は、カプセル化パケット50の中の、自身に対応する登録フローエントリ52の中からアクション32を取り出す。以下の説明においては、取り出したアクション32を、格納済アクションと呼称する。(この呼称は、本実施形態の動作に関する理解を容易にするための形式的なものである。)
ステップS303において、OpenFlowスイッチ11は、カプセル化パケット50に含まれる登録フローエントリ52の個数が1つであるかを判定する。その判定の結果、複数の登録フローエントリ52が含まれているときは、処理はステップS304に進み、登録フローエントリ52が1つのときは、処理はステップS305に進む。
ステップS303において、OpenFlowスイッチ11は、カプセル化パケット50に含まれる登録フローエントリ52の個数が1つであるかを判定する。その判定の結果、複数の登録フローエントリ52が含まれているときは、処理はステップS304に進み、登録フローエントリ52が1つのときは、処理はステップS305に進む。
ステップS304において、OpenFlowスイッチ11は、受信したカプセル化パケット50を元にして、フローテーブル23に追加した登録フローエントリ52を、そのカプセル化パケット50から削除して、新しいカプセル化パケット50を生成する。換言すると、各OpenFlowスイッチ11において、受信したカプセル化パケット50から、そのOpenFlowスイッチ11に対応する登録フローエントリ52を除去したものが、新しいカプセル化パケット50となる。
ステップS306において、OpenFlowスイッチ11は、新しいカプセル化パケット50に、格納済アクションを適用する。
ステップS305においては、OpenFlowスイッチ11は、受信したカプセル化パケット50の中から通常パケット41を取り出し、その通常パケット41に格納済アクションを適用する。
本実施形態が適用されていないOpenFlow通信システムのOpenFlowコントローラ10は、経路上の全てのOpenFlowスイッチ11に対してフローテーブル23の更新を指示しなければならなかった。上述のように、本実施形態のOpenFlow通信システムのOpenFlowコントローラ10は、経路上の1番目のOpenFlowスイッチ11に対してだけ経路情報を送信するため、複数のOpenFlowスイッチ11に対してフローテーブル23の更新の指示を行わなくて済む。それゆえ、本実施形態のOpenFlow通信システムにおいては、OpenFlowコントローラ10の処理負荷を、低減させることができる。
以下に、具体的なカプセル化パケット50の構成を例示して、本実施形態の動作について説明を行う。以下の説明では、上述の図1のOpenFlow通信システムにおいて、第1端末12−1を送信元とし、第3端末12−3を宛先とした場合のパケット通信の通信フローを例示する。また、本実施形態の動作に対する理解を容易にするために、OpenFlow通信システム上の全てのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23は、初期状態で空(Empty)であるとする。
端末12(第1端末12−1)が、フローに属する最初の通常パケット41を送信したとき、OpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)が、その通常パケット41を入力ポート20を介して受信する。OpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)は、入力ポート20を介して受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかを判定する。最初の時点では、そのパケット40は、第1端末12−1から到着した通常パケット41であってカプセル化パケット50ではない。したがって、この判定結果はNo(偽)となる。また、最初の時点では、フローテーブル23は空であるので、フローテーブル23の検索は失敗する。
OpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)は、受信したパケット40が通常パケット41であり、かつ、その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在しないので、その通常パケット41をOpenFlowコントローラ10に送信する。以降は、処理がOpenFlowコントローラ10に移る。
OpenFlowコントローラ10は、第1OpenFlowスイッチ11−1から供給される通常パケット41を受信する。OpenFlowコントローラ10は、通常パケット41の中から送信元の端末12(第1端末12−1)と宛先の端末12(第3端末12−3)のアドレスなどを抽出して、通常パケット41を転送するための経路を算出する。本実施形態では、通常パケット41の通信路として、
第1OpenFlowスイッチ11−1
→ 第2OpenFlowスイッチ11−2
→ 第3OpenFlowスイッチ11−3
の経路が選択されものとする。ここにおいて、OpenFlowコントローラ10は、上述のステップS203までの動作を実行して経路計算をした後、カプセル化パケット50を生成する。
第1OpenFlowスイッチ11−1
→ 第2OpenFlowスイッチ11−2
→ 第3OpenFlowスイッチ11−3
の経路が選択されものとする。ここにおいて、OpenFlowコントローラ10は、上述のステップS203までの動作を実行して経路計算をした後、カプセル化パケット50を生成する。
図11は、OpenFlowコントローラ10が生成するカプセル化パケット50(以下、第1カプセル化パケット50−1と記載する)と、第1OpenFlowスイッチ11−1が出力するカプセル化パケット50(以下、第2カプセル化パケット50−2と記載する)の構成を例示している。OpenFlowコントローラ10によって生成されたカプセル化パケット50の内容は、図11の第1カプセル化パケット50−1のようになる。図11に示されているように、OpenFlowコントローラ10は、生成したカプセル化パケット50(第1カプセル化パケット50−1)を、経路上の1番目のOpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)に送信する。以降は、処理がOpenFlowスイッチ11に移る。
OpenFlowスイッチ11は、OpenFlowコントローラ10からカプセル化パケット50(第1カプセル化パケット50−1)を受信する。OpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)は、入力ポート20を介して受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかを判定する。このとき、受信したパケット40はカプセル化パケット50であるので、第1OpenFlowスイッチ11−1は、そのカプセル化パケット50の中から先頭の登録フローエントリ52(第1登録フローエントリ52−1)を取り出して、それを自身のフローテーブル23に追加する。換言すると、第1OpenFlowスイッチ11−1は、第1登録フローエントリ52−1を、その第1OpenFlowスイッチ11−1のフローテーブル23のフローエントリ30として保持する。
第1OpenFlowスイッチ11−1は、この時点での格納済アクションの内容は、第1登録フローエントリ52−1のアクション32に等しく、『第2OpenFlowスイッチ11−2に向けて出力』となる。また、カプセル化パケット50に含まれる登録フローエントリ52の個数が、複数なので、OpenFlowスイッチ11は、受信したカプセル化パケット50を基にして、フローテーブル23に追加した登録フローエントリ52をそのカプセル化パケット50から削除して、新しいカプセル化パケット50を生成する。OpenFlowスイッチ11は、新しいカプセル化パケット50に、格納済アクションを適用する。上述のように、この時点での格納済アクションは『第2OpenFlowスイッチ11−2に向けて出力』であるから、新しいカプセル化パケット50(第2カプセル化パケット50−2)は第2OpenFlowスイッチ11−2につながる出力ポート21を通じて第2OpenFlowスイッチ11−2に送信される。
図12は、第2カプセル化パケット50−2に対する処理を例示するブロック図である。別のOpenFlowスイッチ11(第2OpenFlowスイッチ11−2)は、前段のOpenFlowスイッチ11(第1OpenFlowスイッチ11−1)からパケット40(第2カプセル化パケット50−2)を受信する。受信後にそのパケット40がカプセル化パケット50であるか判定し、上述のステップS301からステップS304までの処理を実行する
第2OpenFlowスイッチ11−2は、第3カプセル化パケット50−3を生成する。この時点での格納済アクションは『第3OpenFlowスイッチ11−3に向けて出力』であるから、新しいカプセル化パケット50(第3カプセル化パケット50−3)は、第3OpenFlowスイッチ11−3に送信される。
第2OpenFlowスイッチ11−2は、第3カプセル化パケット50−3を生成する。この時点での格納済アクションは『第3OpenFlowスイッチ11−3に向けて出力』であるから、新しいカプセル化パケット50(第3カプセル化パケット50−3)は、第3OpenFlowスイッチ11−3に送信される。
図13は、第3カプセル化パケット50−3に対する処理を例示するブロック図である。第3OpenFlowスイッチ11−3は、第2OpenFlowスイッチ11−2からカプセル化パケット50(第3カプセル化パケット50−3)を受信する。この時点でのアクションは『第3端末12−3に向けて出力』となる。第3OpenFlowスイッチ11−3が受信したカプセル化パケット50(第3カプセル化パケット50−3)に含まれる登録フローエントリ52の個数は、1である。従って、受信したカプセル化パケット50の中から通常パケット41を取り出し、その通常パケット41に格納済アクションを適用する。上述のように、この時点でのアクションは『第3端末12−3に向けて出力』であるから、その通常パケット41は、第3端末12−3に送信される。
以上のようにフローの最初の通常パケット41は中継され、最終的に宛先の第3端末12−3に届けられる。最終的には、第1OpenFlowスイッチ11−1〜第3OpenFlowスイッチ11−3のフローテーブル23の内容は、図5の(b)のようになる。
同じフローに属する後続の通常パケット41は、OpenFlowコントローラ10を経由することなく、第1OpenFlowスイッチ11−1、第2OpenFlowスイッチ11−2、第3OpenFlowスイッチ11−3を順に通って宛先に転送される。このように動作する理由は、これらのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23には通常パケット41に合致するマッチ条件31がこの時点では登録されており、図8のフローチャートにおいてステップS103の判定結果が真となってステップS105に分岐し、合致したマッチ条件31に対応するアクション32が通常パケット41に適用されるからである。
なお、図8のフローチャートにおいて、ステップS102とステップS103の実行は順不同である。上述の動作説明とは逆に、ステップS102よりもステップS103を先に実行しても差し支えない。
[第2実施形態]
以下に、図面を参照して本発明の第2実施形態について説明を行う。以下に述べる第2実施形態のOpenFlow通信システムは、受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかの判定をOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23を参照して実行する。
以下に、図面を参照して本発明の第2実施形態について説明を行う。以下に述べる第2実施形態のOpenFlow通信システムは、受信したパケット40が、通常パケット41であるかカプセル化パケット50であるかの判定をOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23を参照して実行する。
図14は、第2実施形態のOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23に保持されるフローエントリ30の構成を例示するブロック図である。第2実施形態では、図14のフローエントリ30をあらかじめ全てのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23に登録しておく。
図15は、第2実施形態のOpenFlow通信システムの動作を例示するフローチャートである。第2実施形態の動作は、第1実施形態の動作と異なり、通常パケット41とカプセル化パケット50とを判別するステップを、フローテーブル23のフローエントリ30に基づいて実行している。以下では、OpenFlowコントローラ10から供給されるカプセル化パケット50が、OpenFlowスイッチ11に入力された場合に対応して、第2実施形態におけるOpenFlowスイッチ11の動作を、図15のフローチャートを用いて説明する。
ステップS101において、OpenFlowスイッチ11は、入力ポート20を介して供給されたパケット40(この場合におけるカプセル化パケット50)を受信する。ステップS103において、その通常パケット41に合致するマッチ条件31がフローテーブル23の中に存在するかを調べる。前述のように、全てのOpenFlowスイッチ11のフローテーブル23には、図14のフローエントリ30が登録されている。また、受信したパケット40は、カプセル化パケット50である。したがって、フローテーブル23の検索は成功し、処理はステップS107に進む。
ステップS107において、合致したマッチ条件31に対応するアクション32を読み出す。そのアクション32は『カプセル化パケット50として処理』になる。ゆえに、ステップS107の判定結果はYes(真)となり、そのパケット40はカプセル化パケット50として処理される。以降の処理は、第1の実施例のものと同様である。
以上、本願発明の実施の形態を具体的に説明した。本願発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。当業者は上記実施例の様々な変形を容易に実施することができる。したがって、本発明は上記実施例に限定されることはなく、請求項やその均等物によって参酌される最も広い範囲で解釈される。また、この出願は、2009年3月9日に出願された日本出願特願2009−055739を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (14)
- ネットワークに接続され、パケットの転送処理を行う1つ以上のスイッチと、
前記スイッチを制御するコントローラと
を具備し、
前記パケットは、前記ネットワークの端末間で送受信される通常パケットと、前記コントローラから供給されるカプセル化パケットとを含み、
前記スイッチは、
複数のフローエントリを保持することが可能なフローテーブルと、
前記フローエントリに従って前記パケットの転送を制御するローカル管理部と
を備え、
前記複数のフローエントリの各々は、
前記パケットの通信フローを識別するためのマッチ条件と、前記パケットに対する処理を示すアクションとを含み、
前記コントローラは、
前記通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される1つ以上の登録用フローエントリを生成し、
1つ以上の前記登録用フローエントリと前記通常パケットとを関連付けて前記カプセル化パケットを生成し、
前記カプセル化パケットを前記通過スイッチの内の1つに送信し、
前記通過スイッチは、
前記カプセル化パケットの受信に応答して、前記登録用フローエントリを前記カプセル化パケットの中から1つ抽出して新規フローエントリとして前記通過スイッチの前記フローテーブルに格納し、
前記新規フローエントリに示されているアクションを、前記カプセル化パケットに対して実行する
通信システム。 - 請求項1に記載の通信システムにおいて、
前記スイッチは、
前記通常パケットの受信に応答して前記フローテーブルを参照し、
受信した前記通常パケットの通信フローに合致するマッチ条件を含むフローエントリが、前記フローテーブルに登録されていないとき、前記通常パケットを前記コントローラに供給する
通信システム。 - 請求項2に記載の通信システムにおいて、
前記コントローラは、
前記通常パケットの受信に応答して、前記通常パケットが転送されるネットワーク上の経路を特定し、
特定した前記経路上にある1つ以上の前記通過スイッチの位置に基づいて1つ以上の前記登録用フローエントリを生成したのち、1つ以上の前記登録用フローエントリを含む前記カプセル化パケットを形成し、
前記通常パケットを供給した前記スイッチを第1通過スイッチとして、前記第1通過スイッチに前記カプセル化パケットを供給する
通信システム。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の通信システムにおいて、
前記通過スイッチは、
前記カプセル化パケットに、前記登録用フローエントリが2個以上含まれているとき、前記登録用フローエントリが1つ抽出されたあとの前記カプセル化パケットを、前記経路上の次の通過スイッチに送信し、
前記カプセル化パケットに、1個の前記登録用フローエントリが含まれているとき、前記カプセル化パケットに含まれる前記通常パケットを、宛先の前記端末に送信する
通信システム。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の通信システムにおいて、
前記通過スイッチは、
前記通常パケットの受信に応答して前記フローテーブルを参照し、受信した前記通常パケットの通信フローに合致するマッチ条件を含むフローエントリが、前記フローテーブルに登録されているとき、登録されている前記フローエントリのアクションに従って前記通常パケットに対する処理を実行する
通信システム。 - (a)ネットワークの端末間で送受信される通常パケット、または、コントローラから供給されるカプセル化パケットの転送処理を行うパケット転送処理ステップと、
(b)前記カプセル化パケットを供給するカプセル化パケット供給ステップと
を具備し、
前記パケット転送処理ステップは、
(a−1)スイッチに備えられたフローテーブルに保持されているフローエントリを読み出すステップと、
(a−2)読み出した前記フローエントリに示される前記通常パケットまたは前記カプセル化パケットの通信フローを識別するためのマッチ条件と、前記通常パケットまたは前記カプセル化パケットに対する処理を示すアクションとを特定するステップと、
(a−3)前記フローエントリに従って前記通常パケットまたは前記カプセル化パケットの転送を制御するステップと
を含み、
前記カプセル化パケット供給ステップは、
(b−1)前記通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される1つ以上の登録用フローエントリを生成するステップと、
(b−2)1つ以上の前記登録用フローエントリと前記通常パケットとを関連付けて前記カプセル化パケットを生成するステップと、
(b−3)前記カプセル化パケットを前記通過スイッチの内の1つに送信に送信するステップと
を含み、
前記(a−1)ステップは、
前記通過スイッチが、前記カプセル化パケットを受信したときに、前記登録用フローエントリを前記カプセル化パケットの中から1つ抽出するステップと
抽出した前記登録用フローエントリを新規フローエントリとして前記通過スイッチの前記フローテーブルに格納するステップと
を含み、
前記(a−2)ステップは、
前記新規フローエントリに示されているアクションを、前記カプセル化パケットに対して実行するステップ
を含む
通信方法。 - 請求項6に記載の通信方法において、
前記(a−1)ステップは、
前記通常パケットの受信に応答して前記フローテーブルを参照するステップと、
受信した前記通常パケットの通信フローに合致するマッチ条件を含むフローエントリが、前記フローテーブルに登録されていないとき、前記通常パケットを前記コントローラに供給するステップと
を含む
通信方法。 - 請求項7に記載の通信方法において、
前記(b−1)ステップは、
前記コントローラが前記通常パケットの受信に応答して、前記通常パケットが転送されるネットワーク上の経路を特定するステップと、
特定した前記経路上にある前記通過スイッチの位置に基づいて1つ以上の前記登録用フローエントリを生成したのち、1つ以上の前記登録用フローエントリを含む前記カプセル化パケットを形成するステップ
を含み、
前記(b−2)ステップは
前記通常パケットを供給した前記スイッチを第1通過スイッチとして、前記第1通過スイッチに前記カプセル化パケットを供給するステップを含む
通信方法。 - 請求項6から8のいずれか1項に記載の通信方法において、
前記パケット転送処理ステップは、さらに、
(a−4)前記カプセル化パケットに、前記登録用フローエントリが2個以上含まれているとき、前記登録用フローエントリが1つ抽出されたあとの前記カプセル化パケットを、前記経路上の次の通過スイッチに送信するステップと、
(a−5)前記カプセル化パケットに、1個の前記登録用フローエントリが含まれているとき、前記カプセル化パケットに含まれる前記通常パケットを、宛先の端末に送信するステップと
を含む
通信方法。 - 請求項6から9のいずれか1項に記載の通信方法において、
前記パケット転送処理ステップは、さらに、
(a−6)前記通常パケットの受信に応答して前記フローテーブルを参照し、受信した前記通常パケットの通信フローに合致するマッチ条件を含むフローエントリが、前記フローテーブルに登録されているとき、登録されている前記フローエントリのアクションに従って前記通常パケットに対する処理を実行するステップを含む
通信方法。 - コンピュータを、パケットの転送処理を行うスイッチとして機能させるための手順を示すスイッチプログラムであって、前記パケットは、ネットワークの端末間で送受信される通常パケットまたはコントローラから供給されるカプセル化パケットとを含み、
(a)前記通常パケットの通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される登録用フローエントリと前記通常パケットとが関連付けられた前記カプセル化パケットを受信するステップと、
(b)前記通過スイッチが、前記カプセル化パケットを受信したときに、前記登録用フローエントリを前記カプセル化パケットの中から1つ抽出するステップと、
(c)抽出した前記登録用フローエントリを新規フローエントリとして前記通過スイッチの前記フローテーブルに格納するステップと、
(d)前記新規フローエントリに示される、前記通常パケットまたは前記カプセル化パケットに対する処理を示すアクションを特定するステップと、
(e)特定した前記アクションに従って前記通常パケットまたは前記カプセル化パケットの転送を制御するステップと
を具備し、
前記(e)ステップは、
前記新規フローエントリに示されているアクションを、前記カプセル化パケットに対して実行するステップ
を含む
スイッチプログラム。 - 請求項11に記載のスイッチプログラムにおいて、さらに、
(f)前記通常パケットの受信に応答して前記フローテーブルを参照するステップと、
(g)受信した前記通常パケットの通信フローに合致するマッチ条件を含むフローエントリが、前記フローテーブルに登録されていないとき、前記通常パケットを前記コントローラに供給するステップと
を含む
スイッチプログラム。 - 請求項12に記載のスイッチプログラムにおいて、さらに、
(h)前記カプセル化パケットに、前記登録用フローエントリが2個以上含まれているとき、前記登録用フローエントリが1つ抽出されたあとの前記カプセル化パケットを、前記経路上の次の通過スイッチに送信するステップと、
(i)前記カプセル化パケットに、1個の前記登録用フローエントリが含まれているとき、前記カプセル化パケットに含まれる前記通常パケットを、宛先の端末に送信するステップと
を含む
スイッチプログラム。 - コンピュータを、パケットの転送処理を行うコントローラとして機能させるための手順を示すコントローラプログラムであって、前記パケットは、ネットワークの端末間で送受信される通常パケットまたは前記コントローラから供給されるカプセル化パケットとを含み、
(a)通信フローの経路上に存在する1つ以上の通過スイッチのフローテーブルに格納される1つ以上の登録用フローエントリを生成するステップと、
(b)1つ以上の前記登録用フローエントリと前記通常パケットとを関連付けて前記カプセル化パケットを生成するステップと、
(c)前記カプセル化パケットを前記通過スイッチの内の1つに送信するステップと
を具備し、
前記(a)ステップは、
前記コントローラが前記通常パケットの受信に応答して、前記通常パケットが転送されるネットワーク上の経路を特定するステップと、
特定した前記経路上にある前記通過スイッチの位置に基づいて1つ以上の前記登録用フローエントリを生成したのち、1つ以上の前記登録用フローエントリを含む前記カプセル化パケットを形成するステップ
を含み、
前記(b)ステップは
前記通常パケットを供給した前記スイッチを第1通過スイッチとして、前記第1通過スイッチに前記カプセル化パケットを供給するステップを含む
コントローラプログラム。
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