JP5641444B2 - ネットワークシステム、及びネットワーク冗長化方法 - Google Patents
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Description
フローエントリ22は、マッチフィールド51と、プライオリティ52と、アクション53を情報として保持する。
パケットは、MACヘッダ61と、IPヘッダ62と、TCP(Transmission Control Protocol)ヘッダ63と、暗号化された制御メッセージ64をヘッダ情報として保持する。この制御メッセージ64の例として、オープンフロープロトコルメッセージ(OpenFlow Protocol Message)の1つであり、コントローラからスイッチのフローテーブルにエントリを登録するための「FlowMod」メッセージ等が考えられる。
以下に、本発明の第1実施形態について添付図面を参照して説明する。
図6A、図6Bに示すように、本発明のネットワークシステムは、アウトオブバンド制御サーバ100と、スイッチ200と、インバンド制御サーバ300を含む。
アウトオブバンド制御サーバ100、及びインバンド制御サーバ300の例として、PC(パソコン)、アプライアンス(appliance)、ワークステーション、メインフレーム、スーパーコンピュータ等の計算機を想定している。アウトオブバンド制御サーバ100、及びインバンド制御サーバ300は、基本的に同じ構成であると望ましい。
アウトオブバンド制御サーバ100は、スイッチ情報管理部110に、アウトオブバンド配下スイッチ情報111として、事前に自分が管理しているスイッチの情報(スイッチID等)を登録する。更に、アウトオブバンド制御サーバ100は、ネットワーク上にある他の制御サーバの情報を登録する。アウトオブバンド制御サーバ100は、冗長制御サーバ管理部120を利用し、他の制御サーバに、インバンド制御サーバ300としてサービスを提供することが可能かを問い合わせる。アウトオブバンド制御サーバ100は、他の制御サーバからサービス提供可能の通知がある場合、その相手(他の制御サーバ)から受信した証明書を利用し、当該他の制御サーバをインバンド制御サーバ300として、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の暗号化通信経路を確立する。更に、アウトオブバンド制御サーバ100は、制御メッセージ処理部140を利用し、経路情報150に基づいて、フローエントリ登録等に関する制御メッセージを生成し、制御チャンネル接続部130を経由して、制御メッセージをスイッチ200に送信する。
スイッチ情報管理部110は、アウトオブバンド配下スイッチ情報111と、インバンド配下スイッチ情報112を持つ。アウトオブバンド配下スイッチ情報111は、スイッチID1111、1112と、証明書・公開鍵1113を含む。インバンド配下スイッチ情報112は、スイッチID1121、1122と、サーバ・サーバ間の共通鍵1123を含む。
制御サーバ情報管理部210は、アウトオブバンド制御サーバの情報211と、インバンド制御サーバの情報212を持つ。アウトオブバンド制御サーバの情報211は、制御サーバのMACアドレス2111と、制御サーバのIPアドレス2112と、制御サーバのTCPポート番号2113と、サーバ・スイッチ間の共通鍵2114を含む。インバンド制御サーバの情報212は、制御サーバのMACアドレス2121と、制御サーバのIPアドレス2122と、制御サーバのTCPポート番号2123と、サーバ・スイッチ間の共通鍵2124を含む。
図11は、アウトオブバンド制御サーバ100側の動作を示す。
アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300を選択する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、選択したインバンド制御サーバ300への接続を要求する。ここでは、アウトオブバンド制御サーバ100は、選択したインバンド制御サーバ300に、冗長制御サーバとしてのサービス提供を依頼する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300から許可の応答があるか確認する。ここでは、アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300から証明書を受信した場合、インバンド制御サーバ300から許可の応答があったと判断する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300から許可の応答がなかった場合(ステップS103でNo)、他のインバンド制御サーバ300を選択し、改めて、選択したインバンド制御サーバ300への接続を要求する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300から許可の応答があった場合(ステップS103でYes)、インバンド制御サーバ300からの証明書を利用して、共通鍵を作成し、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の暗号化通信経路を確立する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、インバンド制御サーバ300に、配下のスイッチの情報(スイッチID)と、作成した共通鍵を通知する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、当該インバンド制御サーバ300の情報を配下のスイッチ200に通知する。
アウトオブバンド制御サーバ100は、スイッチ200のフローテーブル260に、制御メッセージ用フローエントリ261を登録する。
図12は、インバンド制御サーバ300側の動作を示す。
インバンド制御サーバ300は、他の制御サーバからインバンド制御サーバ300としての接続要求を受信する。ここでは、要求元の制御サーバは、アウトオブバンド制御サーバ100とする。インバンド制御サーバ300は、アウトオブバンド制御サーバ100から、冗長制御サーバとしてのサービス提供依頼を受信する。
インバンド制御サーバ300は、要求元の制御サーバに対し、インバンド制御サーバ300として接続許可するかどうかを判断する。
インバンド制御サーバ300は、要求元の制御サーバに対し、インバンド制御サーバ300として接続許可しない場合、要求元の制御サーバに接続拒否を通知する。
インバンド制御サーバ300は、要求元の制御サーバに対し、インバンド制御サーバ300として接続許可する場合、要求元の制御サーバに接続許可を通知し、証明書を送信する。
インバンド制御サーバ300は、要求元の制御サーバから共通鍵を受信し、暗号化通信経路とサーバ・サーバ間の通信経路を確立する。ここでは、インバンド制御サーバ300は、アウトオブバンド制御サーバ100から、アウトオブバンド制御サーバ100で作成された共通鍵を受信し、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の暗号化通信経路を確立する。
また、インバンド制御サーバ300は、相手の制御サーバから受信したスイッチの情報を保存する。ここでは、インバンド制御サーバ300は、アウトオブバンド制御サーバ100から、配下のスイッチ200を示すスイッチIDを受信し、管理する。なお、インバンド制御サーバ300は、共通鍵とスイッチの情報(スイッチID)を同じタイミングで受信するようにしても良い。
図13は、スイッチ200が既知のアウトオブバンド制御サーバ100に対して、TCPセッションを確認し、サーバから受信した証明書を利用して、公開鍵を生成し、暗号化通信経路とアウトオブバンド制御チャンネルを確立する際の動作を示す。
スイッチ200は、既知のアウトオブバンド制御サーバ100に対して、TCPセッションを確立する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から証明書を受信し、アウトオブバンド制御サーバ100とスイッチ200間の共通鍵を作成する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100とスイッチ200間の暗号化通信経路を確立する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100に接続要求を送信する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御チャンネルを確立することができるか確認する。ここでは、スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から、接続許可の応答があれば、アウトオブバンド制御チャンネルを確立することができると判断する。スイッチ200は、アウトオブバンド制御チャンネルを確立することができない場合、最初からやり直す。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御チャンネルを確立することができる場合、アウトオブバンド制御サーバ100とスイッチ200間のアウトオブバンド制御チャンネルを確立する。
図14は、スイッチ200がアウトオブバンド制御チャンネルを確立した後、インバンド制御チャンネルを確立する際の動作を示す。
スイッチ200は、スイッチ200とアウトオブバンド制御サーバ間に、アウトオブバンド制御チャンネルを確立する。この手順については、図13に示す。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御チャンネルが確立した後、アウトオブバンド制御サーバ100に、インバンド制御サーバ300の情報と、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵を要求する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から、候補のインバンド制御サーバ300の情報を受信する。
スイッチ200は、その候補のインバンド制御サーバ300に対し、自分のスイッチIDと、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵を送信し、インバンド制御サーバ300に接続要求する。
スイッチ200は、インバンド制御サーバ300への接続が許可されたか確認する。ここでは、スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から接続許可の応答を受信した場合、インバンド制御サーバ300への接続が許可されたと判断する。
スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から接続許可の応答を受信しなかった場合(ステップS405でNo)、アウトオブバンド制御サーバ100に「インバンド制御チャンネル確立不可」の旨を通知し、改めて、他のインバンド制御サーバ300の情報を要求する。
スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から接続許可の応答を受信した場合(ステップS405でYes)、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間の暗号化通信経路を確立する。ここでは、スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から、接続許可の応答として証明書を受信し、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間の共通鍵を作成し、作成された共通鍵により、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間の暗号化通信経路を確立する。
スイッチ200は、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間のインバンド制御チャンネルを確立する。
図15は、インバンド制御サーバ300のスイッチ200の情報の登録の際の動作を示す。
インバンド制御サーバ300は、配下のスイッチ200からインバンド制御チャンネル確立の要求を受信する。
インバンド制御サーバ300は、スイッチ200から要求を受信した際、スイッチ情報管理部310に、スイッチ200の情報が登録されているか確認する。ここで、以前、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300の間に、スイッチ200の情報(スイッチID)を交換しているため、そのスイッチ200の情報(スイッチID)と、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵を参照して、スイッチ200の情報(スイッチID)の登録を受け入れるかを判断する。
インバンド制御サーバ300は、スイッチ200の情報(スイッチID)が登録されていない場合(ステップS502でNo)、スイッチ200に対して、接続拒否を通知する。
インバンド制御サーバ300は、スイッチ200の情報(スイッチID)が登録されている場合(ステップS502でYes)、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵が正しいか確認する。
インバンド制御サーバ300は、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵が正しくない場合(ステップS504でNo)、スイッチ200に対して、接続拒否を通知する。
インバンド制御サーバ300は、アウトオブバンド制御サーバ100とインバンド制御サーバ300間の共通鍵が正しい場合(ステップS504でYes)、スイッチ200に対して、接続許可を通知し、証明書を送付する。
インバンド制御サーバ300は、証明書の送付に対する応答として、スイッチ200からスイッチ200とインバンド制御サーバ300間の共通鍵を受信し、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間の共通鍵により、暗号化通信経路を確立する。
インバンド制御サーバ300は、スイッチ200とインバンド制御サーバ300間のインバンド制御チャンネルを確立する。
図16A、図16Bは、スイッチ200が、アウトオブバンド制御サーバ100からインバンド制御サーバ300への切り替え、或いはインバンド制御サーバ300からアウトオブバンド制御サーバ100への切り替えを行う際の動作を示す。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100及びインバンド制御サーバ300の各々と接続した後、主にアウトオブバンド制御サーバ100から制御メッセージを受信する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100に対し、定期的に、状態監視用メッセージを送信する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から状態監視用メッセージに対する応答があるか確認する。スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から応答がある場合(ステップS603でYes)、アウトオブバンド制御サーバ100から状態監視に関する制御メッセージを受信する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から応答がない場合(ステップS603でNo)、アウトオブバンド制御サーバ100が異常状態であると判断し、インバンド制御サーバ300を選択し、選択したインバンド制御サーバ300への切り替えを準備する。
スイッチ200は、インバンド制御サーバ300に対し、切り替え通知を送信し、接続開始を要求し、インバンド制御サーバ300へ接続する。
スイッチ200は、インバンド制御サーバ300へ接続した時点で、インバンド制御サーバ300から制御メッセージを受信することになる。スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から制御メッセージを受信する。
なお、インバンド制御サーバ300に接続中のスイッチ200でも、定期的に、アウトオブバンド制御サーバ100に対し、状態監視用メッセージを送信する。
スイッチ200は、状態監視用メッセージに対し、アウトオブバンド制御サーバ100から応答があるか確認する。スイッチ200は、応答の有無により、アウトオブバンド制御サーバ100の状態を確認し、アウトオブバンド制御サーバ100が復旧したかを確認する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から応答があり、復旧したことが確認できた場合(ステップS608のYes)、スイッチ200は即時にアウトオブバンド制御サーバ100に切り戻し、アウトオブバンド制御サーバ100から制御メッセージを受信する。
スイッチ200は、アウトオブバンド制御サーバ100から応答がなく、復旧したことが確認できない場合(ステップS608のNo)、インバンド制御サーバ300に対し、状態監視用メッセージを送信する。
スイッチ200は、状態監視用メッセージに対し、インバンド制御サーバ300から応答があるか確認する。スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から応答がある場合(ステップS611でYes)、インバンド制御サーバ300から状態監視に関する制御メッセージを受信する。また、スイッチ200は、インバンド制御サーバ300から応答がない場合(ステップS611でNo)、インバンド制御サーバ300が異常状態だと判断し、他のインバンド制御サーバ300を選択し、選択したインバンド制御サーバ300への切り替えを準備する。
図17は、インバンド制御サーバ300宛に、スイッチ200上に登録される制御メッセージ用フローエントリのマッチングの仕組みを示す。
アウトオブバンド制御サーバ100は、スイッチ200に対し、インバンド制御サーバ300の情報を送信し、インバンド制御サーバ300へのフローエントリを登録する。その登録されたフローエントリは、制御メッセージ用フローエントリとなる。スイッチ200は、インバンド制御サーバ300への制御メッセージを生成し、制御メッセージのパケットを送信する。
スイッチ200は、その制御メッセージのパケットのヘッダから抽出した検索キーを利用し、高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチングを行う。
スイッチ200は、制御メッセージのパケットのヘッダから抽出した検索キーが、高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチするか確認する。
スイッチ200は、マッチした場合(ステップS703でYes)、制御メッセージを、インバンド制御サーバ300へ送信する。
スイッチ200は、マッチしなかった場合(ステップS703でNo)、制御メッセージのパケットのヘッダから抽出した検索キーが、他の制御メッセージ用フローエントリとマッチするか確認する。ここでは、スイッチ200は、制御メッセージのパケットのヘッダから抽出した検索キーを利用し、先にマッチングを行った制御メッセージ用フローエントリの次に高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチングを行う。スイッチ200は、マッチした場合、制御メッセージを、当該制御メッセージ用フローエントリに対応する制御サーバへ送信する。スイッチ200は、制御メッセージのパケットのヘッダから抽出した検索キーとマッチする制御メッセージ用フローエントリが存在しない場合、当該制御メッセージのパケットを破棄しても良い。
図18は、スイッチ200上のフローテーブル上に、パケットと混載している制御メッセージを抽出する制御メッセージ用フローエントリのマッチングの仕組みを示す。
スイッチ200は、パケットを受信する。
スイッチ200は、受信したパケットのヘッダから抽出した検索キーを利用し、高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチングを行う。
スイッチ200は、受信したパケットのヘッダから抽出した検索キーが、高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチするか確認する。
スイッチ200は、マッチしなかった場合(ステップS803でNo)、受信したパケットのヘッダから抽出した検索キーが、他の制御メッセージ用フローエントリとマッチするか確認する。ここでは、スイッチ200は、受信したパケットのヘッダから抽出した検索キーを利用し、先にマッチングを行った制御メッセージ用フローエントリの次に高優先の制御メッセージ用フローエントリとマッチングを行う。スイッチ200は、マッチした場合、制御メッセージを、当該制御メッセージ用フローエントリに対応する制御サーバへ送信する。スイッチ200は、受信したパケットのヘッダから抽出した検索キーとマッチする制御メッセージ用フローエントリが存在しない場合、当該受信したパケットを破棄しても良い。
スイッチ200は、マッチした場合(ステップS803でYes)、そのパケットが制御メッセージであるものと判断し、宛先が自分宛であるか確認する。
スイッチ200は、宛先が自分宛でない場合(ステップS805でNo)、宛先に基づいて、他のスイッチへ制御メッセージを中継する。
スイッチ200は、宛先が自分宛である場合(ステップS805でYes)、自分宛の制御メッセージを、自身の制御メッセージ処理部240に転送する。
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。
スイッチ200は、制御メッセージ処理のプロトコルにおいて、TCPの送信先ポート番号、又は送信元ポートが規定される場合(例えば、TCPポート番号が9999)、制御メッセージ検出用フローエントリを用いて、流れているデータトラフィックから制御メッセージを抽出することができる。
本発明は、パケットを転送するスイッチと経路を決定する制御サーバにおいて、アウトオブバンド制御サーバとインバンド制御サーバによって、制御チャンネルの冗長化を実現するものである。
以上のように、本発明は、パケットを転送するスイッチと、経路情報を決定する制御サーバが分離されたネットワークシステムにおいて、スイッチが制御サーバから経路情報に基づくフローエントリ登録等に関する制御メッセージを受信する場合に、アウトオブバンド制御チャンネルとインバンド制御チャンネルによる制御チャンネルの冗長化を実現する構成にしたことを特徴としている。
本発明の特徴は、アウトオブバンド制御チャンネルとインバンド制御チャンネルによる冗長構成と、アウトオブバンド制御チャンネルからのインバンド制御チャンネルの接続性の確立と、アウトオブバンド制御チャンネルとインバンド制御チャンネルの選択と、アウトオブバンド制御チャンネルとインバンド制御チャンネルの切り替えの方式にある。
Claims (11)
- パケットを転送するスイッチと、
前記スイッチに対し、アウトオブバンド制御チャンネルを経由して制御メッセージを送信し、経路情報を決定するアウトオブバンド制御サーバと、
前記スイッチに対し、インバンド制御チャンネルを経由して制御メッセージを送信し、経路情報を決定するインバンド制御サーバと
を含み、
前記スイッチは、前記アウトオブバンド制御チャンネル及び前記インバンド制御チャンネルのうち、アクティブの制御チャンネルから、スタンバイの制御チャンネルに切り替えることを特徴とする
ネットワークシステム。 - 請求項1に記載のネットワークシステムであって、
前記アウトオブバンド制御サーバは、
前記スイッチとの間で前記アウトオブバンド制御チャンネルを確立する手段と、
前記スイッチと前記インバンド制御サーバとの間の前記インバンド制御チャンネル用の経路情報を設定する手段と
を具備する
ネットワークシステム。 - 請求項1又は2に記載のネットワークシステムであって、
前記スイッチは、
前記アウトオブバンド制御チャンネルと前記インバンド制御チャンネルとの双方の制御チャンネルの障害を監視する手段を更に備え、
前記スイッチは、
障害発生時に、前記アウトオブバンド制御チャンネル及び前記インバンド制御チャンネルのうち、アクティブの制御チャンネルから、スタンバイの制御チャンネルに切り替える
ネットワークシステム。 - 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、スイッチ、アウトオブバンド制御サーバ、並びにインバンド制御サーバのうち少なくとも1つとして使用される計算機。
- スイッチにより、パケットを転送することと、
アウトオブバンド制御サーバから前記スイッチに対し、アウトオブバンド制御チャンネルを経由して制御メッセージを送信し、経路情報を決定することと、
インバンド制御サーバから前記スイッチに対し、インバンド制御チャンネルを経由して制御メッセージを送信し、経路情報を決定することと、
前記スイッチにより、前記アウトオブバンド制御チャンネル及び前記インバンド制御チャンネルのうち、アクティブの制御チャンネルから、スタンバイの制御チャンネルに切り替えることと
を含む
ネットワーク冗長化方法。 - 請求項5に記載のネットワーク冗長化方法であって、
前記アウトオブバンド制御サーバにより、前記スイッチとの間で前記アウトオブバンド制御チャンネルを確立することと、
前記アウトオブバンド制御サーバにより、前記スイッチと前記インバンド制御サーバとの間の前記インバンド制御チャンネル用の経路情報を設定することと
を含む
ネットワーク冗長化方法。 - 請求項5又は6に記載のネットワーク冗長化方法であって、
前記スイッチにより、前記アウトオブバンド制御チャンネルと前記インバンド制御チャンネルとの双方の制御チャンネルの障害を監視することと、
前記スイッチにより、障害発生時に、前記アウトオブバンド制御チャンネル及び前記インバンド制御チャンネルのうち、アクティブの制御チャンネルから、スタンバイの制御チャンネルに切り替えることと
を更に含む
ネットワーク冗長化方法。 - 請求項5乃至7のいずれか一項に記載のネットワーク冗長化方法を、スイッチ、アウトオブバンド制御サーバ、及びインバンド制御サーバの各々として機能する計算機に実行させるためのプログラムを記憶した記憶媒体。
- パケットを転送するスイッチであって、
アウトオブバンド制御サーバとの間で第一の制御メッセージを交換するためのアウトオブバンド制御チャンネルを確立する第一の手段と、
インバンド制御サーバとの間で第二の制御メッセージを交換するためのインバンド制御チャンネルを確立する第二の手段とを含み、
前記第一の手段は、前記アウトオブバンド制御サーバから、前記アウトオブバンド制御チャンネルを介して、前記インバンド制御チャンネルを確立するための制御情報を受信し、
前記第二の手段は、前記制御情報に応じて、前記第二の制御メッセージを特定することを特徴とする
スイッチ。 - インバンド制御サーバとの間で第一の制御メッセージを交換するためのインバンド制御チャンネルを確立することが可能なスイッチとの間に、第二の制御メッセージを交換するためのアウトオブバンド制御チャンネルを確立する手段を含み、
前記インバンド制御チャンネルを確立し、前記第二の制御メッセージを特定するための制御情報を、前記アウトオブバンド制御チャンネルを介して前記スイッチに送信することを特徴とする
制御サーバ。 - アウトオブバンド制御サーバとの間で第一の制御メッセージを交換するためのアウトオブバンド制御チャンネルを確立することが可能なスイッチとの間に、第二の制御メッセージを交換するためのインバンド制御チャンネルを確立する手段を含み、
前記アウトオブバンド制御チャンネルを介して、前記第二の制御メッセージを特定するための制御情報を受信した前記スイッチからの要求に応じて、前記インバンド制御チャンネルを確立することを特徴とする
制御サーバ。
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