JP5641455B2 - ネットワークシステム、コントローラ、及びQoS制御方法 - Google Patents
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Description
本発明に係るネットワークシステムでは、外部のコントローラ(コントロールプレーン)からスイッチや端末等(ユーザプレーン)を制御するCU(C:コントロールプレーン/U:ユーザプレーン)分離型ネットワークを対象としている。CU分離型ネットワークの一例として、コントローラからスイッチを制御してネットワークの経路制御を行うオープンフロー(OpenFlow)技術を利用したオープンフローネットワークが挙げられる。なお、オープンフローネットワークは一例に過ぎない。
オープンフローネットワークでは、OFC(OpenFlow Controller)等のコントローラが、OFS(OpenFlow Switch)等のスイッチのフローテーブルを操作することによりスイッチの挙動を制御する。コントローラとスイッチの間は、コントローラがオープンフロープロトコルに準拠した制御メッセージを用いてスイッチを制御するためのセキュアチャネル(Secure Channel)により接続されている。
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1に示すように、本発明に係るネットワークシステムは、ユーザ端末10と、スイッチ20(20−i、i=1〜n)と、コントローラ30と、サーバ40とを含む。
ユーザ端末10、コントローラ30、及びサーバ40の例として、PC(パソコン)、アプライアンス(appliance)、シンクライアント端末/サーバ、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。また、ユーザ端末10、コントローラ30、及びサーバ40は、計算機に搭載される拡張ボードや、物理マシン上に構築された仮想マシン(VM:Virtual Machine)でも良い。
コントローラ30は、ユーザ情報記憶部31と、QoSポリシー記憶部32と、トポロジ情報記憶部33と、フローテーブル記憶部34と、ユーザ認証部35と、QoS制御部36と、経路計算部(経路制御部)37と、フローテーブル生成部38と、スイッチ制御部39とを備えている。
次に、図6を参照して、本実施形態におけるQoS制御について詳細に説明する。
ユーザ端末10は、ネットワークに接続すると、パケットを送信する。スイッチ20(20−i、i=1〜n)は、パケットを受信した際、受信パケットのヘッダ情報をキーにフローテーブル記憶部34を検索し、フローテーブルに該当するエントリが登録されていなければ、コントローラ30のスイッチ制御部39に、受信パケットを通知する。
スイッチ制御部39は、通知を受け取ると、QoS制御部36にパケットを渡す。QoS制御部36は、入力されたパケットを保持し、送信元IPアドレスをキーにQoSポリシー記憶部32を検索する。
QoS制御部36は、QoSポリシー記憶部32の検索で、該当するIPアドレスが存在するか確認する。QoS制御部36は、QoSポリシー記憶部32の検索で該当するIPアドレスが存在する場合、当該IPアドレスに対応付けられたQoSポリシーを特定し、保持していたパケットを経路計算部37へ渡す。また、QoSポリシー記憶部32の検索で該当するIPアドレスが存在しない場合、ユーザ未認証であるため、ユーザ認証部35へ通知する。
ユーザ認証部35は、認証情報(ユーザ名とパスワード等)をユーザ端末10へ要求し、その応答により認証を行い、ユーザ情報記憶部31を検索し、QoSポリシーを決定してQoS制御部36へ通知する。
QoS制御部36は、入力されたQoSポリシーと保持していたパケットの送信元IPアドレスを対応付けてQoSポリシー記憶部32へ記録して、保持していたパケットとQoSポリシーを経路計算部37へ渡す。
経路計算部37は、入力されたパケットとQoSポリシーを基にトポロジ情報記憶部33を検索し、例えば、優先度の高いフローが契約帯域の高いIPネットワーク41を経由するよう経路を決定して、パケットとQoSポリシーと経路情報をフローテーブル生成部38へ通知する。
フローテーブル生成部38は、入力されたパケットとQoSポリシーと経路情報から、ネットワークA及びBへの送信方向のスイッチ20(20−i、i=1〜n)のフローテーブルのヘッダ情報と送信ポートと送信キューと書き換えるDSCP値を決定する。
スイッチ制御部39は、入力されたフローテーブルを経路上のスイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々にそれぞれ登録する。
本実施形態では、ユーザのQoSポリシーに見合ったネットワークを経由するように、コントローラで経路を決定することができるため、通信経路の間に複数の外部ネットワークが存在する場合でも、ユーザ単位のQoS制御を行うことができる。
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。
コントローラ30は、QoSポリシー記憶部32と、トポロジ情報記憶部33と、フローテーブル記憶部34と、QoS制御部36と、経路計算部37と、フローテーブル生成部38と、スイッチ制御部39とを備える。
認証サーバ50は、ユーザ情報記憶部51と、ユーザ認証部55を備える。
図8を参照して、本実施形態のQoS制御処理について詳細に説明する。
ユーザ端末10は、ネットワークに接続すると、パケットを送信する。スイッチ20(20−i、i=1〜n)は、パケットを受信した際、受信パケットのヘッダ情報をキーにフローテーブル記憶部34を検索し、フローテーブルに該当するエントリが登録されていなければ、コントローラ30のスイッチ制御部39に、受信パケットを通知する。
スイッチ制御部39は、通知を受け取ると、QoS制御部36にパケットを渡す。QoS制御部36は、入力されたパケットを保持し、送信元IPアドレスをキーにQoSポリシー記憶部32を検索する。
QoS制御部36は、QoSポリシー記憶部32の検索で、該当するIPアドレスが存在するか確認する。QoS制御部36は、QoSポリシー記憶部32の検索で該当するIPアドレスが存在する場合、当該IPアドレスに対応付けられたQoSポリシーを特定し、保持していたパケットを経路計算部37へ渡す。また、QoSポリシー記憶部32の検索で該当するIPアドレスが存在しない場合、ユーザ未認証であるため、認証サーバ50のユーザ認証部55へ通知する。
ユーザ認証部55は、認証情報(ユーザ名とパスワード等)をユーザ端末10へ要求し、その応答により認証を行い、ユーザ情報記憶部51を検索し、ベンダ固有属性からQoSポリシーを決定してコントローラ30のQoS制御部36へ通知する。
QoS制御部36は、入力されたQoSポリシーと保持していたパケットの送信元IPアドレスを対応付けてQoSポリシー記憶部32へ記録して、保持していたパケットと当該QoSポリシーを経路計算部37へ渡す。
経路計算部37は、入力されたパケットとQoSポリシーを基にトポロジ情報記憶部33を検索し、例えば、優先度の高いフローが契約帯域の高いIPネットワーク41を経由するよう経路を決定して、パケットとQoSポリシーと経路情報をフローテーブル生成部38へ通知する。
フローテーブル生成部38は、入力されたパケットとQoSポリシーと経路情報から、ネットワークA及びBへの送信方向のスイッチ20(20−i、i=1〜n)のフローテーブルのヘッダ情報と送信ポートと送信キューと書き換えるDSCP値を決定する。
スイッチ制御部39は、入力されたフローテーブルを経路上のスイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々にそれぞれ登録する。
本発明の第2実施形態では、コントローラ30のユーザ情報31及びユーザ認証部35を認証サーバ50として独立させているが、実際には、コントローラ30の他の構成要素を外部サーバとして独立させることも可能である。例えば、QoSポリシー記憶部32及びQoS制御部36をQoSサーバとして独立させたり、トポロジ情報記憶部33及び経路計算部37を経路制御サーバとして独立させたりすることも考えられる。
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。例えば、第1実施形態におけるコントローラ30が、自身のユーザ情報31及びユーザ認証部35に該当する情報がない場合に、第2実施形態における認証サーバ50に問い合わせるようにすることも可能である。また、第1実施形態におけるコントローラ30と、第2実施形態におけるコントローラ30及び認証サーバ50とは、互いに置換可能である。
以上のように、本発明では、ユーザ端末からサーバへ通信を行うと、ファーストパケットをスイッチが受信して外部のコントローラに通知を行い、コントローラのユーザ認証部が該当ユーザに対するフローのQoSポリシーを決定する。
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のように記載することも可能である。但し、実際には、以下の記載例に限定されない。
複数の外部ネットワークに接続され、パケット受信時に、フローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリが設定されたフローエントリを検索して、エントリに定義されたルールに適合する受信パケットに対して、エントリに定義された動作を行う機能を持つスイッチと、
スイッチからパケットの問い合わせを受け、該パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを、スイッチのフローテーブルに設定する機能を持つコントローラと
を含み、
コントローラは、
スイッチから問い合わせを受けたパケットに該当するQoSポリシーを特定する機能を持つQoS制御部と、
ネットワークの接続状態を表すトポロジ情報とQoSポリシーから、該QoSポリシーに見合った外部ネットワークを選択し、最適な経路を算出する機能を持つ経路計算部と、
該パケットと経路情報とQoSポリシーから、経路上のスイッチの送信ポートとキューを決定し、フローテーブルのエントリを生成する機能を持つフローテーブル生成部と、
経路上のスイッチのフローテーブルに該エントリを設定する機能を持つスイッチ制御部と
を具備する
ネットワークシステム。
付記1に記載のネットワークシステムであって、
フローテーブル生成部は、
送信方向のフローテーブルのエントリにルールとして定義されたヘッダ情報、及び、該エントリに動作として定義された送信ポートと送信キュー、を書き換えるDSCP値を決定する機能を持ち、
該DSCP値から、受信方向のフローテーブルのエントリに動作として定義される送信キューを決定する機能を持つ
ネットワークシステム。
付記1又は2に記載のネットワークシステムであって、
コントローラは、
パケットに該当するQoSポリシーが存在しない場合、パケットの送信元に認証情報(ユーザ名とパスワード等)を要求し、該要求に対する応答結果を基に、パケットの送信元に対するQoSポリシーを決定する機能を持つユーザ認証部
を更に具備する
ネットワークシステム。
付記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であって、
コントローラに接続された認証サーバ
を更に含み、
認証サーバは、
パケットに該当するQoSポリシーが存在しない場合、パケットの送信元に認証情報(ユーザ名とパスワード等)を要求し、該要求に対する応答結果を基に、パケットの送信元に対するQoSポリシーを決定する機能を持つユーザ認証部
を具備する
ネットワークシステム。
複数の外部ネットワークに接続されたスイッチから問い合わせを受けたパケットに該当するQoSポリシーを特定する機能を持つQoS制御部と、
ネットワークの接続状態を表すトポロジ情報とQoSポリシーから、該QoSポリシーに見合った外部ネットワークを選択し、最適な経路を算出する機能を持つ経路計算部と、
該パケットと経路情報とQoSポリシーから、経路上のスイッチの送信ポートとキューを決定し、フローテーブルのエントリを生成する機能を持つフローテーブル生成部と、
経路上のスイッチのフローテーブルに該エントリを設定する機能を持つスイッチ制御部と
を具備する
コントローラ。
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
Claims (12)
- 複数の外部ネットワークに接続され、設定されたフローテーブルのエントリの内容に従って受信パケットを処理するスイッチと、
前記スイッチがフローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを、前記スイッチのフローテーブルに設定するコントローラと
を含み、
前記コントローラは、フローをクラスに分け、前記スイッチからパケットの問い合わせを受けた際に、該パケットを基に、該パケットの送信元に対するユーザ認証を行い、ユーザ認証の結果を基にQoSクラスを決定し、ネットワークの接続状態及び帯域を基に、認証した送信元のQoSクラスに見合った外部ネットワークを経由する通信経路を決定し、QoSポリシーを基に、前記スイッチがフローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを生成し、前記スイッチのフローテーブルに前記エントリを設定する
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、
前記コントローラは、
前記スイッチから問い合わせを受けたパケットに該当するQoSポリシーを特定する手段と、
ネットワークの接続状態を表すトポロジ情報とQoSポリシーから、該QoSポリシーに見合った外部ネットワークを選択し、最適な経路を算出する手段と、
該パケットと経路情報とQoSポリシーから、経路上のスイッチの送信ポートとキューを決定し、フローテーブルのエントリを生成する手段と、
前記経路上のスイッチのフローテーブルに該エントリを設定する手段と
を具備する
ネットワークシステム。 - 請求項2に記載のネットワークシステムであって、
前記コントローラは、
認証した送信元のフローを識別して、フロー毎に、経路上のスイッチにおける送信ポート、送信キュー、及びマーキングするDSCP値を決定し、フローテーブルのエントリを生成する手段
を更に具備する
ネットワークシステム。 - 請求項3に記載のネットワークシステムであって、
前記コントローラは、
送信方向のフローテーブルのエントリにルールとして定義されたヘッダ情報、及び、該エントリに動作として定義された送信ポートと送信キュー、を書き換えるDSCP値を決定する手段と、
該DSCP値から、受信方向のフローテーブルのエントリに動作として定義される送信キューを決定する手段と
を更に具備する
ネットワークシステム。 - 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のネットワークシステムであって、
前記コントローラは、
前記パケットに該当するQoSポリシーが存在しない場合、前記パケットの送信元に認証情報を要求する手段と、
該要求に対する応答結果を基に、前記パケットの送信元に対するQoSポリシーを決定する手段と
を更に具備する
ネットワークシステム。 - 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であって、
前記コントローラに接続された認証サーバ
を更に含み、
前記認証サーバは、前記コントローラから問い合わせを受けたパケットに該当するQoSポリシーが存在しない場合、前記パケットの送信元に認証情報を要求し、該要求に対する応答結果を基に、前記パケットの送信元に対するQoSポリシーを決定し、前記コントローラに通知する
ネットワークシステム。 - 複数の外部ネットワークに接続されたスイッチのうち、設定されたフローテーブルのエントリの内容に従って受信パケットを処理するスイッチから、パケットの問い合わせを受けた際に、該パケットを基に、該パケットの送信元に対するユーザ認証を行うユーザ認証部と、
ユーザ認証の結果を基にQoSクラスを決定するQoS制御部と、
ネットワークの接続状態及び帯域を基に、認証した送信元のQoSクラスに見合った外部ネットワークを経由する通信経路を決定する経路計算部と、
QoSポリシーを基に、前記スイッチがフローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを生成するフローテーブル生成部と、
前記スイッチのフローテーブルに前記エントリを設定するスイッチ制御部と
を具備する
コントローラ。 - 請求項7に記載のコントローラであって、
前記QoS制御部は、前記スイッチから問い合わせを受けたパケットに該当するQoSポリシーを特定し、
前記経路計算部は、ネットワークの接続状態を表すトポロジ情報とQoSポリシーを基に、該QoSポリシーに見合った外部ネットワークを選択し、最適な経路を算出し、
前記フローテーブル生成部は、該パケットと経路情報とQoSポリシーを基に、経路上のスイッチの送信ポートとキューを決定し、フローテーブルのエントリを生成し、
前記スイッチ制御部は、前記経路上のスイッチのフローテーブルに該エントリを設定する
コントローラ。 - 請求項8に記載のコントローラであって、
前記フローテーブル生成部は、認証した送信元のフローを識別して、フロー毎に、経路上のスイッチにおける送信ポート、送信キュー、及びマーキングするDSCP値を決定する
コントローラ。 - 請求項9に記載のコントローラであって、
前記フローテーブル生成部は、
送信方向のフローテーブルのエントリにルールとして定義されたヘッダ情報、及び、該エントリに動作として定義された送信ポートと送信キュー、を書き換えるDSCP値を決定し、該DSCP値を基に、受信方向のフローテーブルのエントリに動作として定義される送信キューを決定する
コントローラ。 - コントローラにより実施されるQoS制御方法であって、
複数の外部ネットワークに接続されたスイッチのうち、設定されたフローテーブルのエントリの内容に従って受信パケットを処理するスイッチからパケットの問い合わせを受けた際に、該パケットを基に、該パケットの送信元に対するユーザ認証を行うことと、
ユーザ認証の結果を基にQoSクラスを決定することと、
ネットワークの接続状態及び帯域を基に、認証した送信元のQoSクラスに見合った外部ネットワークを経由する通信経路を決定することと、
決定された通信経路を基に、前記スイッチがフローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを生成することと、
前記スイッチのフローテーブルに前記エントリを設定することと
を含む
QoS制御方法。 - 複数の外部ネットワークに接続されたスイッチのうち、設定されたフローテーブルのエントリの内容に従って受信パケットを処理するスイッチから、パケットの問い合わせを受けた際に、該パケットを基に、該パケットの送信元に対するユーザ認証を行うステップと、
ユーザ認証の結果を基にQoSクラスを決定するステップと、
ネットワークの接続状態及び帯域を基に、認証した送信元のQoSクラスに見合った外部ネットワークを経由する通信経路を決定するステップと、
QoSポリシーを基に、前記スイッチがフローを構成する各パケットを一律に制御するためのルールと動作が定義されたエントリを生成するステップと、
前記スイッチのフローテーブルに前記エントリを設定するステップと
を計算機に実行させるためのプログラムを格納した
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CSNG201000838006; 児玉 祐悦、岡崎 史裕、高野 了成、工藤 知宏: 'トラフィックの性質情報に基づいた動的ネットワーク選択手法' 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.110 No.190 , 20100826, p.31-36, 社団法人電子情報通信学会 * |
JPN6014029852; 児玉 祐悦、岡崎 史裕、高野 了成、工藤 知宏: 'トラフィックの性質情報に基づいた動的ネットワーク選択手法' 電子情報通信学会技術研究報告 Vol.110 No.190 , 20100826, p.31-36, 社団法人電子情報通信学会 * |
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