JP2016063285A - 制御装置、通信システム、及び、制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】経路選択を行う制御装置の経路選択要求の受信による処理輻輳の発生によって通信が切断される時間を短縮する。
【解決手段】データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置が、複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳が発生している場合には、一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定し、処理輻輳が収束した場合には、通信契約条件に応じた経路を選択し、該選択された経路を複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置が、複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳が発生している場合には、一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定し、処理輻輳が収束した場合には、通信契約条件に応じた経路を選択し、該選択された経路を複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、複数のスイッチ間の経路を制御する制御装置、通信システム、及び、制御方法に関する。
SDN(Software Defined Networking)は、ソフトウェアの操作により、ネットワー
クの構成や、サービスごとのパス等を動的に設定、変更できるネットワークである。SDNでは、複数のSDNスイッチの設定をSDNコントローラが行っている。複数のSDNスイッチ間ではデータ伝送用のネットワークが構築されている。複数のSDNスイッチとSDNコントローラとの間は、データ伝送用のネットワークとは、物理的又は論理的に別に、制御用のネットワークが構築されている。
クの構成や、サービスごとのパス等を動的に設定、変更できるネットワークである。SDNでは、複数のSDNスイッチの設定をSDNコントローラが行っている。複数のSDNスイッチ間ではデータ伝送用のネットワークが構築されている。複数のSDNスイッチとSDNコントローラとの間は、データ伝送用のネットワークとは、物理的又は論理的に別に、制御用のネットワークが構築されている。
図1は、SDNネットワークにおける障害発生時の処理の一例を示す図である。図1に示されるSDNネットワークでは、OpenFlowインタフェースが用いられている。SDNスイッチ間では、物理的な装置やファイバ等が共有されている。装置故障やファイバ断等の突発的な故障が発生した場合に、該故障によるリンク断を検出したSDNスイッチは、ポートのリンク断が発生したことを通知するPort StatusメッセージをSDNコントローラに送信する。
SDNコントローラは、SDNスイッチからPort Statusメッセージを受信すると、Port Statusメッセージで通知されたポートを通るルートで通信を行っているサービスごとに経路選択を行う。経路選択によって新たにルートが決定されると、SDNコントローラからFlow Modメッセージによって各SDNスイッチに新たなルートの設定が通知される。SDNスイッチは、各サービスのパケットに対する挙動が定義されたフローテーブルを保持しており、Flow Modメッセージに従ってフローテーブルに新たなルートの設定を記録する。以降は、SDNスイッチはフローテーブルに従い新たなルートを用いてパケット転送を行う。
しかしながら、経路選択対象のサービスが多く存在する場合には、経路選択によるSDNコントローラへの処理負荷が上がり、SDNコントローラにおいて処理輻輳が発生する可能性がある。また、SDNコントローラの処理輻輳の発生により、新しいルートが決定されるまでの時間が長くなると、障害が発生しているポートを有するSDNスイッチでは、新しいルートが通知されるまでの間、受信するパケットを大量に廃棄してしまう可能性がある。
SDNコントローラの処理輻輳やパケット廃棄が発生した場合、該当サービスにおいて通信が途絶える時間が長く続くおそれがある。
なお、SDNスイッチが、フローテーブルに情報がない未知のパケットを受信し、SDNコントローラにPacket Inのメッセージを送信した場合にも、通信の切断時間
が長く続く現象が生じる可能性がある。SDNコントローラは、Packet Inのメッセージを受信すると、受信したPacket Inのメッセージによって通知された未知のパケットについて経路選択処理を行う。
が長く続く現象が生じる可能性がある。SDNコントローラは、Packet Inのメッセージを受信すると、受信したPacket Inのメッセージによって通知された未知のパケットについて経路選択処理を行う。
本発明の一態様は、経路選択を行う制御装置の経路選択要求の受信による処理輻輳の発生によって通信が切断される時間を短縮する制御装置、通信システム、及び、制御方法を提供することを目的とする。
本発明の態様の一つは、
データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置であって、
複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、
スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳状態に応じて、一時経路を複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、
を備える制御装置である。
データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置であって、
複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、
スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳状態に応じて、一時経路を複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、
を備える制御装置である。
開示の制御装置、通信システム、及び、制御方法によれば、経路選択を行う制御装置の経路選択要求の受信による処理輻輳の発生によって通信が切断される時間を短縮することができる。
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
<第1実施形態>
図2は、第1実施形態に係るSDNネットワークの構成の一例を示す図である。SDNネットワーク100は、SDNコントローラ1と、複数のSDNスイッチ2とを含む。
図2は、第1実施形態に係るSDNネットワークの構成の一例を示す図である。SDNネットワーク100は、SDNコントローラ1と、複数のSDNスイッチ2とを含む。
第1実施形態における処理の流れは、以下の通りである。
(1)SDNスイッチ2が、障害発生を検知する。または、SDNスイッチ2が、フローテーブルに情報がない未知のパケットを受信する。なお、フローテーブルは、フローの情報と、該フローのパケット受信時のSDNスイッチ2のアクションとを含む。
(1)SDNスイッチ2が、障害発生を検知する。または、SDNスイッチ2が、フローテーブルに情報がない未知のパケットを受信する。なお、フローテーブルは、フローの情報と、該フローのパケット受信時のSDNスイッチ2のアクションとを含む。
(2)障害発生の検知の場合には、SDNスイッチ2は、Port StatusメッセージをSDNコントローラ1に送信する。未知のパケットの受信の場合には、SDNスイッチ2は、Packet InメッセージをSDNコントローラ1に送信する。Port Statusメッセージには、リンク断が検出されたポートの情報が含まれている。Packet Inメッセージには、受信した未知のパケットの情報や、未知のパケットを受信したポートの情報等が含まれる。
(3)Port Status又はPacket Inメッセージを受信すると、SDNスイッチ1は、経路選択処理を行う。ただし、SDNコントローラ1の処理負荷が所定の閾値以上である場合には、SDNコントローラ1は、制御輻輳の発生を判断し、経路選択処理ではなく、テンポラリルートの検索を実施し、検索結果のテンポラリルートに対応するフロー情報を関連するSDNスイッチ2に設定する。テンポラリルートは、SDNコントローラ1が予め保持するルートであり、該当のサービスにとって最適であるか否かは問わず、通信継続を担保するルートである。また、フロー情報とは、パケット振分ルールであって、例えば、パケットのサービスの識別情報、該サービスの識別情報に該当するパケットの転送ポート等の情報が含まれる。
テンポラリルートに対応するフロー情報は、Flow Modメッセージでルート設定に変更のあるSDNスイッチ2に通知される。ただし、通知されるフロー情報がテンポラリルートに対応するものであることは明示されない。
Flow Modメッセージを受信したSDNスイッチ2は、Flow Modメッセージに含まれるフロー情報に従ってフローテーブルを設定し、フローテーブルに従ってパケット転送を行う。これによって、テンポラリルートが設定される。
(4)SDNコントローラ1は、テンポラリルートに対応するフロー情報の通知後、制御輻輳が収まったことを判断すると、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスに対して、経路選択処理を行い、経路選択結果のルートを関連のあるSDNスイッチ2に設定する。経路選択処理の結果のルートに対応するフロー情報はFlow Modメッセージで通知され、該Flow Modメッセージを受信したSDNスイッチ2は、フローテーブルの設定を書き換え、フローテーブルに従ってパケット転送を行う。これ
によって、テンポラリルートから経路選択処理の結果のルートに変更される。
によって、テンポラリルートから経路選択処理の結果のルートに変更される。
第1実施形態では、SDNコントローラ1は、制御輻輳がある場合には、経路選択を一旦保留し、テンポラリルートに対応するフロー情報を関連するSDNスイッチ2に通知する。これによって、リンク断や未知のパケットを受信した場合に通信が切断される時間を短くすることができる。また、SDNコントローラ1は、制御輻輳が収まってから経路選択処理を行い、新たなルートに対応するフロー情報を関連するSDNスイッチ2に通知する。これによって、テンポラリルートは、サービスにとって最適とは限らないので、制御輻輳が収まったのちにサービス及びネットワーク状況により適したルートを用いて通信が行われることになる。
なお、第1実施形態において、サービスとは、契約単位を示す。例えば、1ユーザが複数の契約を行っている場合には、同じ送信元、同じ宛先、同じアプリケーションのフローでも、異なるサービスとして識別される。また、サービスごとに、通信速度、遅延、使用帯域等の条件が異なる。通信速度、遅延、使用帯域等のサービスの条件を以降、サービス条件と称する。サービス条件は、「通信契約条件」の一例である。また、以降、ルートをパスとも称する。
また、SDNコントローラ1は、Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージを受信することによって経路選択処理を開始する。そのため、Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージは、経路選択処理を要求するメッセージとも言える。Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージは、それぞれ、「経路選択要求」の一例である。
<装置構成>
図3は、SDNコントローラ1のハードウェア構成の一例である。SDNコントローラ1は、仮想マシン(VM)であって、実体としては、例えば、サーバ等の専用のコンピュータや、PC(パーソナルコンピュータ)等の汎用のコンピュータである。
図3は、SDNコントローラ1のハードウェア構成の一例である。SDNコントローラ1は、仮想マシン(VM)であって、実体としては、例えば、サーバ等の専用のコンピュータや、PC(パーソナルコンピュータ)等の汎用のコンピュータである。
SDNコントローラ1は、CPU(Central Processing Unit)101、主記憶装置1
02、入力装置103、出力装置104、補助記憶装置105、ネットワークインタフェース107を備える。また、これらはバス109により互いに接続されている。
02、入力装置103、出力装置104、補助記憶装置105、ネットワークインタフェース107を備える。また、これらはバス109により互いに接続されている。
入力装置103は、例えば、キーボード、操作ボタン、タッチパネル、キーパッド等である。入力装置103から入力されたデータは、CPU 101に出力される。
補助記憶装置105は、OS(Operating System)、様々なプログラムや、各プログラムの実行に際してCPU 101が使用するデータを格納する。補助記憶装置105は、例えば、EPROM(Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ、又はハードデ
ィスクドライブ(Hard Disk Drive)等の不揮発性のメモリである。補助記憶装置105
は、例えば、SDNコントローラプログラム105Pを記憶する。SDNコントローラ105Pは、コンピュータをSDNコントローラとして動作させるためのプログラムである。
ィスクドライブ(Hard Disk Drive)等の不揮発性のメモリである。補助記憶装置105
は、例えば、SDNコントローラプログラム105Pを記憶する。SDNコントローラ105Pは、コンピュータをSDNコントローラとして動作させるためのプログラムである。
主記憶装置102は、CPU 101に、補助記憶装置105に格納されているプログラムをロードする記憶領域および作業領域を提供したり、バッファとして用いられたりする、いわゆるメモリと呼ばれる記憶装置である。主記憶装置102は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)のような半導体メモリを含む。
CPU 101は、補助記憶装置105に保持されたOSや様々なアプリケーションプ
ログラムを主記憶装置102にロードして実行することによって、様々な処理を実行する。CPU 101は、1つに限られず、複数備えられてもよい。
ログラムを主記憶装置102にロードして実行することによって、様々な処理を実行する。CPU 101は、1つに限られず、複数備えられてもよい。
ネットワークインタフェース107は、ネットワークとの情報の入出力を行うインタフェースである。ネットワークインタフェース107は、有線のネットワークと接続するインタフェースであってもよいし、無線のネットワークと接続するインタフェースであってもよい。ネットワークインタフェース107は、例えば、NIC(Network Interface Card)、無線LAN(Local Area Network)等の無線信号の処理回路等である。ネットワークインタフェース107で受信されたデータ等は、CPU 101に出力される。
出力装置104は、CPU 101の処理の結果を出力する。出力装置104は、ディスプレイ、プリンタを含む。
なお、図3に示されるSDNコントローラ1のハードウェア構成は、一例であり、上記に限られず、実施の形態に応じて適宜構成要素の省略や置換、追加が可能である。例えば、SDNコントローラ1は、可搬記録媒体駆動装置を備え、可搬記録媒体に記録されたプログラムを実行してもよい。可搬記録媒体は、例えば、SDカード、miniSDカード、microSDカード、USB(Universal Serial Bus)フラッシュメモリ、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)、Blu−ray(登録商標) Disc、又はフラッシュメモリカードのような記録媒体である。また、SDNコントローラ1は、例えば、入力装置103、出力装置104を備えていなくてもよい。
図4は、SDNコントローラ1の機能構成の一例を示す図である。図4に示されるSDNコントローラ1の機能構成は、CPU 101によるSDNコントローラプログラム105Pの実行によって達成される機能構成である。ただし、これに限られず、図4に示されるSDNコントローラ1の機能構成は、FPGA(Field-Programmable Gate Array)
、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の電気回路で達成されても
よい。
、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の電気回路で達成されても
よい。
SDNコントローラ1は、機能構成として、NWスライシング部11、NWトポロジ管理部12、NW監視部13、SDNスイッチインタフェース部18、サービス別要求リソーステーブル14、SDNスイッチパス情報15、テンポラリルートテーブル16、ルートテーブル17を含む。サービス別要求リソーステーブル14、SDNスイッチパス情報15、テンポラリルートテーブル16、ルートテーブル17は、例えば、主記憶装置102の記憶領域に作成される。
SDNスイッチインタフェース部18は、SDNスイッチ2とのインタフェースである。Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージ、Flow Modメッセージ等のSDNスイッチ2とやり取りされるOpenFlowメッセージは、SDNスイッチインタフェース部18を介して送受信される。
NW監視部13は、SDN SWインタフェース部18を通じて、ネットワークの状態の変更を通知するメッセージを受信する。NW監視部13は、ネットワーク状態の変更を通知するメッセージを受信すると、NWトポロジ管理部12に通知する。ネットワーク状態の変更を通知するOpenFlowメッセージには、例えば、Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージ等がある。
また、NW監視部13は、処理の一つとして、SDNコントローラ1の処理負荷による制御輻輳の発生及び収束を検知する。SDNコントローラ1の処理負荷による制御輻輳の発生は、例えば、一定期間内に閾値以上の経路選択要求を受け付ける、CPU使用率等の
内部リソースが閾値以上になる、経路選択要求受付から応答通知までの処理時間が閾値以上になる、等によって検知される。経路選択要求には、例えば、Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージ等がある。NW監視部13は、「輻輳検出部」の一例である。
内部リソースが閾値以上になる、経路選択要求受付から応答通知までの処理時間が閾値以上になる、等によって検知される。経路選択要求には、例えば、Port Statusメッセージ、Packet Inメッセージ等がある。NW監視部13は、「輻輳検出部」の一例である。
NWスライシング部11は、サービスごとに構築された仮想化ネットワークの情報を管理する。NWスライシング部11は、処理の一つとして、サービス別要求リソーステーブル14及びSDNスイッチパス情報15に基づいて、サービスのパスを選択する経路選択処理を行う。例えば、Port Statusメッセージが届いた場合に、NWスライシング部11は、障害ポートを通過するサービスのパスを再計算する。また、例えば、Packet Inメッセージが届いた場合には、NWスライシング部11は、Packet
Inメッセージで通知される未知のパケットに該当するサービスを判別し、該サービスのパスを計算する。
Inメッセージで通知される未知のパケットに該当するサービスを判別し、該サービスのパスを計算する。
第1実施形態では、NWスライシング部11は、Port StatusメッセージやPacket Inメッセージが届き、SDNコントローラ1における制御輻輳が発生していない場合、又は、制御輻輳が収束した場合に、経路選択処理を行う。Port StatusメッセージやPacket Inメッセージが届いた場合に制御輻輳が発生している場合には、NWスライシング部11は、テンポラリルートを検索して、検索結果に基づいたフロー情報を各SDNスイッチ2に通知する。
また、第1実施形態では、NWスライシング部11は、経路選択処理を実行した場合に、選択されなかったパスのうちのいくつかをテンポラリルートとしてテンポラリルートテーブル16に格納する。テンポラリルートには、選択されたパスとはできるだけ異なるポートを通過するルートが選択される。また、サービス条件により適合するルートがテンポラリルートとして選択されてもよい。または、全サービス共通で1つのテンポラリルートが予め登録されていてもよい。NWスライシング部11は、「制御部」の一例である。
NWトポロジ管理部12は、ネットワーク全体の情報を管理する。例えば、NWトポロジ管理部12は、SDNスイッチ2間のリンクの情報や、各SDNスイッチ2の情報の管理を行う。SDNスイッチ2の情報は、例えば、スイッチID、保有ポート数、ポートID等である。
図5は、サービス別要求リソーステーブル14の一例を示す図である。サービス別要求リソーステーブル14は、各サービスが要求するリソースの情報を格納しており、経路選択処理において用いられる。サービス別要求リソーステーブル14に格納される情報は、SDNネットワーク100の管理者によって、制御端末からSDNコントローラ1に設定される。
図5に示される例では、サービス別要求リソーステーブル14のエントリには、サービス識別番号、要求帯域数、中継ホップ数、再計算優先度、遅延オーダ、要求コスト値等が格納されている。なお、サービス別要求リソーステーブル14のエントリに格納される情報は、図5に示されるものに限定されない。
図6は、SDNスイッチパス情報15の一例である。SDNスイッチパス情報15は、各SDNスイッチ2のリンク先のスイッチの情報であり、例えば、経路選択処理に用いられる。SDNスイッチパス情報15は、SDNネットワーク100内の各SDNスイッチ2について用意される。
SDNスイッチパス情報15には、例えば、対向ノード番号、最大帯域、使用可能帯域
、使用可能ポート数、使用可否が格納される。対向ノード番号は、リンク先のSDNスイッチ2の識別番号である。最大帯域は、リンクの最大帯域である。使用可能帯域は、該当リンクの使用可能な残り帯域である。使用可能ポート数は、各リンクについて使用可能なポート数である。使用可否は、各リンクの使用可否を示す。
、使用可能ポート数、使用可否が格納される。対向ノード番号は、リンク先のSDNスイッチ2の識別番号である。最大帯域は、リンクの最大帯域である。使用可能帯域は、該当リンクの使用可能な残り帯域である。使用可能ポート数は、各リンクについて使用可能なポート数である。使用可否は、各リンクの使用可否を示す。
図6に示される例は、SDNスイッチ#5についてのSDNスイッチパス情報15で、「対向ノード番号」の項目から、SDNスイッチ#5は、SDNスイッチ#1、#3、#4、#6、#7、#8とリンクを確立していることがわかる。例えば、経路選択処理において、サービス別要求リソーステーブル16において、サービスの要求帯域が1Gbpsである場合には、スイッチパス情報の「使用可能帯域」が1Gbps以上であるノードとのリンクが選択される。
SDNスイッチパス情報15に格納される情報は、例えば、SDNスイッチ2とSDNコントローラ1との間のチャネルの確立処理において交換されるFeature応答メッセージ、SDNスイッチ2から送信されるMutipart応答メッセージによって取得される。また、SDNスイッチパス情報15は、NWトポロジ管理部12によって管理される。なお、SDNスイッチパス情報15に格納される情報は、図6に示されるものに限定されない。
図7は、テンポラリルートテーブル16の一例である。テンポラリルートテーブル16は、SDNコントローラ1がPort StatusメッセージやPacket Inメッセージ等の経路選択要求を受信し、制御輻輳が発生している場合に、テンポラリルートの検索に用いられる。
図7に示される例では、テンポラリルートは、サービスごとに複数用意される。各テンポラリルートのエントリには、中継の順番にSDNスイッチ2の識別番号と、各SDNスイッチ2の受信ポートと転送ポートとが格納されている。テンポラリルートテーブル17を記憶する主記憶装置102は、「記憶部」の一例である。
なお、図示しないが、ルートテーブル17にはサービスごとに1つのパスが格納されており、パスのエントリのデータ構造は、テンポラリルートテーブル16と同様である。テンポラリルートテーブル16、ルートテーブル17は、NWスライシング部11によって管理される。なお、テンポラリルートテーブル16のデータ構造は、図7に示されるものに限定されない。
経路選択処理において、サービス別リソース要求テーブル14とSDNスイッチパス情報15とを参照して、サービス条件により適したパスが選択される。一方、テンポラリルートは、比較的利用されることが少ないルートであるため、サービス条件を許容される最低限満たせばよい。そのため、第1実施形態では、テンポラリルートは、経路選択処理において最終的に選択されたパス以外のパスの中から選択される。
<処理の流れ>
図8は、SDNコントローラ1がPort Statusメッセージ、Packet Inメッセージ等の経路選択要求を受信した場合の処理のフローチャートの一例である。図8に示されるフローチャートは、NW監視部13を通じてPort Statusメッセージ、Pacet Inメッセージ等の経路選択要求が受信されると開始される。なお、図8に示される例では、SDNコントローラ1は、図5〜図7に示されるテーブルと同様のデータ構造のテーブルを保持していることを前提とする。
図8は、SDNコントローラ1がPort Statusメッセージ、Packet Inメッセージ等の経路選択要求を受信した場合の処理のフローチャートの一例である。図8に示されるフローチャートは、NW監視部13を通じてPort Statusメッセージ、Pacet Inメッセージ等の経路選択要求が受信されると開始される。なお、図8に示される例では、SDNコントローラ1は、図5〜図7に示されるテーブルと同様のデータ構造のテーブルを保持していることを前提とする。
OP1では、NWスライシング部11は、NW監視部13からPort Status
メッセージの入力を受けて、リンク断が通知されたポートを経由するパスを流れるサービスの有無を判定する。この判定は、ルートテーブル17を参照することによって行われる。以降、Port Statusメッセージによってリンク断が通知されたポートを障害ポートと称する。
メッセージの入力を受けて、リンク断が通知されたポートを経由するパスを流れるサービスの有無を判定する。この判定は、ルートテーブル17を参照することによって行われる。以降、Port Statusメッセージによってリンク断が通知されたポートを障害ポートと称する。
障害ポートを経由するパスを流れるサービスが有る場合には(OP1:YES)、処理がOP2に進む。障害ポートを経由するパスを流れるサービスがない場合には(OP1:NO)、図8に示される処理が終了する。なお、NWトポロジ管理部12は、Port Statusメッセージを受信すると、SDNスイッチパス情報15を更新する。なお、Packet Inメッセージの受信の場合には、OP1の処理は、省略され、処理がOP2に進む。
OP2では、NWスライシング部11は、制御輻輳が発生しているか否かを判定する。この判定は、NWスライシング部11がNW監視部13に制御輻輳の発生の有無を問い合わせ、NW監視部13からの応答内容を判定することによって行われる。制御輻輳が発生している場合には(OP2:YES)、処理がOP3に進む。制御輻輳が発生していない場合には(OP2:NO)、処理がOP7に進む。
OP3では、制御輻輳が発生しているので、NWスライシング部11は、テンポラリルートテーブル16を参照し、障害ポートを経由するパスを流れるサービスに登録されているテンポラリルートを1つ選択する。次に処理がOP4に進む。
OP4では、NWスライシング部11は、選択したテンポラリルートの中継ポートの中に、障害ポートが含まれているか否かを判定する。選択したテンポラリルートの中継ポートに、障害ポートが含まれている場合には(OP4:YES)、処理がOP3に進み、対象サービスの次のテンポラリルートについてOP3、OP4の処理が繰り返し行われる。
選択したテンポラリルートの中継ポートに、障害ポートが含まれていない場合には(OP4:NO)、選択したポートが対象サービスのテンポラリルートに決定される。その後、障害ポートを経由するパスを流れる次のサービスについてOP3、OP4の処理が繰り返し行われる。障害ポートを経由するパスを流れるサービスすべてについて、テンポラリルートが決定した場合には、処理がOP5に進む。
OP5では、NWスライシング部11は、障害ポートを経由するパスを流れる各サービスのテンポラリルートに対応するフロー情報をFlow Modメッセージによって関連するSDNスイッチ2に通知する。Flow Modメッセージは、SDNスイッチ2に対してフローテーブルへのエントリの追加、削除、変更を指示する。フローテーブルのエントリは、各サービスに対する挙動、すなわち、サービスに合致するパケット受信した場合の転送先等の設定を含む。また、Flow Modメッセージは、フローテーブル内の現行のパスに対応するフロー情報を削除し、テンポラリルートに対応するフロー情報を追加するために、現行のパスとテンポラリルート上のSDNスイッチ2に通知される。また、NWスライシング部11は、テンポラリルートでルートテーブル17を更新する。次に処理がOP6に進む。
OP6では、NWスライシング部11は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスを、例えば、主記憶装置102の記憶領域に記憶する。その後、図8に示される処理が終了する。
OP7〜OP9は、制御輻輳が発生していない場合の処理である。また、SDNコントローラ1における初期設定処理では、OP7〜OP9の処理が行われる。
OP7では、NWスライシング部11は、対象のサービスの経路選択処理を行う。次に処理がOP8に進む。
OP8では、NWスライシング部11は、経路選択処理で選択された新たなパスに対応するフロー情報をFlow Modメッセージによって関連するSDNスイッチ2に通知する。また、NWスライシング部11は、新たなパスでルートテーブル17を更新する。Flow Modメッセージは、フローテーブル内の現行のパスに対応するフロー情報を削除し、新たなパスに対応するフロー情報を追加するために、現行のパスと新たなパス上のSDNスイッチ2に通知される。次に処理がOP9に進む。
OP9では、NWスライシング部11は、SDNスイッチ2に通知されなかったパスの中から、テンポラリルートを選択し、テンポラリルートテーブル16に記憶する。その後、図8に示される処理が終了する。
なお、OP3〜OP4のテンポラリルートを選択する処理において、サービス別要求リソーステーブル14及びSDNスイッチパス情報15を用いて、サービス条件により適合するか否かの判定を行い、よりサービス条件に適合するテンポラリルートに対応するフロー情報を通知するようにしてもよい。また、テンポラリルートは、SDNネットワーク100内で偏りのないように、他のサービスのテンポラリルートとポートが重複しないように選択されてもよい。
図9は、制御輻輳の収束が検知された場合のSDNコントローラ1の処理のフローチャートの一例である。図9に示されるフローチャートは、NW監視部13が、制御輻輳の収束を検出すると開始される。
OP11では、NWスライシング部11は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスがあるか否かを判定する。この判定は、図8のOP6でテンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスを記録した、主記憶装置102の記憶領域を参照することによって行われる。テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスがある場合には(OP11:YES)、処理がOP12に進む。NWスライシング部11がテンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスがない場合には(OP11:NO)、図9に示される処理が終了する。
OP12では、NWスライシング部11は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスを抽出する。次に処理がOP13に進む。
OP13では、NWスライシング部11は、抽出したサービスに対して、経路選択処理を行う。経路選択処理では、NWスライシング部11は、サービス別要求リソーステーブル14とSDNスイッチパス情報15とを参照して、各サービスのパスを決定する。次に処理がOP14に進む。
OP14では、NWスライシング部11は、検索結果、使用するパスとして選択したパスに対応するフロー情報をFlow ModメッセージによってSDNスイッチ2に通知する。パス設定を通知するFlow Modメッセージは、フローテーブル内のテンポラリルートに対応するフロー情報を削除し、新たなパスに対応するフロー情報を追加するために、テンポラリルートと新たなパス上のSDNスイッチ2に通知される。次に処理がOP15に進む。
OP15では、NWスライシング部11は、SDNスイッチ2に通知されなかったパス
の中から、テンポラリルートを決定し、テンポラリルートテーブル16に記憶する。次に処理がOP16に進む。
の中から、テンポラリルートを決定し、テンポラリルートテーブル16に記憶する。次に処理がOP16に進む。
OP16では、NWスライシング部11は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知した全サービスについて、OP13〜OP15の処理が終了したか否かを判定する。テンポラリルートに対応するフロー情報を通知した全サービスについて、OP13〜OP15の処理が終了している場合には(OP16:YES)、図9に示される処理が終了する。テンポラリルートに対応するフロー情報を通知した全サービスについて、OP13〜OP14の処理が終了していない場合には(OP16:NO)、処理がOP12に戻り、テンポラリルートに対応するフロー情報が通知された次のサービスについて、OP12〜OP15の処理が行われる。
<動作例>
図10は、SDNネットワーク100内に障害が発生した場合のSDNコントローラ1とSDNスイッチ2との動作のシーケンスの一例を示す図である。図10では、SDNコントローラ1と、SDNネットワーク100内に存在する複数のSDNスイッチ2を代表して、障害発生してリンク断となるポートを有するSDNスイッチ2Aと、が示されている。以降、SDNスイッチ2とSDNスイッチ2Aとを特に区別しない場合には、SDNスイッチ2と表記する。
図10は、SDNネットワーク100内に障害が発生した場合のSDNコントローラ1とSDNスイッチ2との動作のシーケンスの一例を示す図である。図10では、SDNコントローラ1と、SDNネットワーク100内に存在する複数のSDNスイッチ2を代表して、障害発生してリンク断となるポートを有するSDNスイッチ2Aと、が示されている。以降、SDNスイッチ2とSDNスイッチ2Aとを特に区別しない場合には、SDNスイッチ2と表記する。
S1では、SDNスイッチ2Aは、リンク断となるポートを検出し、Port StatusメッセージをSDNコントローラ1に送信する。
S2では、SDNコントローラ1は、Port Statusメッセージを受信し(図8の処理の開始)、制御輻輳の発生の有無を判定する(図8、OP2)。SDNコントローラ1に制御輻輳が発生している場合には、S6に進む。SDNコントローラ1に制御輻輳が発生していない場合には、S3に進む。
S3〜S5は、SDNコントローラ1に制御輻輳が発生していない場合の動作例である。S3では、SDNコントローラ1は、Port Statusメッセージによって通知された障害ポートを経由するサービスについて経路選択処理を行う(図8、OP7)。
S4では、SDNコントローラ1は、経路選択処理によって決定されたパスに対応するフロー情報をFlowModメッセージによって各SDNスイッチ2に通知する(図8、OP8)。Port Statusメッセージを送信したSDNスイッチ2Aについても、少なくともフローテーブル内の現行のパスに対応するフロー情報を削除するという、フローテーブル内のエントリの変更があるので、SDNコントローラ1は、Flow Modメッセージを送信する。
S5では、SDNスイッチ2は、Flow Modメッセージに従って、フローテーブルの設定を変更し、パスを設定する。フローテーブルとは、各SDNスイッチ2が保持する、サービスに該当するパケットを受信した場合の挙動が定義されたテーブルである。
S6〜S11は、SDNコントローラ1に制御輻輳が発生していた場合の動作例である。S6では、SDNコントローラ1は、Port Statusメッセージによって通知された障害ポートを経由するサービスについてテンポラリルートの選択処理を行う(図8、OP3、OP4)。
S7では、SDNコントローラ1は、Flow Modメッセージによって各SDNスイッチ2にテンポラリルートに対応するフロー情報を通知する。Port Status
メッセージを送信したSDNスイッチ2Aについても、少なくともフローテーブル内の現行のパスに対応するフロー情報を削除するという、フローテーブルのエントリの変更があるので、SDNコントローラ1は、Flow Modメッセージを送信する。
メッセージを送信したSDNスイッチ2Aについても、少なくともフローテーブル内の現行のパスに対応するフロー情報を削除するという、フローテーブルのエントリの変更があるので、SDNコントローラ1は、Flow Modメッセージを送信する。
S8では、SDNスイッチ2は、Flow Modメッセージに従って、フローテーブルの設定を変更し、テンポラリルートを設定する。ただし、SDNスイッチ2は、Flow Modメッセージで通知されたパスがテンポラリルートであることを認識していない。
S9では、SDNコントローラ1は、定期的に制御輻輳の収束の検出処理を行う。SDNコントローラ1の制御輻輳の収束が検出されると、S10に進む。S10では、SDNコントローラ1は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスについて、経路選択処理を行う(図9、OP11〜OP13)。
S11では、SDNコントローラ1は、経路選択処理によって決定されたパスに対応するフロー情報をFlow Modメッセージによって各SDNスイッチ2に通知する(図9、OP14)。Port Statusメッセージを送信したSDNスイッチ2Aについても、新たにパスの追加がある場合には、Flow Modメッセージが送信される。
S12では、SDNスイッチ2は、Flow Modメッセージに従って、フローテーブルの設定を変更し、パスを設定する。
<具体例>
図11は、具体例のSDNネットワーク100Eのシステム構成を示す図である。具体例では、SDNネットワーク100Eは、SDNコントローラ1と、SDNスイッチ#1〜#12とを含む。SDNネットワーク100Eには、サービスA、B、C、Dのパケットが流れている。なお、図11に示されるSDNネットワーク100Eでは、SDNコントローラ1とSDNスイッチ#1〜#12は、接続されており、通信可能な状態であるとする。以降、SDNスイッチを単に、スイッチと称する。
図11は、具体例のSDNネットワーク100Eのシステム構成を示す図である。具体例では、SDNネットワーク100Eは、SDNコントローラ1と、SDNスイッチ#1〜#12とを含む。SDNネットワーク100Eには、サービスA、B、C、Dのパケットが流れている。なお、図11に示されるSDNネットワーク100Eでは、SDNコントローラ1とSDNスイッチ#1〜#12は、接続されており、通信可能な状態であるとする。以降、SDNスイッチを単に、スイッチと称する。
図12は、図11に示されるSDNネットワーク100EにおけるSDNコントローラ1のルートテーブル17の一例を示す図である。サービスAのパスは、スイッチ#1、#5、#7、#11、#12の順に経由する。サービスBのパスは、スイッチ#4、#7、#8、#12の順に経由する。サービスCのパスは、スイッチ#4、#5、#7、#8、#9の順に経由する。サービスDのパスは、スイッチ#4、#5、#8、#9の順に経由する。
図13は、図11に示されるSDNネットワーク100EにおけるSDNコントローラ1のテンポラリルートテーブル16の一例を示す図である。サービスA〜Dのそれぞれについて、3つずつテンポラリルートが用意されている。
図14は、図11に示されるSDNネットワーク100Eにおいて、スイッチ#5、スイッチ#8において障害が発生した場合の例である。なお、図14では、SDNコントローラ1は省略されている。スイッチ#5とスイッチ#8とは、それぞれ、装置自体に障害が発生し、通信不可能な状態になったと仮定する。
図14に示される例の場合には、障害発生スイッチ#5、#8とリンクを確立するスイッチ#1、#3、#4、#6、#7、#9、#10、#12がそれぞれリンク断を検出し、SDNコントローラ1にPort Statusメッセージを送信する。一例として、スイッチ#1は、スイッチ#1のポート#11とスイッチ#5のポート#1との間のリン
ク断を検知し通知する。また、一例として、スイッチ#7は、スイッチ#7のポート#12とスイッチ#8のポート#1との間のリンク断を検知し、通知する。
ク断を検知し通知する。また、一例として、スイッチ#7は、スイッチ#7のポート#12とスイッチ#8のポート#1との間のリンク断を検知し、通知する。
SDNコントローラ1は、Port Statusメッセージを受信し、障害発生スイッチ#5、#8とのリンクを経由するサービスの有無を、ルートテーブル17を参照して確認する(図8の処理の開始、OP1)。図12のルートテーブル17を参照すると、障害発生スイッチ#5、#8とのリンクを経由するサービスは、サービスA〜Dである。
図14に示される障害発生の例の場合、SDNコントローラ1では、Port Statusメッセージの受信開始時には制御輻輳は発生していないものとする。しかしながら、多くのサービスがネットワークに存在し、SDNコントローラ1が多くのPort Statusメッセージを継続して受信した場合には、SDNコントローラ1において経路選択処理による制御輻輳が発生する。
SDNコントローラ1が制御輻輳の発生を検出すると(図8、OP2:YES)、SDNコントローラ1は、テンポラリルートの検索及び通知を開始する(図8、OP3、OP4)。例えば、図13に示されるテンポラリルートテーブル16が用いられる場合には、サービスAは、障害発生スイッチ#5、#8のポートを含まないテンポラリルート#1が採用され、テンポラリルート#1に対応するフロー情報が各スイッチに通知される(図8、OP5)。サービスBは、テンポラリルート#3、サービスCはテンポラリルート#2、サービスDはテンポラリルート#1、が採用され、各テンポラリルートに対応するフロー情報が各スイッチに通知される。
図15は、テンポラリルートに従ったパス設定が行われたSDNネットワーク100Eを示す図である。なお、図14に示されるパス設定から図15に示されるテンポラリルートの設定への変更において、SDNコントローラ1からFlow Modメッセージが通知されるのは、スイッチ#1、#4、#7、#9、#10、#11、#12である。ただし、障害発生スイッチ#5、#8は、装置故障のためSDNコントローラ1との通信も切断されているものとする。
図16は、図15に示されるSDNネットワーク100EにおけるSDNコントローラ1のルートテーブル17の一例である。図16に示されるルートテーブル17には、サービスA〜Dそれぞれについて、テンポラリルートが記録されている。
SDNコントローラ1における制御輻輳が収束すると、SDNコントローラ1は、経路選択処理を開始する(図9の処理の開始)。SDNコントローラ1は、サービスA〜Dについても経路選択処理を行い、選択したパスに対応するフロー情報を各スイッチに通知する(図9、OP12〜OP14)。
図17は、経路選択処理によって選択されたパスが設定されたSDNネットワーク100Eを示す図である。図18は、図17に示されるSDNネットワーク100EにおけるSDNコントローラ1のルートテーブル17の一例である。サービスA〜Dのいずれのパスも障害発生スイッチ#5、#8を経由することなく、通信可能となっている。
<適用例>
図19は、第1実施形態におけるSDNコントローラ1の適用例の一つを示す図である。第1実施形態において説明されたSDNコントローラ1は、図19に示されるように、SDNスイッチ2の下位に伝送装置が接続されており、下位レイヤの制御がSDNコントローラ1により可能である場合のネットワークにも適用可能である。
図19は、第1実施形態におけるSDNコントローラ1の適用例の一つを示す図である。第1実施形態において説明されたSDNコントローラ1は、図19に示されるように、SDNスイッチ2の下位に伝送装置が接続されており、下位レイヤの制御がSDNコントローラ1により可能である場合のネットワークにも適用可能である。
図20は、第1実施形態におけるSDNコントローラ1の適用例の一つを示す図である。第1実施形態において説明されたSDNコントローラ1は、図20に示されるように、SDNコントローラが多段に接続されている構成のネットワークにも適用可能である。
図20に示される例の場合には、下位のSDNコントローラはそれぞれの配下のSDNスイッチについて、テンポラリルートをあらかじめ保持し、Port Statusメッセージを受信した場合には制御輻輳に応じてテンポラリルートの通知を行う。さらに、下位のSDNコントローラは、それぞれの管理範囲どうしを接続するリンクの障害発生の通知を受けた場合には、上位のSDNコントローラに対して経路選択要求を送信する。SDNコントローラのSDNスイッチの管理範囲とは、1つのSDNコントローラが配下に接続しているSDNスイッチ群のことである。
上位のSDNコントローラは、下位の各SDNコントローラの管理範囲間のテンポラリルートを保持している。上位のSDNコントローラは、下位のコントローラから経路選択要求を受信した場合に、第1実施形態のSDNコントローラ1のように、制御輻輳に応じてテンポラリルートを検索し、テンポラリルートに対応するフロー情報を下位のSDNスイッチに通知する。
<第1実施形態の作用効果>
第1実施形態では、SDNコントローラ1は、予め各サービスのテンポラリルートを保持し、SDNスイッチ2からPort Statusメッセージ等の経路選択要求を受信した場合には、制御輻輳に応じて、テンポラリルートに対応するフロー情報をSDNスイッチ2に通知する。これによって、各サービスは、SDNコントローラ1の制御輻輳による経路選択処理の遅延に関わらず、テンポラリルートを用いて通信を行うことができるので、SDNコントローラ1の制御輻輳による通信断の時間を短くすることができる。
第1実施形態では、SDNコントローラ1は、予め各サービスのテンポラリルートを保持し、SDNスイッチ2からPort Statusメッセージ等の経路選択要求を受信した場合には、制御輻輳に応じて、テンポラリルートに対応するフロー情報をSDNスイッチ2に通知する。これによって、各サービスは、SDNコントローラ1の制御輻輳による経路選択処理の遅延に関わらず、テンポラリルートを用いて通信を行うことができるので、SDNコントローラ1の制御輻輳による通信断の時間を短くすることができる。
また、第1実施形態では、SDNコントローラ1は、テンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスを記録しておき、制御輻輳が収束したらテンポラリルートに対応するフロー情報を通知したサービスについて経路選択処理を行い、各SDNスイッチ2にパスに対応するフロー情報を通知する。テンポラリルートは、ネットワーク状況に対応したものやサービス条件を十分に満たすものであるとは限らないため、制御輻輳の収束時に経路選択処理が行われることによって、その時点でのネットワーク状況に応じた、且つ、サービス条件を十分に満たすパスを設定することができる。
<その他>
第1実施形態では、SDNネットワークを例に説明されたが、第1実施形態のSDNコントローラ1の技術の適用先は、SDNネットワークに限定されない。複数の中継装置間の経路を一元的に制御する経路制御装置であれは、第1実施形態のSDNコントローラ1と同様の技術を適用することができる。
第1実施形態では、SDNネットワークを例に説明されたが、第1実施形態のSDNコントローラ1の技術の適用先は、SDNネットワークに限定されない。複数の中継装置間の経路を一元的に制御する経路制御装置であれは、第1実施形態のSDNコントローラ1と同様の技術を適用することができる。
<記録媒体>
コンピュータその他の機械、装置(以下、コンピュータ等)に上記いずれかの機能を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。
コンピュータその他の機械、装置(以下、コンピュータ等)に上記いずれかの機能を実現させるプログラムをコンピュータ等が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、その機能を提供させることができる。
ここで、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディス
ク、CD−ROM、CD−R/W、DVD、ブルーレイディスク、DAT、8mmテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスク、ROM(リードオンリーメモリ)等がある。さらに、SSD(Solid State Drive)は、コンピュータ等から取り外し可能な記録媒体としても、コ
ンピュータ等に固定された記録媒体としても利用可能である。
ク、CD−ROM、CD−R/W、DVD、ブルーレイディスク、DAT、8mmテープ、フラッシュメモリなどのメモリカード等がある。また、コンピュータ等に固定された記録媒体としてハードディスク、ROM(リードオンリーメモリ)等がある。さらに、SSD(Solid State Drive)は、コンピュータ等から取り外し可能な記録媒体としても、コ
ンピュータ等に固定された記録媒体としても利用可能である。
1 SDNコントローラ
2 SDNスイッチ
11 NWスライシング部
12 NWトポロジ管理部
13 NW監視部
14 サービス別要求リソーステーブル
15 SDNスイッチパス情報
16 テンポラリルートテーブル
17 ルートテーブル
101 CPU
102 主記憶装置
103 補助記憶装置
2 SDNスイッチ
11 NWスライシング部
12 NWトポロジ管理部
13 NW監視部
14 サービス別要求リソーステーブル
15 SDNスイッチパス情報
16 テンポラリルートテーブル
17 ルートテーブル
101 CPU
102 主記憶装置
103 補助記憶装置
Claims (8)
- データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置であって、
前記複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、
スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳状態に応じて、前記一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、
を備える制御装置。 - 前記制御部は、前記処理輻輳が発生している場合に、前記一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定し、前記処理輻輳が収束した場合に、通信契約条件に応じた経路を選択し、前記経路選択によって選択された前記通信契約条件に応じた経路を、前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記制御部は、前記処理輻輳が発生していない場合には、前記通信契約条件に応じた経路を選択し、選択された前記通信契約条件に応じた経路を、前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する、
請求項2に記載の制御装置。 - 前記記憶部は、複数の一時経路を記憶し、
前記制御部は、前記処理輻輳状態に応じて、通信契約条件又は前記複数のスイッチのそれぞれの状況の少なくともいずれか一方に基づいて、前記複数の一時経路の中から設定する一時経路を決定する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記制御部は、経路選択の際に選択されなかった経路を一時経路として前記記憶部に格納する、
請求項1から4のいずれか一項に記載の制御装置。 - 前記処理輻輳の発生を、所定期間に受け付ける前記経路選択要求の数、プロセッサの使用率、前記経路選択要求の受信から応答までに要する時間のいずれかに基づいて、検出する輻輳検出部、
をさらに備える請求項1から5のいずれか一項に記載の制御装置。 - データ伝送を行う複数のスイッチと、
前記複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置と、
を含む通信システムであって、
前記制御装置は、
前記複数のスイッチ間の一時経路を格納する記憶部と、
スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳状態に応じて、前記一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する制御部と、
を備える通信システム。 - データ伝送を行う複数のスイッチ間の経路選択を行う制御装置のプロセッサが、
前記複数のスイッチ間の一時経路をメモリに格納し、
スイッチから経路選択要求を受信した場合に、経路選択に係る処理負荷に基づく処理輻輳状態に応じて、前記一時経路を前記複数のスイッチのうち関連するスイッチに設定する、
制御方法。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2014187446A JP2016063285A (ja) | 2014-09-16 | 2014-09-16 | 制御装置、通信システム、及び、制御方法 |
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