JP6038393B2 - 混成ネットワークの管理 - Google Patents

Description

関連出願情報
本願は、２０１３年８月９日に出願された仮出願第６１／８６４，０７７号に対する優先権を主張し、同出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。

ネットワーク管理は大企業やデータセンタ環境では常に大きな課題となってきた。ネットワークは、組織のポリシー管理を保証しつつ、確実に動作して高性能の接続性を提供しなければならない。この問題は、複雑なネットワーク境界をまたぐネットワーク分離などの高水準の保証を提供し、ネットワーク仮想化方式を使用して論理ネットワークと物理ネットワークを切り離す場合にさらに複雑化する。

ソフトウェア定義されたネットワーキング（Software-Defined Networking：ＳＤＮ）は今後発展する可能性のある解決策の１つであり、粒度の細かいデータプレーン制御に多大な柔軟性をもたらす。既存の研究の大半は、すべてＳＤＮスイッチが配備されるかまたは純粋にレガシーのスイッチが配備される場合のネットワーク管理の解決策を提供してきた。しかし、財政上または実用上の制約から「混成ネットワーク」が現実のものとなっている。用語「混成ネットワーク」は、一部はＳＤＮスイッチを使用して配備され、一部はレガシースイッチを使用して配備されるシステムを言う。

既存の解決策の大半は、混成システムのネットワーク管理を扱うことができる管理機構を提供していない。混成のトポロジが提案されているものの、それに適した管理の解決策は存在していない。また、純粋なレガシーのネットワーク管理と純粋なＳＤＮの管理は研究の進んでいる分野であるが、既存のＳＤＮコントローラとレガシースイッチの管理機構は、システムのうちレガシー部分を管理することができないため、混成ネットワークシステムにそのまま適用することはできない。

ソフトウェア定義されたネットワーク（ＳＤＮ）スイッチおよびレガシースイッチを有するネットワークを制御する混成ネットワークコントローラは、ネットワーク情報を表示し、高水準のネットワーク管理コマンドを受け取るように構成されたユーザインターフェースと、ＳＤＮスイッチと通信してＳＤＮスイッチを更新および管理するように構成されたＳＤＮコントローラと、レガシースイッチと通信してレガシースイッチの構成および規則を更新するように構成されたリモートプロシージャコール（ＲＰＣ）マネジャと、ネットワークトポロジに基づいてネットワーク内で通信する２つのノード間の経路を生成し、経路中で更新すべきレガシースイッチおよびＳＤＮスイッチを算出し、ＲＰＣマネジャおよびＳＤＮスイッチの構成を使用して接続およびネットワーク分離を作成するように構成されたハイブリッドマネジャとを備えている。

ソフトウェア定義されたネットワーク（ＳＤＮ）スイッチおよびレガシースイッチを有する混成ネットワークを制御する方法は、混成ネットワークの物理基盤設備および仮想基盤設備についての情報を取得することにより混成ネットワークトポロジを初期化することと、混成ネットワークの物理基盤設備および仮想基盤設備に基づいて混成ネットワーク上の２つのノード間に経路を生成することと、ネットワーク構成要求に従ってレガシースイッチにリモートプロシージャコール命令を発行することにより仮想ローカルエリアネットワークを生成することと、ネットワーク構成要求に従ってＳＤＮスイッチにＳＤＮコマンドを発行することによりＳＤＮネットワークスライスを生成することとを有する。

本発明の上記およびその他の利点は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、当業者に明らかになろう。

本発明の原理による混成ネットワークアーキテクチャの図である。 本発明の原理による混成ネットワークを制御する方法のブロック図／流れ図である。

本発明の実施形態は「ＨｙｂＮＥＴ」と呼ばれる新規のコントローラの設計を提供し、これは、ソフトウェア定義されたネットワーキング（ＳＤＮ）とレガシーネットワーク管理の両方を活用して、ＳＤＮスイッチとレガシースイッチの両方と互換性のある管理インターフェースをもたらす。本発明の実施形態は「仮想化の中の仮想化」という概念を用い、これは、レガシースイッチを仮想リンクとして使用して中間の接続を仮想化しながら、全体的な仮想化された抽象化を提供するものである。「仮想化の中の仮想化」方式では、仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）がＳＤＮスライスの内部にカプセル化される。それにより、混成ネットワークのレガシー部分をＶＬＡＮ技術を使用して管理することができるようになり、ＳＤＮスライスにはレガシー部分が１つの仮想のリンクに見え、２つのスイッチ間にその仮想リンクを含むスライスを作成する。それによりネットワーク全体を仮想化可能にする。

それにより、仮想リンク内でネットワークを分離することも実現される。ネットワークの分離は、１つの仮想ネットワークのトラフィックを他の仮想ネットワークから分離するため、ネットワーク仮想化の中核基盤をなす。それにより、ネットワークオペレータが仮想ネットワークの分離されたビューを提供し、ネットワークの他の部分に影響する動作を適用することができるようになる。仮想リンク内の分離は、仮想ローカルエリアネットワーキング（ＶＬＡＮ）または他の同様のレガシーネットワークの分離技術を使用してもたらされる。さらに、本発明の実施形態は、共通のネットワーク作業（仮想のネットワークの追加や削除、規則／フローの更新等）の制御および管理を自動化する中央化された機構を提供する。

本発明の実施形態は、異種のネットワーク管理方式同士の互換性を提供する。詳細には、本発明の実施形態は新規のツールセットを使用したネットワークの仮想化を提供し、これは、既存のネットワーク管理機構間の互換性を可能にする（レガシースイッチおよびＳＤＮスイッチ内のコントローラに対するリモートプロシージャコール（ＲＰＣ）を使用する）ことにより、「混成システム」のためのネットワーク制御および管理ツールを提供する。

ここで図１を参照すると、ＨｙｂＮｅｔアーキテクチャの概要が示される。ハイブリッドコントローラ１０２は、ＳＤＮコントローラ１０４と混成ネットワークとの間の通信機構を提供する。ハイブリッドコントローラ１０２は、ネットワークオペレータ１０８が入力を送信し、ＲＰＣコールを使用してレガシーネットワーク１０６を管理することを可能にする。

ＳＤＮコントローラ１０４は、ネットワークオペレータ１０８がＳＤＮ対応スイッチ内のフローを更新し、ネットワークを視覚化し、管理することを可能にする。ハイブリッドコントローラ１０２はＳＤＮコントローラ１０４と通信し、ネットワークのＳＤＮ部分を更新および管理するようにＳＤＮコントローラ１０４に指示する。レガシーコントローラ１０６には、レガシースイッチの管理に使用することができる機構がいくつか存在する。本発明の実施形態では、入力を受け付け、ハイブリッドコントローラ１０２と通信してレガシースイッチを管理する単純なＲＰＣモジュールを使用できることを特に想定する。

ネットワークオペレータ１０８は、インターフェースモジュールと対話して混成ネットワークを観察し、管理する。それにより、ネットワークオペレータ１０４は、物理トポロジ１１０を管理するための基礎となる技術を意識せずに高水準のインテリジェントな作業を扱うことができる。物理トポロジ１１０は、ネットワークオペレータ１０８によって明示的に記述されるか、またはリンク層発見プロトコルなどのネットワークプロトコルを使用してハイブリッドコントローラ１０２によって発見することができるが、基盤設備によっては技術的な制約がある可能性がある。

ハイブリッドコントローラ１０２は、ネットワーク全体の状態をデータベース１１２に維持し、変更が行われるたびにデータベース１１２を更新する。データベース１１２は、コントローラ１１２がシャットダウンされた時には持続的な状態管理にも使用することができる。コントローラ１０２が復旧されると、初期化段階で元の状態を回復することができる。

次いで図２を参照すると、混成ネットワーク管理の方法が示される。ブロック２０２でハイブリッドコントローラ１０２が起動する。ハイブリッドコントローラ１０２が別個のハードウェア機器である場合は、これは機器の電源投入に相当する可能性がある。ブロック２０４でハイブリッドコントローラ１０２を初期化する。初期化の最初のステップはブロック２０８でネットワークの物理トポロジを取得することであり、これはネットワークオペレータ１０４から直接入力されるか、またはハイブリッドコントローラ１０２内で自動的に発見される。次いでブロック２１０で、例えばデータベース１１２に基盤設備情報を要求することによって仮想基盤設備を取得する。ブロック２１０で、仮想／論理ネットワークと物理ネットワークとの対応付けを再作成する。次いで、ブロック２１２で、「仮想化の中の仮想化」に従って仮想トポロジのトポロジグラフを生成する。ブロック２１４でレガシー構成要素のセットアップを行う。例えば、これはレガシースイッチのセットアップを含んでよく、その場合はすべての該当ポートにトランクモードを設定し、管理が分離されたＶＬＡＮを設定する。

混成システムのクリーンな状態が確実に維持されるように、ブロック２０６で物理ネットワークトポロジに変化があるかどうかを判定する。変化がある場合は、ブロック２０７でデータベース１１２中の状態を更新し、処理がブロック２０４に戻る。

ブロック２２０で、ハイブリッドコントローラ１０２が、ユーザ、例えばネットワークオペレータ１０８から入力を受け取る。この入力は、何らかのネットワーク管理作業に相当する。例えば、ネットワークオペレータ１０８は、ハイブリッドコントローラ１０２が仮想ネットワークを追加することを要求する場合がある。次いでブロック２２２で、仮想マシン上で通信を行っている２つのノードの間に最短経路を生成し、どのレガシースイッチを更新する必要があるかを判定する。レガシースイッチは仮想リンクとして働き、ハイブリッドコントローラ１０２によって更新される。ハイブリッドコントローラ１０２は、ネットワーク全体をＳＤＮとみなしてＳＤＮファブリックを管理するようにプログラムされる。

仮想化の保証は、各レガシースイッチのＶＬＡＮテーブルを更新し、ＳＤＮスイッチ中のスライス可能なスイッチアプリケーションを使用することによって更新される。ネットワークＩＤを使用して混成ネットワーク内でスライスを作成し、各ネットワークＩＤは１つのＶＬＡＮレガシースイッチおよび１つのＳＤＮスライスに対応する。ブロック２２４でＶＬＡＮテーブルを生成し、これは、ブロック２２６で、ＶＬＡＮテーブルを更新することによってレガシースイッチをあらかじめ更新するためにＲＰＣ要求を使用することを含む。いずれかのスイッチで更新が失敗するとスライス生成の失敗として記録され、その時点までに行われたすべての更新が前の状態に戻される。ブロック２２８でスライステーブルを生成し、これは、コントローラ中のスライス可能なスイッチアプリケーションを使用してネットワークスライスを構成し、ブロック２３０でパックされたメッセージがＳＤＮコントローラに受信される時にそのネットワークスライスを更新することを含む。

次いでブロック２３２で、ネットワークの更新の確定が成功するたびにデータベース１１２を更新する。部分的な失敗は確定されず、システム状態は元の状態に戻される。処理はブロック２２０に戻って次の要求を待機する。

大きなネットワークでは、クラウド提供者がレイヤ２でネットワーク分離を適用してユーザのセキュリティを保証し、トラフィック管理を容易にする。レガシースイッチについては、これは、各ユーザにＶＬＡＮ−ＩＤを割り当てることによって達成してよい。ＳＤＮスイッチについては、スライス可能なスイッチアプリケーションが分離の保証を提供する。ハイブリッドコントローラ１０２は、物理トポロジ１１０の全体を把握することができる。ただし、ＳＤＮから見たネットワークトポロジがＳＤＮコントローラに提供され、一方、ＳＤＮスイッチ同士を接続しているレガシースイッチは仮想リンクとして解釈される。ハイブリッドコントローラ１０２による仮想リンクの管理により、ＳＤＮとＶＬＡＮの間の互換性が保証される。

したがって、ネットワークインテリジェンスの作業はＳＤＮスイッチに委ねられ、一方、レガシースイッチはパケット転送の作業に限定される（ただしそのようなレガシースイッチも分離能力を備えてよい）。それにより、混成ネットワークがＳＤＮコントローラ１０４の利点とプログラム可能な柔軟性の一部を保つことが保証される。ハイブリッドコントローラ１０２はインターフェースの役割を果たし、それにより仮想リンクを制御する手段もある程度得られ、ＲＰＣコールを介して設定されるレイヤ２のＶＬＡＮ機構を使用した分離を保証することができる。

上記の内容は、あらゆる点で説明を目的とする例示的なものであって制限的ではないと理解すべきであり、本明細書に開示される本発明の範囲は詳細な説明から決まるのではなく、特許法で許される最大の範囲に従って解釈された特許請求の範囲によって決まる。追加的な情報を本願のＡｐｐｅｎｄｉｘ Ａに提供する。本明細書に示し、説明する実施形態は本発明の原理を説明するものに過ぎず、当業者は、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく各種の変更を実施してよいことを理解されたい。当業者は、本発明の範囲および主旨から逸脱することなく各種の他の特徴の組み合わせを実施することもできる。

Claims (9)

1. ソフトウェア定義されたネットワーク（ＳＤＮ）スイッチおよびレガシースイッチを含むネットワークを制御する混成ネットワークコントローラであって、
   ネットワーク情報を表示し、高水準のネットワーク管理コマンドを受け取るように構成されたユーザインターフェースと、
   前記ＳＤＮスイッチと通信して前記ＳＤＮスイッチを更新および管理するように構成されたＳＤＮコントローラと、
   前記レガシースイッチと通信して前記レガシースイッチの構成および規則を更新するように構成されたリモートプロシージャコール（ＲＰＣ）マネジャと、
   ネットワークトポロジに基づいて前記ネットワーク内で通信する２つのノード間の経路を生成し、前記経路中で更新すべきレガシースイッチおよびＳＤＮスイッチを算出し、前記ＲＰＣマネジャおよびＳＤＮスイッチの構成を使用して接続およびネットワーク分離を作成するように構成されたハイブリッドマネジャと
   を備えている混成ネットワークコントローラ。
2. 前記ハイブリッドマネジャがさらに、ネットワークスライスを使用してＳＤＮスイッチに仮想化をもたらすように構成される請求項１に記載の混成ネットワークコントローラ。
3. 前記ハイブリッドマネジャがさらに、仮想ローカルエリアネットワークを使用してレガシースイッチに仮想化をもたらすように構成される請求項１に記載の混成ネットワークコントローラ。
4. 前記ハイブリッドマネジャがさらに、前記仮想ローカルエリアネットワークが前記レガシースイッチで実装されるように、ＳＤＮスライスの内部に仮想ローカルエリアネットワークをカプセル化するように構成される請求項１に記載の混成ネットワークコントローラ。
5. 前記ハイブリッドマネジャがさらに、ＳＤＮスライスを生成する時に各仮想ローカルエリアネットワークを仮想リンクとして使用するように構成される請求項４に記載の混成ネットワークコントローラ。
6. ソフトウェア定義されたネットワーク（ＳＤＮ）スイッチおよびレガシースイッチを含む混成ネットワークを制御する方法であって、
   前記混成ネットワークの物理基盤設備および仮想基盤設備についての情報を取得することにより混成ネットワークトポロジを初期化することと、
   前記混成ネットワークの前記物理基盤設備および仮想基盤設備に基づいて前記混成ネットワーク上の２つのノード間に経路を生成することと、
   ネットワーク構成要求に従ってレガシースイッチにリモートプロシージャコール（ＲＰＣ）命令を発行することにより仮想ローカルエリアネットワーク（ＶＬＡＮ）を生成することと、
   前記ネットワーク構成要求に従ってＳＤＮスイッチにＳＤＮコマンドを発行することによりＳＤＮネットワークスライスを生成することと
   を有する方法。
7. さらに、前記ＶＬＡＮを前記ＳＤＮスライスの内部にカプセル化する請求項６に記載の方法。
8. 前記ＳＤＮスライスが前記ＶＬＡＮを仮想リンクとして使用する請求項６に記載の方法。
9. さらに、ネットワークトポロジの変更を検出し、変更後のネットワークトポロジに基づいて前記初期化ステップを再実行する請求項６に記載の方法。

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