通信系統(tǒng)、控制裝置、通信方法和程序的制作方法
【專利說明】通信系統(tǒng)、控制裝置、通信方法和程序
[0001](相關(guān)申請引用)
[0002]本申請基于并要求2013年2月26日遞交的日本專利申請N0.2013-036090的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)、控制裝置、通信方法和程序。更具體地，本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)、控制裝置、通信方法和適用于由控制裝置控制的網(wǎng)絡(luò)的程序。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，提出了集中控制類型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。作為集中控制類型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示例，提出了一種稱為開放流(OpenFlow)的技術(shù)(參考專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)I和2)。
[0005]〈開放流〉
[0006]開放流將通信視為端到端的流，并逐個(gè)流地執(zhí)行路徑控制、故障恢復(fù)、負(fù)載平衡和優(yōu)化等。開放流交換機(jī)(開放流交換機(jī)，縮寫為0FS)的技術(shù)規(guī)范等可以參見于例如非專利文獻(xiàn)2等。開放流交換機(jī)使用例如安全通信信道與對應(yīng)于控制裝置的開放流控制器(開放流控制器，縮寫為0FC)進(jìn)行通信。OFS包括由OFC指示適當(dāng)添加或重寫的流表，并根據(jù)流表的內(nèi)容來操作。
[0007]〈 OFS 和流表〉
[0008]圖8是示意性示出流表的一個(gè)流表項(xiàng)120的圖。在流表中，針對每個(gè)流定義與OFS接收的分組首部匹配的匹配規(guī)則(匹配字段:Match Field)(首部字段)、流統(tǒng)計(jì)信息(計(jì)數(shù)器)、以及定義處理內(nèi)容的動作(動作或指令)的集合。
[0009]當(dāng)OFS接收分組時(shí)，OFS在流表中搜索具有與接收分組的首部信息相匹配的匹配規(guī)則的表項(xiàng)。當(dāng)流表搜索結(jié)果是找到匹配接收分組的表項(xiàng)時(shí)，OFS更新流統(tǒng)計(jì)信息(一個(gè)或多個(gè)計(jì)數(shù)器)，并針對接收分組執(zhí)行在表項(xiàng)的動作(動作)字段中描述的處理內(nèi)容(例如從指定端口發(fā)送分組、洪泛分組、丟棄分組等)。
[0010](Packet In)
[0011]另一方面，當(dāng)搜索結(jié)果是OFS中沒有找到與接收分組相匹配的表項(xiàng)時(shí)，OFS經(jīng)由安全信道向OFC轉(zhuǎn)發(fā)接收分組(通過Packet In (分組輸入)消息)，并請求基于接收分組的發(fā)送源和發(fā)送目的地的信息來確定用于該分組的路徑。OFC基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒂?jì)算路徑，生成流表項(xiàng)(圖8)，并向計(jì)算路徑上的每個(gè)OFS發(fā)送用于更新流表的消息(流修改(FlowModify)消息)。OFS從OFC接收與OFC確定的分組路徑相關(guān)聯(lián)的流表項(xiàng)的信息，并更新流表。通過這種方式，OFS使用存儲在流表中的流表項(xiàng)信息作為處理規(guī)則來處理接收分組。
[0012]已經(jīng)研究一種通信系統(tǒng)，其使用開放流，根據(jù)OSI (開放系統(tǒng)互連)參考模型執(zhí)行對混合L2/L3 (層2/3)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)控制。以下將參考圖9至13來描述該網(wǎng)絡(luò)控制的示例。
[0013]參考圖9，該通信系統(tǒng)(原型示例)包括OFC 110、OFS 121至123、以及通信終端131-1、131-2和132。通信終端和OFS之間連線旁的數(shù)字(圖9中的I)表示通信終端連接到的OFS的端口號。0FC110管理圖10和11中示出的信息，以實(shí)現(xiàn)L3轉(zhuǎn)發(fā)。
[0014]〈邏輯網(wǎng)絡(luò)管理信息表〉
[0015]圖1OA示出了用于對在通信系統(tǒng)上管理的邏輯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理的信息表。每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)是與子網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，并且由一個(gè)或多個(gè)通信終端連接的端口組來定義。如圖1OA所示，每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)或多個(gè)OFS以及一個(gè)或多個(gè)端口號定義。圖9中的邏輯網(wǎng)絡(luò)141由0FS121的端口號I以及OFS 122的端口號I定義。邏輯網(wǎng)絡(luò)142由OFS 123的端口號I定義。不同參數(shù)例如VLAN(虛擬局域網(wǎng))可以附加地用于邏輯網(wǎng)絡(luò)的定義。盡管沒有施加特別限制，圖1OA中的表由例如OFC 110來管理。
[0016]〈位置管理信息表〉
[0017]圖1OB示出了用于位置管理的信息表，還示出了在圖9所示通信系統(tǒng)上管理的通信終端的信息。在圖1OB示出的示例中，使用用于管理位置信息、MAC(媒體訪問控制)地址的粒度。此外，與位置信息(MAC地址)相關(guān)聯(lián)地使用OFS和OFS的端口號。圖1OB中通信終端的信息由例如OFC 110來管理。
[0018]〈路由管理信息表〉
[0019]圖1lA示出了在圖9所示通信系統(tǒng)上管理的路由信息(L3路由管理信息)。圖1lA中的表可以由OFC 110來管理。該表存儲和管理每個(gè)子網(wǎng)和與該子網(wǎng)相關(guān)聯(lián)的邏輯網(wǎng)絡(luò)之間的對應(yīng)關(guān)系。IP (互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)地址“192.168.1.0”右側(cè)數(shù)字部分“/24” (例如192.168.1.0/24)是子網(wǎng)掩碼值，并指示IP地址的前24位形成網(wǎng)絡(luò)地址部分(無類別域間路由(CIDR)記法)。圖1lA中，所有子網(wǎng)都與邏輯網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，作為路由信息。需要注意的是，可以提供與路由器相關(guān)聯(lián)的子網(wǎng)。圖17是用于說明與路由器相關(guān)聯(lián)的子網(wǎng)的表。參考圖17，子網(wǎng)“192.168.100.0/24”與IP地址為“192.168.3.1”的網(wǎng)關(guān)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)搜索圖17的表以確定尋址至子網(wǎng)“192.168.100.1”的分組的轉(zhuǎn)發(fā)目的地時(shí)，可以看出，該分組首先需要被轉(zhuǎn)發(fā)至IP地址為“192.168.3.1”的目的地。然后，當(dāng)再次搜索圖17的表以搜索其中存在IP地址“192.168.3.1”的邏輯網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以看出，IP地址“192.168.3.1”屬于邏輯網(wǎng)絡(luò) 143 (與子網(wǎng) “ 192.168.3.0/24” 相關(guān)聯(lián))。
[0020](ARP 緩存(ARP 表)〉
[0021]圖1lB示出了用于在通信系統(tǒng)上管理的每個(gè)通信終端的ARP(地址解析協(xié)議)緩存信息(ARP表)。這里，管理從ARP請求的響應(yīng)(ARP答復(fù))獲得的MAC地址與關(guān)聯(lián)到MAC地址的IP地址(通信終端的IP地址和MAC地址)之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0022]〈默認(rèn)網(wǎng)關(guān)〉
[0023]OFC被配置為管理與默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的地址相關(guān)聯(lián)的MAC地址，所述默認(rèn)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在每個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)中以實(shí)現(xiàn)L3轉(zhuǎn)發(fā)。通過子網(wǎng)掩碼分別對屬于邏輯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的IP地址和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址進(jìn)行掩碼所獲得的值，假設(shè)為相同值并屬于相同的邏輯網(wǎng)絡(luò)。
[0024]〈L3 路由〉
[0025]即使通信終端與相同交換機(jī)(L2交換機(jī))物理相連，當(dāng)邏輯網(wǎng)絡(luò)不同(子網(wǎng)不同)時(shí)也無法執(zhí)行直接的L2通信。不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)(不同子網(wǎng))具有不同的廣播域(廣播范圍)。也就是說，例如參考圖9，無法從子網(wǎng)“192.168.1.0/24”向子網(wǎng)“192.168.2.0/24”直接發(fā)送幀。因此，需要使用L3 (IP地址)(需要L3路由)經(jīng)由默認(rèn)網(wǎng)關(guān)來執(zhí)行分組通信。在不指定目的地裝置(主機(jī)、節(jié)點(diǎn)或通信終端)的情形下，使用廣播(廣播)同時(shí)向與網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))連接的所有裝置(主機(jī)、節(jié)點(diǎn)或通信終端)發(fā)送信息(分組)。
[0026]〈地址解析協(xié)議(ARP))
[0027]ARP是使用IP地址來獲得MAC地址的協(xié)議。最終，需要另一方的裝置的目的地(Destinat1n)MAC地址來執(zhí)行與另一方的通信。然而，當(dāng)源和目的地的邏輯網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))不同時(shí)，ARP請求不直接到達(dá)不同邏輯網(wǎng)絡(luò)。因此，無法執(zhí)行直接的L2通信。因而，需要L3路由。也就是說，發(fā)送ARP請求作為L2廣播幀。然而，當(dāng)目的地的邏輯網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))與源的邏輯網(wǎng)絡(luò)不同時(shí)，將廣播域劃分，以便ARP請求不直接到達(dá)目的地。因此，仿真不同邏輯網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))之間的路由的OFC變?yōu)槟J(rèn)網(wǎng)關(guān)。通過該默認(rèn)網(wǎng)關(guān)(OFC)向不同邏輯網(wǎng)絡(luò)廣播ARP請求。圖16示意性示出了 ARP格式。如圖16所示，以太網(wǎng)(注冊商標(biāo))首部部分的目的地MAC地址(DST ADDR)被設(shè)置為廣播地址出個(gè)字節(jié)(48比特)全部為I，十六進(jìn)制記法即FF-FF-FF-FF-FF-FF)，并且類型(TYPE)被設(shè)置為0x0806 (Ox表示十六進(jìn)制記法)。圖16示出了構(gòu)成開放流首部部分的以太網(wǎng)(注冊商標(biāo))首部部分。在以太網(wǎng)(注冊商標(biāo))首部和CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn):4字節(jié))之間數(shù)據(jù)部分處提供的ARP幀格式由以下構(gòu)成:硬件類型(Hff TYPE)(固定為1:以太網(wǎng)(注冊商標(biāo))的2字節(jié))、協(xié)議類型(PROTOCOL TYPE)(固定為Ox 0800:2字節(jié))、硬件長度(Hff LENGTH) (MAC地址長度固定為6:1個(gè)字節(jié))、協(xié)議長度(PROTOCOL LENGTH) (IP地址(IPv4長度:固定為4:1字節(jié))、操作(OPERAT1N)(用于標(biāo)識ARP請求或ARP答復(fù)，ARP請求為I，ARP答復(fù)為2)、發(fā)送源MAC地址(SRC Hff ADDR)、發(fā)送源IP地址(SRC Protocol ADDR)、目的地MAC地址(DST Hff ADDR)、以及目的地IP地址(DSTProtocol ADDR)。目的地 MAC 地址(DST Hff ADDR)由 ARP 請求中的 0x00-000-00-00-00，或FF-FF-FF-FF-FF-FF指示。DST Hff ADDR指示ARP答復(fù)中的目的地MAC地址。關(guān)于目的地IP地址(DST Protocol ADDR)，當(dāng)接收廣播ARP請求的節(jié)點(diǎn)(主機(jī))的IP地址與該目的地IP地址相同時(shí)，節(jié)點(diǎn)確定該節(jié)點(diǎn)自身的MAC地址被問詢，并在ARP答復(fù)中設(shè)置節(jié)點(diǎn)自身的MAC地址，然后發(fā)送ARP答復(fù)。
[0028]在OSI參考模型的第2層和第三層3 (L2和L3)中，在幀和分組之間進(jìn)行區(qū)分。然而，在本說明書中，被轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)單元被稱為分組。
[0029]〈邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的通信(相同子網(wǎng)內(nèi)的通信)〉
[0030]參考圖12和13，將描述圖9中網(wǎng)絡(luò)控制的操作示例。圖12示出了當(dāng)在邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行通信(通信終端131-1和131-2之間的通信)時(shí)的路徑控制處理。對處理進(jìn)行說明的每個(gè)句子后的括號中的數(shù)字對應(yīng)于圖12示意性示出的代表序列的編號。
[0031]參考圖12，為了向通信終端131-2發(fā)送分組，通信終端131_1發(fā)送用于通信終端131-2的MAC地址解析的ARP請求(分組)(I)。
[0032]OFS 121接收ARP請求的分組。ARP請求分組的轉(zhuǎn)發(fā)流未登記在OFS 121的流表中，是一個(gè)新的流。因此，OFS 121向OFC 110發(fā)送Packet-1n消息(2)，并請求OFC 110為OFS 121接收的ARP請求分組執(zhí)行路徑設(shè)置(2)。
[0033]OFC 110基于以下內(nèi)容來確認(rèn)所接收的ARP請求分組是針對與通信終端131_1所屬邏輯網(wǎng)絡(luò)相同的邏輯網(wǎng)絡(luò)(子網(wǎng))內(nèi)的MAC地址解析的ARP請求:
[0034]-ARP請求分組的首部的目的地MAC地址是廣播地址；
[0035]-ARP幀的目的地IP地址(用于獲得目的地MAC地址的目的地IP地址)不是默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址。
[0036]使用圖1OA示出的邏輯網(wǎng)絡(luò)的管理信息(其中存儲管理信息，該管理信息指示OFS122的端口號I連接到OFS 121的端口號I所連接的通信終端131-1的邏輯網(wǎng)絡(luò)141)，OFC 110向OFS 122發(fā)送Packet-Out (分組輸出)消息(3)。需要注意的是，當(dāng)OFC通過OFS發(fā)送分組時(shí)，在OFC用Packet-1n消息從OFS接收接收分組的情形中，OFC向OFS發(fā)送Packet-Out 消息。
[0037]一旦從OFC 110接收到Packet-Out消息，OFS 122就在相同邏輯網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播接收的ARP請求分組(4)。這里，只有通信終端131-2屬于相同邏輯網(wǎng)絡(luò)141。當(dāng)OFC 110從OFS 121接收Packet-1n消息時(shí)，OFC 110登記通信終端131-1的MAC地址和連接到圖1OB中表中的MAC地址的OFS 121的端口號之間的對應(yīng)關(guān)系。通過這一布置，在圖1OB中保存具有MAC地址的通信終端131-1和OFS 121的端口 I的目的地的連接。
[0038]當(dāng)通信終端131-2從OFS 122接收ARP請求時(shí)，由于目的地IP地址與通信終端131-2的IP地址匹配，通信終端131-2識別通信終端131-2的MAC地址被問詢。通信終端131-2向OFS 122單播發(fā)送ARP答復(fù)(分組)(包括對應(yīng)于目的地IP地址的通信終端131-2的MAC地址)，作為ARP請求的響應(yīng)(5)。
[0039]OFS 122從通信終端131-2接收ARP答復(fù)分組。在OFS 122中不存在對應(yīng)于所接收的ARP答復(fù)分組的流表項(xiàng)，ARP答復(fù)分組的流是新的流。因此，OFS 122向OFC 110發(fā)送Packet-1n消息，并請求0FC110為接收的ARP答復(fù)執(zhí)行路徑設(shè)置(6)。
[0040]當(dāng)OFC 110使用圖1OB的信息來識別從OFS 122接收的ARP答復(fù)分組的目的地MAC地址時(shí)，OFC 110重寫ARP答復(fù)分組中的信息，并向OFS 121發(fā)送Packet-Out消息(8)。OFS 121向通信終端131-1轉(zhuǎn)發(fā)ARP答復(fù)分組(9)。
[0041 ] 〈Packet-Out 和 FlowMod