JP2017147601A - 通信装置および通信方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】パケットに付与されたヘッダの仕様に対応していない非対応装置に対して、他のヘッダへの変換や膨大なパケットフローのステートの保持を必要とせずに、非対応装置の仕様に応じてパケットを変換して送信し、当該非対応装置から返送されたパケットに適切なヘッダを付与すること。【解決手段】パケットに付与されたSFCヘッダ20の仕様に非対応のSF4bに該パケットを送信した後、該SF4bから返送された該パケットを、仕様に対応しているSFF3に送信するSFCプロキシ5において、ヘッダ変換部が、受信したパケットのSFCヘッダ20を除去し、該SFCヘッダ20の情報をIPヘッダ11内に格納し、ヘッダ復元部が、仕様に非対応のSF4bから返送されたパケットのIPヘッダ11内に格納されているSFCヘッダ20の情報をIPヘッダ11から除去し、該SFCヘッダ20の情報を用いてSFCヘッダ20を復元して該パケットに付与する。【選択図】図4

Description

本発明は、通信装置および通信方法に関する。
異なるサービス処理を行う複数のSF(Service Function、サービス機能)を自由に組み合わせてサービスを提供するため、ユーザのパケットを任意のSFへ順に転送するサービスチェイニングと呼ばれる技術が知られている。サービスチェイニングでは、ネットワークの接続形態やSFの位置情報を収集し管理して、ユーザ毎にパケットが適切なSFを経由するように、転送経路が制御される。
現在、IETF(Internet Engineering Task Force)では、SFC(Service Function Chaining)としてサービスチェイニングの標準化が進められている。SFCにおいては、識別機能(以下、Classifierと称する)がパケットを識別してサービス種別、経路情報、またはメタデータ等を含む適切なSFCヘッダを付与する。SFCヘッダが付与されたパケットを受信した転送機能(以下、SFF(Service Function Forwarder)と称する)が、SFCヘッダを読み取って次の転送先となるSFを判定し、例えば、アンダーレイネットワークに応じたGRE,VxLAN等の転送ヘッダを利用して転送する。
なお、SFCヘッダの仕様に対応していないSFに対してパケットが転送される場合には、SFFとSFとの間に介在するヘッダプロキシ機能(以下、SFCプロキシと称する)がSFCヘッダを除去して当該SFにパケットを挿入し、当該SFから返送されるパケットに再びSFCヘッダを付与している(非特許文献1参照)。
ここで、パケットフローの各パケットに付与されるSFCヘッダは、パケット毎に異なる場合があるため、SFCプロキシはパケット毎にSFCヘッダの情報を保持する必要がある。SFCプロキシがSFCパケットの情報を保持する方式として、タグ変換方式とフロー情報保存方式との2方式が考えられる。タグ変換方式では、SFCヘッダのタグが転送先のSFが対応しているVLAN等の他のタグに変換される。フロー情報保存方式では、フローの識別に必要な5−tuple等の情報とSFCヘッダの情報とが併せて保持される。
"SFC Header Mapping for Legacy SF"、2015年8月19日、IETF、[online]、[2015年12月18日検索]、インターネット<URL:https://datatracker.ietf.org/doc/draft-song-sfc-legacy-sf-mapping/>
しかしながら、タグ変換方式では、転送先のSFが対応していないタグには変換できないため、転送先のSFの特性に応じて変換に使用できるタグが制限される場合がある。したがって、転送先となる全てのSFを考慮してタグ変換方式の仕様を統一するためには、変換に使用するタグに制限があった。
また、通常、インラインに設置されるSFを通過する同一セッションのパケットフローは、双方向で同一のVLANに属する。したがって、異なるVLANのタグが付与されているパケットフローを別のセッションと認識する一部のSFに対しては、タグ変換方式を適用することができなかった。
また、キャリアのネットワーク等の膨大かつ多様な5−tupleのフローが流通するネットワークにおいては、フロー情報保存方式では、5−tuple等のフローを識別する情報を保持するために必要なテーブルの更新の処理が高負荷になるという問題があった。また、パケット内のフローを識別する情報を変更するNAT(ネットワークアドレス変換)等のSFに対しては、フロー情報保存方式は適用できないという課題もあった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、パケットに付与されたヘッダの仕様に対応していない非対応装置に対して、他のヘッダへの変換や膨大なパケットフローのステートの保持を必要とせずに、非対応装置の仕様に応じてパケットを変換して送信し、当該非対応装置から返送されたパケットに適切なヘッダを付与することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る通信装置は、パケットに付与されているヘッダの仕様に対応していない非対応装置に該パケットを送信した後、該非対応装置から返送された該パケットを、前記ヘッダの仕様に対応している対応装置に送信する通信装置であって、受信したパケットに付与されている前記ヘッダを、該パケットから除去するとともに、該ヘッダの情報を該パケット内の所定のフィールドに格納する格納部と、前記非対応装置から返送された前記パケット内の前記フィールドに格納されている前記ヘッダの情報を、該フィールドから除去するとともに、該ヘッダの情報を用いて前記ヘッダを復元して該パケットに付与する付与部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、パケットに付与されたヘッダの仕様に対応していない非対応装置に対して、他のヘッダへの変換や膨大なパケットフローのステートの保持を必要とせずに、非対応装置の仕様に応じてパケットを変換して送信し、当該非対応装置から返送されたパケットに適切なヘッダを付与することができる。
図1は、第1の実施形態に係るSFCプロキシを含むシステム構成を例示する模式図である。 図2は、第1の実施形態のSFCプロキシの処理の概要を説明するための説明図である。 図3は、本発明の第1の実施形態に係るSFCプロキシの概略構成を示す模式図である。 図4は、第1の実施形態の通信処理の概要を説明するための説明図である。 図5は、第1の実施形態の変換処理手順を示すフローチャートである。 図6は、第1の実施形態の復元処理手順を示すフローチャートである。 図7は、第2の実施形態のSFCプロキシの概略構成を示す模式図である。 図8は、第2の実施形態の通信処理の概要を説明するための説明図である。 図9は、第2の実施形態の変換処理手順を示すフローチャートである。 図10は、第2の実施形態の復元処理手順を示すフローチャートである。
[第1の実施形態]
以下、図面を参照して、本発明の第1の実施形態を詳細に説明する。本実施形態において、本発明の通信装置には、SFCプロキシが適用されている。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
[システム構成]
まず、図1および図2を参照して、本実施形態の通信装置としてのSFCプロキシを含むシステム構成について説明する。図1に示すように、ユーザ端末1から送信されたパケットフローfの各パケットを、Classifier2が識別し、サービス種別、経路情報、またはメタデータ等を含む適切なSFCヘッダを付与する。
SFF3は、SFCヘッダが付与されたパケットをネットワークを介して受信すると、SFCヘッダを読み取って、次の転送先となるSF4を判定して転送する。SFCヘッダの仕様に対応しているSF4aは、SFCヘッダの情報を参照してサービス処理を実施する。
一方、SFCヘッダ20の仕様に対応していない非対応装置としてのSF4bに対しては、SFCプロキシ5を介して、SFCヘッダが除去されたパケットが転送され、SF4bがサービス処理を実施する。
ここで、図2に例示するように、SFCプロキシ5は、SFF3とSF4bとの間に介在し、パケット10に付与されているSFCヘッダ20の仕様に対応していないSF4bに該パケット10を送信した後、該SF4bから返送された該パケット10を、SFCヘッダ20の仕様に対応しているSFF3に送信する。
その際、SFCプロキシ5は、後述する通信処理を行って、SFCヘッダ20を除去して当該SF4bにパケット10を挿入する。このSFCプロキシ5は、当該SF4bからパケット10が返送されると、返送されたパケット10に再びSFCヘッダ20を付与して、対応装置としてのSFF3に送信する。
このようにしてパケットフローfが、適切な順にSF4を通過して、コンテンツサーバやウェブサーバ等のサーバ装置7に転送される。なお、Controller6は、SFF3やSF4等の各コンポーネントや、各SF4へのパケットフローfの転送順すなわちサービスチェインを管理している。
[SFCプロキシの構成]
次に、図3を参照して、本実施形態に係るSFCプロキシ5の概略構成を説明する。本実施形態のSFCプロキシ5は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで実現され、IF(インタフェース)51、ヘッダ変換部52、ヘッダ復元部53、および転送処理部54を有する。
IF51は、例えばNIC(Network Interface Card)等で実現され、SFF3やSF4bとの通信を制御する。また、処理プログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等を用いて実現される制御部が、ヘッダ変換部52、ヘッダ復元部53、および転送処理部54として機能する。
ヘッダ変換部52は、格納部として、受信したパケット10に付与されているSFCヘッダ20を、該パケット10から除去するとともに、該SFCヘッダ20の情報を該パケット10内の所定のフィールドに格納する。
具体的に、図4を参照してヘッダ変換部52の処理を説明する。ここで、パケット10は、IPヘッダ11とペイロード12とで構成される。図4に矢印Aで示すように、ヘッダ変換部52は、SFF3から受信した、SFCヘッダ20、IPヘッダ11およびペイロード12を含むパケットから、SFCヘッダ20の情報を読み取った後、SFCヘッダ20を除去する。そして、ヘッダ変換部52は、読み取ったSFCヘッダ20の情報をIPヘッダ11内の例えばオプションフィールド等に格納する変換を行う。その後、SFCプロキシ5は、変換されたパケットをSF4bに挿入する。
ヘッダ復元部53は、付与部として、SF4bから返送されたパケット10内の所定のフィールドに格納されているSFCヘッダ20の情報を、該フィールドから除去するとともに、該SFCヘッダ20の情報を用いてSFCヘッダ20を復元して該パケット10に付与する。
具体的に、図4に矢印Bで示すように、ヘッダ復元部53は、サービス処理の後にSF4bから返送されたパケットから、IPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納されているSFCヘッダ20の情報を除去し、パケットにSFCヘッダ20として復元する変換を行う。その後、SFCプロキシ5は、変換されたパケットをSFF3に送信する。
転送処理部54は、SF4bにパケットを挿入する際、あるいはSFF3にパケットを返送する際に、宛先を指定する情報を含むイーサネット(登録商標)ヘッダ等を付与する。なお、SFF3とSF4bとの間の通信において、SFCプロキシ5の経由が明示的に指定されない透過型である場合には、転送処理部54は不要である。
[通信処理]
次に、図5および図6を参照して、SFCプロキシ5による通信処理について説明する。通信処理は、変換処理と復元処理とを含む。まず、図5に例示する変換処理のフローチャートは、例えば、SFCプロキシ5がIF51を介してSFF3からパケット10を受信したタイミングで開始される。
まず、ヘッダ変換部52が、SFF3から受信したパケット10に付加されているSFCヘッダ20の情報を取得し、取得したSFCヘッダ20の情報をIPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納する(ステップS1)。
次に、ヘッダ変換部52が、SFCヘッダ20を除去する(ステップS2)。その後、SFCヘッダ20が除去されたパケット10は、IF51を介してSF4bへ挿入される。
また、図6に例示する復元処理のフローチャートは、例えば、SFCプロキシ5がIF51を介してSF4bからパケット10を受信したタイミングで開始される。
ヘッダ復元部53は、サービス処理の後にSF4bから返送されたパケット10から、IPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納されているSFCヘッダ20の情報を取得し、SFCヘッダ20を復元し、パケット10に付与する(ステップS4)。
次に、ヘッダ復元部53は、IPヘッダ11内のオプションフィールドからSFCヘッダ20の情報を除去する(ステップS5)。その後、SFCヘッダ20が付与されたパケット10は、IF51を介してSFF3へ返送される。
以上、説明したように、本実施形態のSFCプロキシ5では、ヘッダ変換部52が、受信したパケット10に付与されているSFCヘッダ20を、該パケット10から除去するとともに、該SFCヘッダ20の情報を該パケット10内のオプションフィールド等の所定のフィールドに格納する。また、ヘッダ復元部53が、SF4bから返送されたパケット10内の所定のフィールドに格納されているSFCヘッダ20の情報を、該フィールドから除去するとともに、SFCヘッダ20として該パケット10に付与する。
これにより、本実施形態のSFCプロキシ5による通信処理によれば、SFCヘッダ20が付与されたパケットを、SFCヘッダ20の仕様に対応していないSF4bを介して、SFCヘッダ20の仕様に対応しているSFF3に送信することができる。またイレギュラーなヘッダが付与されないため、仕様として統一しても、多数のSF4bに対して適用できる。また、フローを識別する情報を参照しないため、パケット内のフローを識別する情報を変更するNAT等のSFに対しても、適用できる。このように、本実施形態の通信装置の通信処理によれば、パケットに付与されたヘッダの仕様に対応していない非対応装置に対して、他のヘッダへの変換や膨大なパケットフローのステートの保持を必要とせずに、非対応装置の仕様に応じてパケットを変換して送信し、当該非対応装置から返送されたパケットに適切なヘッダを付与することができる。
特に、本実施形態によれば、パケットフローのステートをメモリ等を使用して管理する必要がない。したがって、スケーラビリティの観点で優れ、キャリアのネットワーク等の大規模なネットワークへの適用が期待できる。
[第2の実施形態]
メタデータを含む場合等のようにSFCヘッダ20のサイズが大きい場合に、SFCヘッダ20の情報を圧縮して圧縮情報を算出し、この圧縮情報をIPヘッダ11内に挿入してもよい。この場合、SFCプロキシ5がSFCヘッダ20の情報と圧縮情報との対応付けを管理する。
図7は、このような第2の実施形態のSFCプロキシ5の概略構成を例示する模式図である。図7に例示するように、本実施形態は、上記の第1の実施形態とは、ヘッダ変換DB55を備える点と、ヘッダ変換部52およびヘッダ復元部53の処理内容とが異なる。以下の説明では、第1の実施形態と異なる点についてのみ記載する。
ヘッダ変換DB55は、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ(Flash Memory)等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現され、記憶部として、後述する変換対応表を記憶する。
ヘッダ変換部52は、格納部として、受信したパケット10に付与されているSFCヘッダ20を、該パケット10から除去するとともに、該SFCヘッダ20の情報を圧縮した圧縮情報を、該パケット10内の所定のフィールドに格納する。
具体的に、図8を参照してヘッダ変換部52の処理を説明する。本実施形態のヘッダ変換部52は、ヘッダ圧縮部52a、圧縮データ格納部52b、およびヘッダ除去部52cを有する。
ヘッダ圧縮部52aは、SFF3から受信した、SFCヘッダ20、IPヘッダ11およびペイロード12を含むパケットから、SFCヘッダ20の情報を読み取って、ナンバリングやハッシュ等を使って圧縮し、ハッシュ値等の圧縮情報21を算出する。
また、ヘッダ圧縮部52aは、SFCヘッダ20の情報と算出された圧縮情報21とを対応付けし、変換対応表55aとしてヘッダ変換DB55に格納する。図8に示す変換対応表55aには、例えば、SFCヘッダ20の情報が#1である場合に、圧縮情報21としてAが算出されたことが示されている。
また、図8に矢印Aで示すように、圧縮データ格納部52bが算出された圧縮情報21をIPヘッダ11内の例えばオプションフィールド等に格納し、ヘッダ除去部52cがSFCヘッダ20を除去する変換を行う。その後、SFCプロキシ5は、変換されたパケットをSF4bに挿入する。
ヘッダ復元部53は、付与部として、SF4bから返送されたパケット10内のフィールドに格納されている圧縮情報21を該フィールドから除去するとともに、該圧縮情報21に対応するSFCヘッダ20の情報をSFCヘッダ20として該パケットに付与する。
具体的には、本実施形態のヘッダ復元部53は、格納データ読取部53a、ヘッダ作成部53b、および格納データ除去部53cを有する。
格納データ読取部53aは、サービス処理の後にSF4bから返送されたパケットから、IPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納されている圧縮情報21を取得して、これを用いてヘッダ変換DB55の変換対応表55aを参照し、SFCヘッダ20の情報を取得する。
また、図8に矢印Bで示すように、ヘッダ作成部53bが、取得されたSFCヘッダ20の情報をパケット10に付与してSFCヘッダ20として復元し、格納データ除去部53cがIPヘッダ11内に格納されていた圧縮情報21を除去する変換を行う。その後、SFCプロキシ5は、変換されたパケットをSFF3に送信する。
次に、図9および図10を参照して、本実施形態のSFCプロキシ5による通信処理について説明する。上記した第1の実施形態と同様に、通信処理は、変換処理と復元処理とを含む。まず、図9に例示する変換処理のフローチャートは、例えば、SFCプロキシ5がIF51を介してSFF3からパケット10を受信したタイミングで開始される。
まず、ヘッダ圧縮部52aが、SFF3から受信したパケット10に付加されているSFCヘッダ20の情報を取得する。次に、ヘッダ圧縮部52aが、取得したSFCヘッダ20の情報を圧縮して算出した圧縮情報21を、IPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納する(ステップS11)。
次に、圧縮データ格納部52bは、SFCヘッダ20の情報と圧縮情報21とを対応付けして、変換対応表55aとしてヘッダ変換DB55に格納する(ステップS12)。また、ヘッダ除去部52cがSFCヘッダ20を除去する(ステップS13)。その後、SFCヘッダ20が除去されたパケット10は、IF51を介してSF4bへ挿入される。
また、図10に例示する復元処理のフローチャートは、例えば、SFCプロキシ5がIF51を介してSF4bからパケット10を受信したタイミングで開始される。
まず、格納データ読取部53aが、サービス処理の後にSF4bから返送されたパケット10から、IPヘッダ11内のオプションフィールド等に格納されている圧縮情報21を取得する。また、圧縮情報21を用いてヘッダ変換DB55の変換対応表55aを参照してSFCヘッダ20の情報を取得する。また、ヘッダ作成部53bが、取得されたSFCヘッダ20の情報を用いてSFCヘッダ20を復元し、パケット10に付与する(ステップS14)。
次に、格納データ除去部53cは、IPヘッダ11内のオプションフィールドから圧縮情報21を除去する(ステップS15)。その後、SFCヘッダ20が付与されたパケット10は、IF51を介してSFF3へ返送される。
以上、説明したように、本実施形態のSFCプロキシ5の通信処理によれば、上記第1の実施形態と同様に、イレギュラーなヘッダが付与されないため、統一化された仕様として、多数のSF4bに適用できる。また、フローを識別する情報を参照しないため、パケット内のフローを識別する情報を変更するNAT等のSFに対しても、適用できる。
特に本実施形態によれば、メタデータを含む場合等のようにSFCヘッダ20のサイズが大きい場合にも、MTU(Max Transmission Unit)による制限を受けたりSF4bの負荷を増加させたりする恐れが少ない。
また、パケットフローのステートの代わりにヘッダのステートを管理するので、5−tuple等のフロー識別情報の種別より少ないヘッダの種別の管理で足り、処理負荷を抑制することができる。したがって、規模の大きいネットワークに適用することも可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
1 ユーザ端末
2 Classifier
3 SFF
4,4a,4b SF
5 SFCプロキシ
51 IF
52 ヘッダ変換部
52a ヘッダ圧縮部
52b 圧縮データ格納部
52c ヘッダ除去部
53 ヘッダ復元部
53a 格納データ読取部
53b ヘッダ作成部
53c 格納データ除去部
54 転送処理部
55 ヘッダ変換DB
6 Controller
7 サーバ装置
10 パケット
11 IPヘッダ
12 ペイロード
20 SFCヘッダ
21 圧縮情報

Claims (5)

  1. パケットに付与されているヘッダの仕様に対応していない非対応装置に該パケットを送信した後、該非対応装置から返送された該パケットを、前記ヘッダの仕様に対応している対応装置に送信する通信装置であって、
    受信したパケットに付与されている前記ヘッダを、該パケットから除去するとともに、該ヘッダの情報を該パケット内の所定のフィールドに格納する格納部と、
    前記非対応装置から返送された前記パケット内の前記フィールドに格納されている前記ヘッダの情報を、該フィールドから除去するとともに、該ヘッダの情報を用いて前記ヘッダを復元して該パケットに付与する付与部と、
    を備えることを特徴とする通信装置。
  2. パケットに付与されているヘッダの仕様に対応していない非対応装置に該パケットを送信した後、該非対応装置から返送された該パケットを、前記ヘッダの仕様に対応している対応装置に送信する通信装置であって、
    受信したパケットに付与されている前記ヘッダを、該パケットから除去するとともに、該ヘッダの情報を圧縮した圧縮情報を、該パケット内の所定のフィールドに格納する格納部と、
    前記ヘッダの情報と前記圧縮情報とを対応付けして記憶する記憶部と、
    前記非対応装置から返送された前記パケット内の前記フィールドに格納されている前記圧縮情報を該フィールドから除去するとともに、該圧縮情報に対応する前記ヘッダの情報を用いて前記ヘッダを復元して該パケットに付与する付与部と、
    を備えることを特徴とする通信装置。
  3. 前記非対応装置はサービス機能を備え、前記対応装置はパケットの次の転送先を判定する転送機能を備え、前記ヘッダはパケットを識別する識別機能により付与されたヘッダであることを特徴とする請求項1または2に記載の通信装置。
  4. パケットに付与されているヘッダの仕様に対応していない非対応装置に該パケットを送信した後、該非対応装置から返送された該パケットを、前記ヘッダの仕様に対応している対応装置に送信する通信装置で実行される通信方法であって、
    受信したパケットに付与されている前記ヘッダを、該パケットから除去するとともに、該ヘッダの情報を該パケット内の所定のフィールドに格納する格納工程と、
    前記非対応装置から返送された前記パケット内の前記フィールドに格納されている前記ヘッダの情報を、該フィールドから除去するとともに、該ヘッダの情報を用いて前記ヘッダを復元して該パケットに付与する付与工程と、
    を含んだことを特徴とする通信方法。
  5. パケットに付与されているヘッダの仕様に対応していない非対応装置に該パケットを送信した後、該非対応装置から返送された該パケットを、前記ヘッダの仕様に対応している対応装置に送信する通信装置で実行される通信方法であって、
    受信したパケットに付与されている前記ヘッダを、該パケットから除去するとともに、該ヘッダの情報を圧縮した圧縮情報を、該パケット内の所定のフィールドに格納し、前記ヘッダの情報と前記圧縮情報とを対応付けして記憶部に記憶する格納工程と、
    前記非対応装置から返送された前記パケット内の前記フィールドに格納されている前記圧縮情報を該フィールドから除去するとともに、該圧縮情報に対応する前記ヘッダの情報を前記記憶部から取得して前記ヘッダを復元して該パケットに付与する付与工程と、
    を含んだことを特徴とする通信方法。
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