WO2011030462A1 - 通信システム、ノード、制御サーバ、通信方法およびプログラム - Google Patents

通信システム、ノード、制御サーバ、通信方法およびプログラム Download PDF

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WO2011030462A1
WO2011030462A1 PCT/JP2009/066026 JP2009066026W WO2011030462A1 WO 2011030462 A1 WO2011030462 A1 WO 2011030462A1 JP 2009066026 W JP2009066026 W JP 2009066026W WO 2011030462 A1 WO2011030462 A1 WO 2011030462A1
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sequence
processing sequence
processing
packet
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靖伸 千葉
英之 下西
悠介 篠原
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NEC Corp
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NEC Corp
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    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/64—Routing or path finding of packets in data switching networks using an overlay routing layer

Definitions

  • the present invention relates to a communication system, a node, a control server, a communication method, and a program, and more particularly, to a communication system, a node, a control server, a communication method, and a program that realizes communication by transferring a packet by a node arranged in a network.
  • Patent Document 1 discloses an active network including a signaling control unit that arranges an active code in a node of the network by prior signaling.
  • Patent Document 2 discloses an optical communication system in which a consistent service class can be applied in different packet rings to packet flows passing through different packet rings.
  • the node device of this optical communication system extracts information on an inter-ring service class included in inter-ring header information added to a packet arriving from another packet ring, and packet based on the extracted inter-ring service class information Determine the intra-ring service class that should be set for the packet that arrived by referring to the table that records the correspondence between the inter-ring service class and intra-ring service class that are set between the rings.
  • In-ring header information including the information is added to the arrived packet.
  • source routing is known as a method for performing path control in an IP network or the like.
  • source routing is realized by designating the IP address of a router to be relayed.
  • OpenFlow captures communication as an end-to-end flow and performs path control, failure recovery, load balancing, and optimization on a per-flow basis.
  • the OpenFlow switch that functions as a forwarding node includes a secure channel for communication with the OpenFlow controller, and operates according to a flow table that is appropriately added or rewritten from the OpenFlow controller.
  • FlowKey a set of a rule that matches the packet header
  • Action an action
  • Stats flow statistical information
  • FIG. 29 illustrates action names and action contents defined in Non-Patent Document 4.
  • OUTPUT is an action to be output to a designated port (interface).
  • SET_VLAN_VID to SET_TP_DST are actions for modifying the field of the packet header.
  • the OpenFlow switch when it receives the first packet (first packet), it searches the flow table for an entry having a rule (FlowKey) that matches the header information of the received packet. When an entry that matches the received packet is found as a result of the search, the OpenFlow switch performs the processing content described in the action field of the entry on the received packet. On the other hand, if no entry matching the received packet is found as a result of the search, the OpenFlow switch forwards the received packet to the OpenFlow controller via the secure channel, and the source / destination of the received packet. To request the determination of the route of the packet based on the above, receive the flow entry that realizes this, and update the flow table.
  • FlowKey a rule
  • Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents 1 to 4 are incorporated herein by reference.
  • Non-Patent Document 3 it is necessary to arrange a flow table for selecting and executing processing contents (actions) corresponding to the flow characteristics in each switch and rewrite them appropriately.
  • actions processing contents
  • an entry equal to the number of the matching rules is required in this flow table, which may increase the load on the switch and the management burden on the controller side.
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 According to the active net method of Non-Patent Document 1 and Patent Document 1, a specific process can be executed by a desired node without using the table as described above. When applied to a switch that performs the above, it is necessary to provide each switch with a program library or to include the program itself in a packet. In this case, the features of Non-Patent Document 3 that can simplify the control function of the forwarding node as much as possible and concentrate on the controller may be lost.
  • the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and the object of the present invention is to satisfy each request for a received packet while satisfying the request to simplify the control function of the nodes arranged in the network. It is an object of the present invention to provide a configuration and a method capable of reducing the number of entries or the table itself to be referred to when performing the processing.
  • an apparatus according to the processing sequence of a packet to which a header including a processing sequence configured by arranging processes to be executed by individual nodes on a transfer path of a data transfer network is added.
  • a communication system including a node that executes a process to be executed is provided.
  • a packet to which a header including a processing sequence arranged in a data transfer network and configured by arranging processes to be executed by individual nodes on a transfer path of the data transfer network is added.
  • a node for executing a process to be executed by the own apparatus according to the process sequence is provided.
  • a step of adding to the input packet a header including a processing sequence configured by arranging processes to be executed by individual nodes on a transfer path of the data transfer network;
  • a communication method in which each node on a transfer path of a network executes a process to be executed by its own device according to a process sequence added to the input packet. The method is tied to a specific machine, the forwarding node that makes up the data transfer network.
  • a program to be executed by a computer constituting the above-described node and control server This program can be recorded on a computer-readable storage medium. That is, the present invention can be embodied as a computer program product.
  • various processes can be performed with a configuration in which the number of entries is reduced or the table itself provided in each node while satisfying the demand for simplifying the control function of the nodes arranged in the network. It becomes possible.
  • a header including a processing sequence configured by arranging the processes to be executed by the individual nodes on the transfer path of the data transfer network is added to the input packet, and is sent to the individual nodes on the transfer path of the data transfer network.
  • the processing to be executed by the device itself is executed in accordance with the processing sequence in the header added to the input packet.
  • column It is a flowchart showing operation
  • FIG. 15 is a continuation diagram of FIG. 14.
  • FIG. 16 is a continuation diagram of FIG. 15. It is a figure for demonstrating the breathing operation performed in the node of the 1st Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating another example of the breathing operation performed in the node of the 1st Embodiment of this invention. It is a figure showing the structure of the 2nd Embodiment of this invention.
  • the node of the communication system of the present invention has a function of specifying and executing a process to be executed by the own apparatus from an action sequence (process sequence) in an action header added to the received packet.
  • the action header may be added to the node that first received the packet.
  • the action sequence (processing sequence) in the action header may be acquired by inquiring an external control server or the like, or an action sequence (processing sequence) stored in advance in the node may be embedded. Moreover, what is necessary is just to let the node used as the termination
  • FIG. 2 is a diagram showing a communication system according to the first embodiment of the present invention.
  • three nodes 10, a control server 20, and a communication node 30 that communicates via the node 10 are shown.
  • three nodes 10, the control server 20, and two communication nodes 30 are illustrated, but the number of each is merely an example, and any number can be used.
  • FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the node 10.
  • the node 10 includes a server communication unit 11 that communicates with the control server 30, a flow table management unit 12 that manages the flow table 13, and a transfer processing unit 14.
  • the transfer processing unit 14 extracts an action to be executed by the own device from the action header added to the packet received as the user traffic, and outputs the action to the action execution unit 18.
  • the action header is not added, the flow table 13 is searched, and the result is output to the action string setting unit 16, and the entry other than the own node of the entry searched by the table search unit 15
  • An action sequence setting unit 16 that adds an action sequence to be executed at the node of the node to the received packet as an action header, and an action (action to be executed by the own device) output from the action extraction unit 17 is executed on the received packet.
  • an action execution unit 18 inquires about an action sequence to be added to the control server 20 when there is no corresponding entry as a result of the search of the flow table 13 by the table search unit 15.
  • the node 10 of the present invention can be realized by a configuration in which the action extraction unit 17 and the action sequence setting unit 16 are added to the OpenFlow switch.
  • FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of the control server 20.
  • the control server 20 constructs network topology information based on the connection relationship between the flow entry database (flow entry DB) 21 storing the flow entry and the node 10 collected via the node communication unit 25.
  • a topology management unit 22 a route / action calculation unit 23 for obtaining a packet transfer route and an action sequence to be executed by the node 10 on the transfer route based on network topology information constructed by the topology management unit 22, and a route A node that registers the result calculated by the action calculation unit 23 in the flow entry DB 21 as a flow entry and communicates with the flow entry management unit 24 responding to the flow entry addition or update request from the node 10 and the node 10 And a communication unit 25.
  • flow entry database (flow entry DB) 21 can be omitted when there is no need to hold a flow entry instructed to be added or updated to the node 10.
  • a configuration in which a flow entry database (flow entry DB) 21 is separately provided in an external server or the like can also be employed.
  • FIG. 5 is an example of a flow entry stored in the flow entry DB 21.
  • each entry includes a DPID (data path ID), a FlowKey (flow key; matching key), and an Actions (action sequence).
  • DPID data path ID
  • FlowKey flow key; matching key
  • Actions action sequence
  • FIG. 6 is a diagram showing a field configuration of FlowKey (matching key). For example, it is possible to cause the node 10 that has received a packet whose destination address (IP DA) is a specific server to execute an action defined in the Actions field (variable length). Similarly, for example, an action defined in the Actions field (variable length) can be executed for a packet input from a specific port (In Port).
  • IP DA destination address
  • IP DA destination address
  • an action defined in the Actions field variable length
  • an action defined in the Actions field can be executed for a packet input from a specific port (In Port).
  • the control server 20 can also be realized by changing the configuration of the flow entry DB 21 of the OpenFlow controller or the contents of the flow entry instructing the node 10 to add or change.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the node 10.
  • the node 10 receives a packet from the communication node 30 or another node 10 (step S001)
  • the node 10 extracts an action to be executed by the own device from the action header of the received packet (step S002).
  • step S003 If the action is extracted as a result of the extraction of the action (No in step S003), the node 10 executes the action to be executed by the own device (step S009).
  • the node 10 searches the flow table 13 for a flow entry that matches the received packet (step S103). S004).
  • the node 10 extracts the action to be executed by itself (step S008) and finds it.
  • the action sequence of the flow entry is added to the received packet header as an action header (step S009). For example, when a received packet is a subsequent packet of a packet already registered in the flow entry DB 21, extraction of an action to be executed by itself and an action using the search result from the flow table 13 as described above Header creation / addition is performed.
  • step S005 if no flow entry matching the received packet is found as a result of searching the flow table 13 (No in step S005), the node 10 transmits the received packet or a part of the received packet to the control server 20.
  • the creation of an action sequence is requested (step S006).
  • the node 10 registers the received flow entry in the flow table 13 (step S007). Thereafter, the node 10 receives a packet output instruction from the control server 20 (step S011). When the packet output instruction is accompanied by a flow table search instruction (Yes in step S012), the node 10 searches again whether or not there is a flow entry that matches the packet (step S004-2), and is executed by itself. Extraction of an action to be performed (step S008) and processing for adding the obtained action sequence as an action header to the received packet header are performed (step S009).
  • step S008 Extraction of an action to be executed (step S008) and processing for adding the obtained action sequence to the received packet header as an action header are performed (step S009).
  • the node 10 executes an action to be executed by the own device (step S010).
  • step S009 a method for adding an action sequence in step S009 will be described.
  • an action header is added by adding (encapsulating) an action header to the head of the received packet.
  • a method of embedding the action sequence in the header of the received packet can be adopted, which will be described as a third embodiment.
  • each node 10 can specify an action to be executed.
  • each node 10 can take a configuration in which actions are extracted in order from the top based on an appropriate delimiter, a separately provided Length field, or the like.
  • FIG. 9B it is possible to adopt a configuration in which each node 10 executes an action while incrementing the leading pointer bit (adding only 1).
  • the node # 2 transfers the packet from the port # 2 to the next hop node # 3
  • the node # 3 transfers the packet from the port # 9 to the next hop. Will do.
  • an action sequence in which the ID of each node and the action to be executed are paired can be used.
  • the node # 2 having ID: B extracts “B2” with the ID: B of its own device in the action header, and moves from the port # 2 to the node # 3 of the next hop.
  • the node # 3 having the ID: C transfers the packet, extracts “C9” with the ID: C of its own device in the action header, and transfers the packet from the port # 9 to the next hop.
  • the action description order does not have to match the order of the nodes on the transfer route, and each node 10 specifies an action to be executed by the own device without rewriting the action header each time. It becomes possible to do.
  • node # 2 which is determined to extract the action from bits 0-3 of the action header, extracts “2” and forwards the packet from port # 2 to node # 3 of the next hop. Then, the node # 3 that is determined to extract the action from bits 4-9 of the action header extracts “9” and transfers the packet from the port # 9 to the next hop. Even in the case of such an action sequence, the order of actions does not have to match the order of nodes on the transfer route, and each node 10 specifies an action to be executed on its own device without rewriting the action header each time. It becomes possible to do.
  • FIG. 10 is a flowchart showing the operation of the control server 20.
  • the control server 20 receives an action sequence creation request from the node 10 (step S101), as in step S006 of FIG. 7, the network management information constructed by the topology management unit 22 is received. Obtaining and calculating the packet transfer path (step S102).
  • the control server 20 does not calculate the route except when the route cannot be created or the node on the route cannot be transferred (No in step S103).
  • An action corresponding to the transfer path is calculated (step S104), and an action sequence is generated (step S105). For example, when the path of the node 10 of DPID # 2 and the node 10 of DPID # 3 is obtained from the node 10 of DPID # 1, “Output to Port # 9 by DPID 1 / Output to Port # 6 by DPID 2 / Output to Port # 1 by DPID 3 "is generated.
  • control server 20 when the generation of the action sequence is completed, the control server 20 generates a FlowKey (matching key) for determining matching of the subsequent packet, and sets the calculated action sequence in the received packet.
  • a flow entry in which two pieces of information including an action to be executed by the node that has received the received packet is defined is generated (step S106).
  • the control server 20 transmits a flow entry to the request source node 10 of the action sequence (step S107), and if the node 10 does not buffer the packet (No in step S108), instructs the packet output instruction. This is performed (step S109).
  • This packet output instruction indicates a packet to be output (received packet) and an action to be performed on the packet (adding an action header and output processing from a specified port), or a packet to be output (Received packet) and flow table search are instructed.
  • packet transmission is omitted as will be described later with reference to FIGS.
  • FIG. 11 is a sequence diagram showing a flow until a new flow entry is registered based on a packet (received packet) sent from the communication node A and the packet (received packet) is transferred to the next hop. is there.
  • the node 10 determines that the action header is not added to the received packet, the node 10 searches the flow table 13 for whether or not the flow entry has already been created (same as step S004 in FIG. 7). . At this point, since the corresponding entry is not registered in the flow table 13, the node 10 requests the control server 20 to create an action sequence (same as step S006 in FIG. 7).
  • the control server 20 that has received the action sequence creation request calculates the transfer path and action sequence of the received packet as described above, and sets the calculated action sequence in the received packet and the reception thereof.
  • a flow entry having two pieces of information including an action to be executed by the node that has received the packet is generated (same as steps S102 to S106 in FIG. 10).
  • the node 10 that has received the flow entry registers the flow entry in the flow table 13 (same as step S007 in FIG. 7).
  • the node 10 when receiving a packet output instruction from the control server 20, the node 10 extracts an action to be executed by itself (same as step S008 in FIG. 7), and further adds an action header to the received packet (see FIG. 7 is the same as step S009 of FIG. 7), and is output from the designated port (same as step S010 of FIG. 7).
  • FIG. 12 is a modification of the operation sequence of FIG. 11 differs from the operation sequence of FIG. 11 in that the control server 20 instructs the packet output to be output (received packet) and the search of the flow table as an action in the packet output instruction in step S109 of FIG. 10 after transmitting the flow entry. It is a point to do.
  • the node 10 Upon receiving the instruction, the node 10 executes the flow table search again using the received packet as a key (step S004-2 in FIG. 12). Since the flow entry is registered in the previous step S007, the flow entry corresponding to the received packet is searched. The node 10 extracts an action to be executed by itself from the flow entry (same as step S008 in FIG. 7), adds an action header (same as step S009 in FIG. 7) to the received packet, and starts from the designated port. (Same as step S010 in FIG. 7).
  • the flowchart of FIG. 7 is replaced with the flowchart of FIG. 13, and the operation sequence of FIG. 11 is replaced with the sequence of FIG.
  • the difference between the flowchart of FIG. 7 and the operation sequence of FIG. 11 and the flowchart of FIG. 13 and the operation sequence of FIG. 14 is that a packet storage process (step S021) and a packet extraction process (step S022) are added.
  • the packet output instruction from 20 is omitted.
  • the buffer ID storing the received packet is attached to the action sequence creation request from the node 10 to the control server 20, and when the flow entry is transmitted from the control server 20 to the node 10,
  • the node 10 extracts the received packet from the designated buffer ID (step S022) after registering the flow entry (step S007), and extracts the action to be executed by itself and the action header. Addition is performed (steps S008 to S009) and output from the designated port (step S010).
  • the series of operations described so far are organized and described.
  • the communication node A sends a packet having a header X to the communication node B ((1) in FIG. 15)
  • the node # 1 that has received the packet searches its own flow table, but the corresponding entry is Therefore, the control server 20 is requested to generate an action sequence corresponding to the packet ((2) Packet-In in FIG. 15).
  • the control server 20 generates a flow entry in which an action sequence (Acts) corresponding to the packet transmitted from the node # 1 and an appropriate matching key (X) is set, and returns it to the node # 1 ((4 in FIG. 15). ) FlowMod (Add)).
  • FIG. 16 shows a state where the node # 1 registers the flow entry in the flow table.
  • the control server 20 issues a packet output instruction to the node # 1 ((5) Packet-Out in FIG. 16)
  • the node # 1 adds an action header (Acts) to the received packet and adds the node # 1. 2 ((6) of FIG. 16).
  • Node # 2 reads the action to be executed by itself contained in the action header (Acts) and outputs the received packet from port # 5. The packet output from node # 2 is input to node # 3.
  • Node # 3 reads out the action to be executed by itself contained in the action header (Acts), deletes the action header (Acts), and outputs the received packet from port # 9.
  • the packet output from the node # 3 is input to the communication node B ((7) in FIG. 16).
  • the node # 1 that has received the packet makes an inquiry to the control server 20. Instead, it searches the flow table of its own device, generates an action header from the action sequence of the corresponding entry, and transmits it to the node # 2 ((9) in FIG. 17). Thereafter, the packets are transferred in the order of the node # 2 and the node # 3, and finally reach the communication node B ((10) in FIG. 17).
  • this operation is referred to as “breathing processing”.
  • an intermediate node is requested to generate an action sequence ((1) Packet-In in FIG. 18), an action sequence to be executed by the subsequent node is acquired, and an action header is obtained. Can be added.
  • the control server 20 can obtain a node that requires the breathing process when calculating a route and an action sequence.
  • the breathing process can be realized not only when the necessity arises but also by transmitting a flow entry to the corresponding node in advance.
  • control server 20 when the control server 20 receives an action sequence generation request ((1) Packet-In in FIG. 19), not only the node # 1 ((2) FlowMod in FIG. 19).
  • the flow entry can also be transmitted to the node # n ⁇ 1 ((3) FlowMod in FIG. 19).
  • FIG. 20 is a diagram showing a communication system according to the second embodiment of the present invention.
  • each node 10a includes an action table, and an action can be specified by indicating a pointer of the action table.
  • FIG. 21 is an example of a flow entry stored in the flow entry DB of the control server 20a according to the second embodiment of this invention.
  • each entry includes a DPID (data path ID), a flow key (flow key; matching key), a node on which an action is to be executed, and a pointer to the action table.
  • the size of the action header or the number of actions accommodated in the action header can be increased.
  • FIG. 24 is a diagram showing a frame format when an action sequence is stored in a part of the MAC DA field of the received packet.
  • 46 bits excluding the 7th and 8th bits (or the lower 2 bits of the 1st octet) from the beginning of the MAC DA field are used as the storage area for the action sequence.
  • the maximum number of output ports of each node is 64, the port can be uniquely specified with 6 bits. Therefore, as shown in FIG. 9A, a maximum of seven actions can be accommodated if only the ports are arranged.
  • FIG. 9C when adding the ID of each node, for example, if the length of the ID of each node is 8 bits, it is possible to accommodate a maximum of three actions.
  • the MAC DA field is used, but the MAC SA field and other fields may be used. Furthermore, the MAC DA field and the MAC SA field may be used in succession. In this case, the number of actions that can be accommodated increases.
  • the control server 20b generates a flow entry in which an action for replacing the matching key (X) and the header of the packet transmitted from the node # 1 with an action sequence header (X ′) is set, and returns it to the node # 1 (see FIG. 25 (4) FlowMod (Add)).
  • the control server 20b generates a flow entry in which an action to be output to a predetermined port after restoring the action sequence header (X ′) to the original header (X) is generated, and the node # that becomes the final hop of the route 3 ((5) FlowMod (Add) in FIG. 25).
  • control server 20b instructs the node # 1 to output a packet having a header with an action sequence header (X ′) ((6) Packet-Out in FIG. 25), the node # 1 The received packet is transferred to the node # 2 ((7) in FIG. 25).
  • Node # 2 reads the action to be executed by itself contained in the action sequence header (X ') and outputs the received packet from port # 5. The packet output from node # 2 is input to node # 3.
  • the node # 3 takes out the flow entry corresponding to the header with action sequence (X ′), restores the header with action sequence (X ′) to the original header (X), and then performs the restoration from the port # 9. Packet is output. The packet output from node # 3 is input to communication node B.
  • the node # 1 that has received the packet makes an inquiry to the control server 20b. Instead, it searches the flow table of its own device, and transmits a packet with an action sequence header (X ′) added to node # 2 according to the contents of the corresponding entry ((10) in FIG. 25). Thereafter, the packets are transferred in the order of the node # 2 and the node # 3, and finally reach the communication node B ((11) in FIG. 25).
  • this embodiment and the second embodiment can be combined.
  • a pointer indicating an action on the action table of each node if a pointer indicating an action on the action table of each node is used, one header is used. It becomes possible to accommodate more actions.
  • an action for returning the header (X ′) to the header (X) is stored in the action table of the node # 3, and a pointer (00x5) indicating the action is stored in the node # 3.
  • a pointer (00x5) indicating the action is stored in the node # 3.
  • the header restoration process can be realized by various methods. For example, as shown in FIG. 27, a flow entry for executing the next action can be added to the flow table of node # 3 of the last hop.
  • IP DA Internet Protocol Destination Address
  • ARP Address Resolution Protocol
  • MAC DA corresponding to IP DA To get.
  • (16) After restoring the header using the acquired MAC DA, (16) send the packet to the MAC DA receiving port.
  • the contents of the MAC DA field (00: 00: 00: 00: 00: 01) are stored in the MAC SA field as shown in FIG.
  • an action sequence is stored in the MAC DA field after evacuation, and the action is performed by writing back the MAC DA field to the final hop node # 3 using the contents of the MAC SA field.
  • an address (00: 00: 00: 00: 00: 02) is entered in the MAC SA field, but this value may be an appropriate value.
  • the accommodation destination of the action sequence is not limited to the example in FIG. 24, and other fields such as a MAC SA field, VAN_ID (VID), and Type can also be used.
  • VAN_ID VAN_ID
  • Type can also be used.
  • the control servers 20 and 20a to 20f of the above-described embodiment can be realized as dedicated servers.
  • the nodes 10, 10a to 10f include, in addition to the OpenFlow switch, a router in the IP network, MPLS (Multi-Protocol). It can be realized by an MPLS switch in a Label Switching network.
  • the present invention can be applied to any network where the server centrally manages nodes in the network.
  • the action sequence setting unit 16 that sets the action sequence and the entry node (for example, node # 1 in FIG. 18) that is the starting point of the route and the node that performs the breathing process ( For example, it may be at node # n-1) in FIG. Therefore, when it is known which node in the network corresponds to the entry node and the node that performs the breathing process, the action sequence setting unit 16 can be omitted.
  • a flow table of a node that does not require at least an intermediate breathing process becomes unnecessary, and the number of entries can be reduced even in a node that requires a flow table. Therefore, the present invention can be suitably applied to a commercial network such as a data center.

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Abstract

　ノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むパケットを用いる。データ転送ネットワークのノードは、前記パケットの前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行する（図１）。

Description

通信システム、ノード、制御サーバ、通信方法およびプログラム
　本発明は、通信システム、ノード、制御サーバ、通信方法およびプログラムに関し、特に、ネットワークに配置されたノードによりパケットを転送して通信を実現する通信システム、ノード、制御サーバ、通信方法およびプログラムに関する。
　ネットワークに配置されたルータやスイッチ等のノードに、プログラムを実行させる技術としてアクティブネットワークが知られている（非特許文献１参照）。特許文献１には、事前のシグナリングにより、ネットワークのノードにアクティブコードを配置するシグナリング制御ユニットを備えるアクティブネットワークが開示されている。
　特許文献２には、異なるパケットリングを経由するパケットフローに対し、異なるパケットリングで一貫したサービスクラスを適用できるようにした光通信システムが開示されている。この光通信システムのノード装置は、他パケットリングから到着したパケットに付加されたリング間ヘッダ情報に含まれるリング間サービスクラスの情報を抽出し、この抽出されたリング間サービスクラスの情報に基づきパケットリング間で設定されるリング間サービスクラスとリング内サービスクラスとの対応関係を記録したテーブルを参照して到着したパケットに設定すべきリング内サービスクラスを決定し、この決定したリング内サービスクラスの情報を含むリング内ヘッダ情報を到着したパケットに付加する。
　また、ＩＰ網等における経路制御を行う方式として、ソースルーティングという手法が知られている。非特許文献２に規定されているとおり、ソースルーティングでは、中継するルータのＩＰアドレスを指定することによって実現される。
　非特許文献３に示すとおり、近年、オープンフロー（ＯｐｅｎＦｌｏｗ）という技術が提案されている。オープンフローは、通信をエンドツーエンドのフローとして捉え、フロー単位で経路制御、障害回復、負荷分散、最適化を行うものである。転送ノードとして機能するオープンフロースイッチは、オープンフローコントローラとの通信用のセキュアチャネルを備え、オープンフローコントローラから適宜追加または書き換え指示されるフローテーブルに従って動作する。フローテーブルには、フロー毎に、パケットヘッダと照合するルール（ＦｌｏｗＫｅｙ）と、処理内容を定義したアクション（Ａｃｔｉｏｎ）と、フロー統計情報（Ｓｔａｔｓ）との組が定義される（図６参照）。
　図２９に、非特許文献４に定義されているアクション名とアクションの内容を例示する。ＯＵＴＰＵＴは、指定ポート（インタフェース）に出力するアクションである。ＳＥＴ＿ＶＬＡＮ＿ＶＩＤからＳＥＴ＿ＴＰ＿ＤＳＴは、パケットヘッダーのフィールドを修正するアクションである。
　例えば、オープンフロースイッチは、最初のパケット（ｆｉｒｓｔ　ｐａｃｋｅｔ）を受信すると、フローテーブルから、受信パケットのヘッダ情報に適合するルール（ＦｌｏｗＫｅｙ）を持つエントリを検索する。検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つかった場合、オープンフロースイッチは、受信パケットに対して、当該エントリのアクションフィールドに記述された処理内容を実施する。一方、前記検索の結果、受信パケットに適合するエントリが見つからなかった場合、オープンフロースイッチは、セキュアチャネルを介して、オープンフローコントローラに対して受信パケットを転送し、受信パケットの送信元・送信先に基づいたパケットの経路の決定を依頼し、これを実現するフローエントリを受け取ってフローテーブルを更新する。
特表２００６－５１３６７１号公報 特開２００８－２３６６５２号公報
David L. Tennenhouseほか４名、"A Survey of Active Network Research", IEEE Communications Magazine, Vol.35, No.1, pp.80-86, January 1997 IETF，RFC791"INTERNET PROTOCOL" Nick McKeownほか７名、"OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks"、［online］、［平成21年8月27日検索］、インターネット〈URL：http://www.openflowswitch.org//documents/openflow-wp-latest.pdf〉 "OpenFlow Switch Specification" Version 0.9.0. (Wire Protocol 0x98) ［平成21年8月27日検索］ 、インターネット〈URL：http://www.openflowswitch.org/documents/openflow-spec-v0.9.0.pdf〉
　上記特許文献１、２及び非特許文献１～４の全開示内容はその引用をもって本書に繰込み記載する。
　以下に本発明による関連技術の分析を与える。
　非特許文献３のオープンフロー（ＯｐｅｎＦｌｏｗ）という技術によれば、各スイッチに、フローの特徴に応じた処理内容（アクション）を選択・実行させるためのフローテーブルを配置し、適宜書き換える必要がある。きめ細かな経路制御や品質確保などを実行する場合、このフローテーブルに上記マッチングルールの数に等しいエントリが必要となり、スイッチの負荷およびコントローラ側の管理負担が増大してしまうことが考えられる。
　非特許文献１や特許文献１のアクティブネット方式によれば、上記のようなテーブルを用いずに、所望のノードに特定の処理を実行させることができるが、非特許文献３のようなフロー制御を行うスイッチに適用した場合、各スイッチにプログラムライブラリを備えるか、パケットにプログラムそのものを含ませる必要がある。これでは、可能な限り転送ノードの制御機能を簡略化し、コントローラに集中させる非特許文献３の特長が失われかねない。
　本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ネットワークに配置されたノードの制御機能を簡略化するという要求を満たしつつ、各ノードが受信パケットに応じた処理を行わせる際に参照させるテーブルそのもの、あるいは、そのエントリ数を削減できる構成および方法を提供することにある。
　本発明の第１の視点によれば、データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むヘッダが付加されたパケットの、前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行するノードを含む通信システムが提供される。
　本発明の第２の視点によれば、データ転送ネットワークに配置され、前記データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むヘッダが付加されたパケットの、前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行するノードが提供される。
　本発明の第３の視点によれば、データ転送ネットワークに配置されたノードから受信した入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて、データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べた処理列を作成し、前記入力パケットを送信したノードに、前記処理列を送信する制御サーバが提供される。
　本発明の第４の視点によれば、入力パケットに、データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むヘッダを付加するステップと、前記データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが、前記入力パケットに付加された処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行する通信方法が提供される。本方法は、データ転送ネットワークを構成する転送ノードという、特定の機械に結びつけられている。
　本発明の第５の視点によれば、上記したノード、制御サーバを構成するコンピュータに実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。
　本発明によれば、ネットワークに配置されたノードの制御機能を簡略化するという要求を満たしつつ、各ノードに備えるテーブルそのもの、あるいは、そのエントリ数を削減した構成で種々の処理を行わせることが可能になる。その理由は、データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むヘッダを入力パケットに付加し、前記データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードに、前記入力パケットに付加されたヘッダ内の処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行させるように構成したことにある。
本発明の概要を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の構成を表した図である。 本発明の第１の実施形態のノードの詳細構成を表した図である。 本発明の第１の実施形態の制御サーバの詳細構成を表した図である。 本発明の第１の実施形態の制御サーバのフローエントリデータベースの構成を表した図である。 図５のフローキー（ＦｌｏｗＫｅｙ；マッチングキー）を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のノードの動作を表したフローチャートである。 アクションヘッダ（アクション列）の付加の一態様を説明するための図である。 アクションヘッダ（アクション列）の具体的態様を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態の制御サーバの動作を表したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のノードおよび制御サーバの動作シーケンス（新規フロー受信時）を表した図である。 本発明の第１の実施形態のノードおよび制御サーバの別の動作シーケンス（新規フロー受信時）を表した図である。 本発明の第１の実施形態のノードの別の動作例（新規フロー受信時）を表したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態のノードおよび制御サーバの別の動作シーケンス（新規フロー受信時）を表した図である。 本発明の第１の実施形態の全体動作を説明するための図である。 図１４の続図である。 図１５の続図である。 本発明の第１の実施形態のノードにおいて行われる息継ぎ動作を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態のノードにおいて行われる息継ぎ動作の別の例を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態の構成を表した図である。 本発明の第２の実施形態の制御サーバのフローエントリデータベースの構成を表した図である。 本発明の第２の実施形態のノードにおいて行われる息継ぎ動作の別の例を説明するための図である。 本発明の第３の実施形態のアクションヘッダ（アクション列）の付加（埋め込み）の一態様を説明するための図である。 アクションヘッダ（アクション列）を埋め込んだフレームフォーマットの例である。 本発明の第３の実施形態の全体動作を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態を説明するための図である。 本発明の第５の実施形態の全体動作を説明するための図である。 本発明の第６の実施形態の全体動作を説明するための図である。 アクション名とアクションの内容を例示した図である。
　１０、１０ａ～１０ｆ　通信ノード
　１１　サーバ通信部
　１２　フローテーブル管理部
　１３　フローテーブル
　１４　転送処理部
　１５　テーブル検索部
　１６　アクション列設定部
　１７　アクション抽出部
　１８　アクション実行部
　２０、２０ａ～２０ｆ　制御サーバ
　２１　フローエントリデータベース（フローエントリＤＢ）
　２２　トポロジ管理部
　２３　経路・アクション計算部
　２４　フローエントリ管理部
　２５　ノード通信部
　３０　通信ノード
　はじめに、本発明の概要について説明する。本発明の通信システムのノードは、受信パケットに付加されたアクションヘッダ内のアクション列（処理列）から、自装置が実行すべき処理を特定し、実行する機能を有している。
　ここで、前記アクションヘッダは、データ転送ネットワークの転送経路上の個々のノードが実行すべき処理を並べたものである。個々のアクションとしては、例えば、（１）ヘッダ内の宛先／送信元ＩＰアドレス、宛先／送信元ＭＡＣアドレス（ヘッダ）、ＶＬＡＮ　Ｔａｇ値を指定値に変更する、（２）パケットをドロップ（廃棄）する、（３）パケットを複数の指定ポート（インタフェース）から出力する（Ｏｕｔｐｕｔ）、などを定義することができる（図２９および非特許文献４の４頁－６頁「３．３・Ａｃｔｉｏｎｓ」、「Ｔａｂｌｅ５」参照）。図１の例では、受信パケットは、ＩＤ＝１のノードのポート＃５、ＩＤ＝２のノードのポート＃２、ＩＤ＝３のノードのポート＃３の順に送信されることになる。
　このように、アクションヘッダを付加したパケットを出力させることで、次々に指定した経路上のノードに処理を行わせることが可能になる。従って、冒頭に述べたアクティブネットのように個々のノードにアクティブコードを送信等することは不要であり、また、経路上のノード内のフローテーブルへのエントリの追加処理等も不要となる。
　なお、上記アクションヘッダの付加は、最初にパケットを受信したノードに実行させればよい。アクションヘッダ内のアクション列（処理列）は、外部の制御サーバなどに問い合わせて取得することとしてもよいし、当該ノード内に予め記憶されているアクション列（処理列）を埋め込むものとしてもよい。また、アクションヘッダの削除は、当該経路の終端となるノードに行わせればよい。
［第１の実施形態］
　続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムを示す図である。図２を参照すると、３つのノード１０と、制御サーバ２０と、ノード１０を経由して通信する通信ノード３０が示されている。なお、図２の例では、３つのノード１０と、制御サーバ２０と、２つの通信ノード３０を示しているが、それぞれの数は、あくまで例示であり、それぞれ任意の数とすることができる。
　図３は、ノード１０の詳細構成を表した図である。図３を参照すると、ノード１０は、制御サーバ３０と通信するサーバ通信部１１と、フローテーブル１３を管理するフローテーブル管理部１２と、転送処理部１４とを備えて構成される。
　さらに、転送処理部１４は、ユーザトラフィックとして受信したパケットに付加されているアクションヘッダから、自装置が実行すべきアクションを取り出して、アクション実行部１８に出力するアクション抽出部１７と、受信パケットにアクションヘッダが付加されていなかった場合に、フローテーブル１３を検索し、その結果をアクション列設定部１６に出力するテーブル検索部１５と、前記テーブル検索部１５にて検索されたエントリの自ノード以外のノードで実行すべきアクション列をアクションヘッダとして受信パケットに付加するアクション列設定部１６と、受信パケットに対し、アクション抽出部１７から出力されたアクション（自装置が実行すべきアクション）を実行するアクション実行部１８とを備えて構成される。また、アクション列設定部１６は、テーブル検索部１５によるフローテーブル１３の検索の結果、該当するエントリが無かった場合に制御サーバ２０に付加すべきアクション列を問い合わせる処理を行う。
　本発明のノード１０は、オープンフロースイッチに、上記アクション抽出部１７およびアクション列設定部１６を追加した構成にて実現することも可能である。
　図４は、制御サーバ２０の詳細構成を表した図である。図４を参照すると、制御サーバ２０は、フローエントリを格納したフローエントリデータベース（フローエントリＤＢ）２１と、ノード通信部２５を介して収集されたノード１０の接続関係に基づいてネットワークトポロジ情報を構築するトポロジ管理部２２と、トポロジ管理部２２にて構築されたネットワークトポロジ情報に基づいてパケットの転送経路および該転送経路上のノード１０に実行させるアクション列を求める経路・アクション計算部２３と、経路・アクション計算部２３にて計算された結果をフローエントリとしてフローエントリＤＢ２１に登録し、ノード１０からのフローエントリの追加または更新要求に応えるフローエントリ管理部２４と、ノード１０との通信を行うノード通信部２５とを備えて構成される。なお、ノード１０に対して追加または更新を指示したフローエントリを保持する必要が無い場合、フローエントリデータベース（フローエントリＤＢ）２１は省略することが可能である。また、フローエントリデータベース（フローエントリＤＢ）２１を別途外部サーバ等に設ける構成も採用可能である。
　図５は、フローエントリＤＢ２１に格納されるフローエントリの例である。図５を参照すると、各エントリは、ＤＰＩＤ（データパスＩＤ）と、ＦｌｏｗＫｅｙ（フローキー；マッチングキー）と、Ａｃｔｉｏｎｓ（アクション列）とから構成される。図５の例では、ＡというＦｌｏｗＫｅｙ（フローキー；マッチングキー）に適合するパケットに、「Output to Port #9 by DPID 1／Output to Port #6 by DPID 2／Output to Port #1 by DPID 3」というアクション列が付与される。
　図６は、ＦｌｏｗＫｅｙ（マッチングキー）のフィールド構成を示す図である。例えば、宛先アドレス（ＩＰ　ＤＡ）が特定のサーバであるパケットを受信したノード１０にＡｃｔｉｏｎｓフィールド（可変長）に定義したアクションを実行させることが可能になる。同様に例えば、特定のポート（Ｉｎ　Ｐｏｒｔ）から入力されたパケットについてＡｃｔｉｏｎｓフィールド（可変長）に定義したアクションを実行させることが可能になる。
　制御サーバ２０は、オープンフローコントローラの上記フローエントリＤＢ２１の構成あるいはノード１０に対して追加または変更を指示するフローエントリの内容を変更することにより実現することも可能である。
　続いて、上記したノード１０および制御サーバ３０の動作について説明する。図７は、上記ノード１０の動作を表したフローチャートである。図７を参照すると、ノード１０は、通信ノード３０や他のノード１０からパケットを受信すると（ステップＳ００１）、受信パケットのアクションヘッダから自装置が実行すべきアクションを抽出する（ステップＳ００２）。
　前記アクションの抽出の結果、アクションを抽出できた場合（ステップＳ００３のＮｏ）、ノード１０は、自装置が実行すべきアクションを実行する（ステップＳ００９）。
　一方、前記アクションの抽出の結果、アクションを抽出できなかった場合（ステップＳ００３のＹｅｓ）、ノード１０は、フローテーブル１３に、受信したパケットに適合するフローエントリがあるか否かを検索する（ステップＳ００４）。
　前記フローテーブル１３の検索の結果、受信したパケットに適合するフローエントリが発見された場合（ステップＳ００５のＹｅｓ）、ノード１０は、自身が実行すべきアクションを抽出した上で（ステップＳ００８）、見つかったフローエントリのアクション列をアクションヘッダとして、受信パケットヘッダに付加する（ステップＳ００９）。例えば、受信したパケットがあるフローエントリＤＢ２１に登録済みのパケットの後続パケットであるような場合、上記のように前記フローテーブル１３からの検索結果を用いて、自身が実行すべきアクションの抽出とアクションヘッダの作成・付加が行われる。
　一方、前記フローテーブル１３の検索の結果、受信したパケットに適合するフローエントリが見つからなかった場合（ステップＳ００５のＮｏ）、ノード１０は、受信パケットまたは受信パケットの一部を制御サーバ２０に送信し、アクション列の作成を要求する（ステップＳ００６）。
　制御サーバ２０からアクション列を受信すると、ノード１０は、受信したフローエントリをフローテーブル１３に登録する（ステップＳ００７）。その後、ノード１０は、制御サーバ２０からパケット出力指示を受信する（ステップＳ０１１）。前記パケット出力指示がフローテーブルの検索指示を伴う場合（ステップＳ０１２のＹｅｓ）、ノード１０は、当該パケットに適合するフローエントリがあるか否かを再度検索し（ステップＳ００４－２）、自身が実行すべきアクションの抽出（ステップＳ００８）と、得られたアクション列をアクションヘッダとして受信パケットヘッダに付加する処理を行う（ステップＳ００９）。また、前記パケット出力指示がフローテーブルの検索指示でなく、当該パケットに対し実行すべきアクション（即ち、アクション列の付加と指定ポートからの出力）を伴う場合も同様に、当該アクションに従って、自身が実行すべきアクションの抽出（ステップＳ００８）と、得られたアクション列をアクションヘッダとして受信パケットヘッダに付加する処理を行う（ステップＳ００９）。
　最後に、ノード１０は、自装置が実行すべきアクションを実行する（ステップＳ０１０）。
　ここで、上記ステップＳ００９におけるアクション列の付加方法について説明する。本実施形態では、図８に示すように、受信したパケットの先頭にアクションヘッダを追加（カプセル化）することによってアクションヘッダを付加しているものとする。その他、アクション列を受信パケットのヘッダに埋め込む方法を採ることもできるが、これは第３の実施形態として説明する。
　アクション列は、各ノード１０がそれぞれ実行すべきアクションを特定できる形態のものであれば、特に限定されない。例えば、図９（ａ）のように、各ノード１０が、適当なデリミタや別途設けたＬｅｎｇｔｈフィールド等に基づいて先頭から順番にアクションを取り出す構成を取ることができる。例えば、図９（ｂ）のように、各ノード１０が、先頭のポインタビットをインクリメント（１だけ加算）しながら、アクションを実行していく構成を取ることもできる。図９の（ａ）、（ｂ）いずれの場合もノード＃２は、ポート＃２から次ホップのノード＃３にパケットを転送し、ノード＃３は、ポート＃９から次ホップにパケットを転送していくことになる。
　また、図９（ｃ）に示すように、各ノードのＩＤと実行すべきアクションを組にしたアクション列を用いることもできる。図９の（ｃ）の場合、ＩＤ：Ｂを持つノード＃２は、アクションヘッダ中の自装置のＩＤ：Ｂが付された「Ｂ２」を取り出し、ポート＃２から次ホップのノード＃３にパケットを転送し、ＩＤ：Ｃを持つノード＃３は、アクションヘッダ中の自装置のＩＤ：Ｃが付された「Ｃ９」を取り出し、ポート＃９から次ホップにパケットを転送していくことになる。このようなアクション列の場合、アクションの記載順序が、転送経路上のノードの順序と一致していなくともよく、その都度アクションヘッダを書き換えなくとも各ノード１０が自装置で実行すべきアクションを特定することが可能となる。
　さらには、図９（ｄ）に示すように、各ノード１０についてそれぞれアクションヘッダ中のアクションを取り出すべき領域を決めておく方法を採ることもできる。図９の（ｄ）の場合、アクションヘッダのビット０－３からアクションを取り出すことが定められたノード＃２は、「２」を取り出し、ポート＃２から次ホップのノード＃３にパケットを転送し、アクションヘッダのビット４－９からアクションを取り出すことが定められたノード＃３は、「９」を取り出し、ポート＃９から次ホップにパケットを転送していくことになる。このようなアクション列の場合も、アクションの順序が、転送経路上のノードの順序と一致していなくともよく、その都度アクションヘッダを書き換えなくとも各ノード１０が自装置で実行すべきアクションを特定することが可能となる。
　図１０は、上記制御サーバ２０の動作を表したフローチャートである。図１０を参照すると、制御サーバ２０は、上記図７のステップＳ００６のように、ノード１０からアクション列の作成要求を受け取ると（ステップＳ１０１）、トポロジ管理部２２にて構築されたネットワークトポロジ情報を取得し、パケットの転送経路を計算する（ステップＳ１０２）。
　前記パケットの転送経路を計算の結果、経路を作成できない、経路上のノードが故障している等の理由により、転送できない場合（ステップＳ１０３のＮｏ）を除き、制御サーバ２０は、前記計算された転送経路に対応するアクションを計算し（ステップＳ１０４）、アクション列を生成する（ステップＳ１０５）。例えば、ＤＰＩＤ＃１のノード１０から、ＤＰＩＤ＃２のノード１０、ＤＰＩＤ＃３のノード１０という経路が求められている場合、「Output to Port #9 by DPID 1／Output to Port #6 by DPID 2／Output to Port #1 by DPID 3」というアクション列が生成される。
　次に、アクション列の生成が完了すると、制御サーバ２０は、後続するパケットのマッチング判定するためのＦｌｏｗＫｅｙ（マッチングキー）を生成し、受信パケットに、前記計算したアクション列を設定しなさいという情報および当該受信パケットを受信したノードが実行すべきアクションとの２つの情報が定義されたフローエントリを生成する（ステップＳ１０６）。最後に、制御サーバ２０は、アクション列の要求元のノード１０にフローエントリを送信した後（ステップＳ１０７）、ノード１０がパケットをバッファしていない場合（ステップＳ１０８のＮｏ）、パケットの出力指示を行う（ステップＳ１０９）。このパケットの出力指示は、出力すべきパケット（受信パケット）と、当該パケットに対し実行すべきアクション（アクションヘッダを付加して指定ポートから出力処理）とを指示すること、あるいは、出力すべきパケット（受信パケット）と、フローテーブルの検索を指示することによって行われる。なお、ノード１０がパケットをバッファしている場合（ステップＳ１０８のＹｅｓ）、後記図１３、図１４で説明するようにパケットの送信は省略される。
　図１１は、上記通信ノードＡから送出されたパケット（受信パケット）に基づいて、新しいフローエントリが登録され、当該パケット（受信パケット）が次ホップに転送されるまでの流れを表したシーケンス図である。
　上述したとおり、ノード１０は、受信したパケットにアクションヘッダが付加されていないと判断すると、すでにフローエントリ作成済みのフローであるかどうかフローテーブル１３の検索を行う（図７のステップＳ００４に同じ）。この時点では、フローテーブル１３に該当するエントリは登録されていないため、ノード１０は、制御サーバ２０に対し、アクション列の作成を要求する（図７のステップＳ００６に同じ）。
　前記アクション列の作成要求を受けた制御サーバ２０は、上述したように、受信パケットの転送経路およびアクション列を計算し、前記受信パケットに、前記計算したアクション列を設定しなさいという情報および当該受信パケットを受信したノードが実行すべきアクションとの２つの情報を持つフローエントリを生成する（図１０のステップＳ１０２からＳ１０６に同じ）。
　上述したとおり、フローエントリを受信したノード１０は、フローエントリをフローテーブル１３に登録する（図７のステップＳ００７に同じ）。
　その後、制御サーバ２０からパケット出力指示を受信すると、ノード１０は、自身が実行すべきアクションを抽出し（図７のステップＳ００８に同じ）、さらに、受信したパケットにアクションヘッダを付加して（図７のステップＳ００９に同じ）、指定ポートから出力する（図７のステップＳ０１０に同じ）。
　図１２は、図１１の動作シーケンスを変形したものである。図１１の動作シーケンスとの相違点は、制御サーバ２０がフローエントリの送信後、図１０のステップＳ１０９のパケット出力指示において、出力すべきパケット（受信パケット）と、アクションとしてフローテーブルの検索を指示する点である。
　前記指示を受けたノード１０は、受信パケットをキーとして、フローテーブルの検索を再度実行する（図１２のステップＳ００４－２）。先のステップＳ００７にて、フローエントリの登録を行っているため、受信パケットに対応するフローエントリが検索される。ノード１０は、受信パケットに、前記フローエントリから自身が実行すべきアクションを抽出し（図７のステップＳ００８に同じ）、アクションヘッダを付加して（図７のステップＳ００９に同じ）、指定ポートから出力する（図７のステップＳ０１０に同じ）。
　さらに、ノード１０のパケットのバッファ機能がある場合、図７のフローチャートは、図１３のフローチャートに置き換えられ、図１１の動作シーケンスは、図１３のシーケンスに置き換えられる。図７のフローチャートおよび図１１の動作シーケンスと、図１３のフローチャートおよび図１４の動作シーケンスとの相違点は、パケット保存処理（ステップＳ０２１）と、パケット取り出し処理（ステップＳ０２２）が追加され、制御サーバ２０からのパケット出力指示が省略されている点である。図１３、図１４の例では、ノード１０から制御サーバ２０へのアクション列作成要求に、受信パケットを格納したバッファＩＤを添付しておき、制御サーバ２０からノード１０へのフローエントリ送信時に、前記受信したバッファＩＤを添付することで、ノード１０は、フローエントリ登録後（ステップＳ００７）、指定されたバッファＩＤから受信パケットを取り出し（ステップＳ０２２）、自身が実行すべきアクションの抽出およびアクションヘッダの付加を行って（ステップＳ００８－Ｓ００９）、指定ポートから出力している（ステップＳ０１０）。
　図１５～図１７を参照して、ここまで説明した一連の動作を整理して説明する。通信ノードＡが通信ノードＢに宛てて、ヘッダＸを持つパケットを送信すると（図１５の（１））、パケットを受信したノード＃１は、自装置のフローテーブルを検索するが該当するエントリが無いため、制御サーバ２０にそのパケットに対応するアクション列生成を要求する（図１５の（２）Packet-In）。
　制御サーバ２０は、ノード＃１から送信されたパケットに対応するアクション列（Ａｃｔｓ）および適切なマッチングキー（Ｘ）を設定したフローエントリを生成し、ノード＃１に返送する（図１５の（４）FlowMod（Add））。
　図１６は、ノード＃１がフローエントリをフローテーブルに登録した状態を示している。この状態で、制御サーバ２０が、ノード＃１にパケット出力指示を出すと（図１６の（５）Packet-Out）、ノード＃１は、受信パケットにアクションヘッダ（Ａｃｔｓ）を付加してノード＃２に転送する（図１６の（６））。
　ノード＃２は、アクションヘッダ（Ａｃｔｓ）に含まれる自身が実行すべきアクションを読み出してポート＃５から前記受信パケットを出力する。ノード＃２から出力されたパケットは、ノード＃３に入力される。
　ノード＃３は、アクションヘッダ（Ａｃｔｓ）に含まれる自身が実行すべきアクションを読み出してアクションヘッダ（Ａｃｔｓ）を削除した上でポート＃９から前記受信パケットを出力する。ノード＃３から出力されたパケットは、通信ノードＢに入力される（図１６の（７））。
　その後は、図１７に示すように、通信ノードＡが通信ノードＢに宛てて、後続するパケットを送信すると（図１７の（８））、パケットを受信したノード＃１は、制御サーバ２０に問い合わせることなく、自装置のフローテーブルを検索し、該当するエントリのアクション列からアクションヘッダを生成してノード＃２に送信する（図１７の（９））。その後は、ノード＃２、ノード＃３の順にパケットが転送され、最後に、通信ノードＢに到達する（図１７の（１０））。
　なお、経路が長い場合や、アクションヘッダの長さに制約がある場合、経路の途中のノードにアクションヘッダを取得させる必要が生じることがある（この動作を「息継ぎ処理」という。）。この場合、図１８に示すように、途中のノードに、アクション列の生成要求を行わせ（図１８の（１）Packet-In）、後続するノードに実行させるアクション列を取得させて、アクションヘッダを付加させればよい。
　制御サーバ２０は、経路およびアクション列の計算時に、上記息継ぎ処理が必要となるノードを求めることができる。上記息継ぎ処理は、その必要が生じたときに行うだけでなく、事前に該当するノードにフローエントリを送信することによっても実現できる。
　例えば、図１９に示すように、制御サーバ２０がアクション列の生成要求を受けた際に（図１９の（１）Packet-In）、ノード＃１だけでなく（図１９の（２）FlowMod）、ノード＃ｎ－１にもフローエントリを送信してしまうことができる（図１９の（３）FlowMod）。
［第２の実施形態］
　続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図２０は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムを示す図である。図２に示した第１の実施形態との相違点は、各ノード１０ａが、アクションテーブルを備えており、アクションテーブルのポインタを指示することによりアクションを特定できるようになっている点である。
　図２１は、本発明の第２の実施形態の制御サーバ２０ａのフローエントリＤＢに格納されるフローエントリの例である。図２１を参照すると、各エントリは、ＤＰＩＤ（データパスＩＤ）と、ＦｌｏｗＫｅｙ（フローキー；マッチングキー）と、アクションを実行すべきのノードおよびそのアクションテーブルのポインタとから構成される。
　本実施形態によれば、アクションヘッダのサイズあるいはアクションヘッダに収容するアクションの数を増やすことが可能となる。もちろん、本実施形態においても、図２２に示すように、経路途中のノード１０ａに息継ぎ処理を行わせることが可能である。例えば、図２２のノード＃ｎ－１で息継ぎ処理が必要であることが判っている場合は以下のとおりとなる。まず、ノード＃ｎ－１のアクションテーブルに、受信パケットに、後続ノード＃ｎ以下に実行させるアクション列を記載したアクションヘッダを付加して送信する旨のアクションを格納しておく。そして、ノード＃ｎ－１に当該アクションを実行させるポインタが入ったアクションヘッダが入力されるようにすればよい。
［第３の実施形態］
　続いて、本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。上記第１、第２の実施形態では、アクションヘッダは受信パケットの先頭に追加する形で付加するものとして説明したが（図８参照）、図２３に示すように、受信パケットのヘッダの一部を書き換える態様を採ることも可能である。
　図２４は、受信パケットのＭＡＣ　ＤＡフィールド一部にアクション列を格納した場合のフレームフォーマットを示す図である。ＭＡＣ　ＤＡフィールドの先頭から７、８ビット目（または１オクテット目の下位２ビット）を除く４６ビットをアクション列の格納領域とした場合を考える。各ノードの出力ポートが最大６４ポートだとすると、ポートは６ビットで一意に特定できる。従って、図９の（ａ）のように、ポートだけを並べる形式ならば最大７個のアクションを収容することが可能になる。また、図９（ｃ）に示すように、各ノードのＩＤを付加する場合には、例えば、各ノードのＩＤの長さを８ビットとすると、最大３個のアクションを収容することが可能になる。なお、図２４の例では、ＭＡＣ　ＤＡフィールドを用いているが、ＭＡＣ　ＳＡフィールドやその他フィールドを用いてもよい。さらに、ＭＡＣ　ＤＡフィールドとＭＡＣ　ＳＡフィールドを連続して用いてしまってもよい。この場合、上記した収容可能なアクションの数はそれぞれ増大する。
　上記のようにＭＡＣ　ＤＡフィールドを利用してアクション列を埋め込む場合、最終ホップでＭＡＣ　ＤＡフィールドを復元する動作が必要になる。以下、図２５を参照して、本実施形態の動作を説明する。通信ノードＡが通信ノードＢに宛てて、ヘッダＸを持つパケットを送信すると（図２５の（１））、パケットを受信したノード＃１は、自装置のフローテーブルを検索するが該当するエントリが無いため、制御サーバ２０ｂにそのパケットに対応するアクション列生成を要求する（図２５の（２）Packet-In）。
　制御サーバ２０ｂは、ノード＃１から送信されたパケットのマッチングキー（Ｘ）およびヘッダをアクション列入りヘッダ（Ｘ’）に置き換えるアクションを設定したフローエントリを生成し、ノード＃１に返送する（図２５の（４）FlowMod（Add））。また、制御サーバ２０ｂは、アクション列入りヘッダ（Ｘ’）を元のヘッダ（Ｘ）に復元してから所定ポートに出力するアクションを設定したフローエントリを生成し、経路の最終ホップとなるノード＃３に送信する（図２５の（５）FlowMod（Add））。
　その後、制御サーバ２０ｂが、ノード＃１に対し、ヘッダをアクション列入りヘッダ（Ｘ’）としたパケットのパケット出力指示を出すと（図２５の（６）Packet-Out）、ノード＃１は、受信パケットをノード＃２に転送する（図２５の（７））。
　ノード＃２は、アクション列入りヘッダ（Ｘ’）に含まれる自身が実行すべきアクションを読み出してポート＃５から前記受信パケットを出力する。ノード＃２から出力されたパケットは、ノード＃３に入力される。
　ノード＃３は、アクション列入りヘッダ（Ｘ’）に対応するフローエントリを取り出して、アクション列入りヘッダ（Ｘ’）を元のヘッダ（Ｘ）に復元した後で、ポート＃９から前記復元後のパケットを出力する。ノード＃３から出力されたパケットは、通信ノードＢに入力される。
　その後は、図２５に示すように、通信ノードＡが通信ノードＢに宛てて、後続するパケットを送信すると（図２５の（９））、パケットを受信したノード＃１は、制御サーバ２０ｂに問い合わせることなく、自装置のフローテーブルを検索し、該当するエントリの内容に従い、アクション列入りヘッダ（Ｘ’）を付加したパケットをノード＃２に送信する（図２５の（１０））。その後は、ノード＃２、ノード＃３の順にパケットが転送され、最後に、通信ノードＢに到達する（図２５の（１１））。
　以上のような本実施形態によれば、第１の実施形態と比べて、アクションヘッダの分だけオーバーヘッドを低減することが可能になる。
　また、本実施形態と、第２の実施形態とを組み合わせることも可能であり、例えば、図２５のように、各ノードのアクションテーブル上のアクションを指示するポインタを用いることとすれば、一ヘッダに、より多くのアクションを収容することが可能になる。この場合の最終ホップにおけるヘッダの復元は、ノード＃３のアクションテーブルにヘッダ（Ｘ’）をヘッダ（Ｘ）に戻すアクションを格納しておき、ノード＃３に当該アクションを示すポインタ（００ｘ５）を指示してやればよい。
　上記ヘッダ復元処理は、種々の方法により実現することができる。例えば、図２７に示すように、最終ホップのノード＃３のフローテーブルに、次のアクションを実行させるフローエントリを追加することができる。まず、（１２）Ｘ’からＩＰ　ＤＡ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ　Ａｄｄｒｅｓｓ）を取得し、（１３）Ｉｎ　Ｐｏｒｔ以外のポートにＡＲＰ（Ａｄｄｒｅｓｓ　Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）　Ｒｅｑｕｅｓｔを送信し、（１４）ＩＰ　ＤＡに該当するＭＡＣ　ＤＡを取得する。（１５）取得したＭＡＣ　ＤＡを用いてヘッダを復元した後、（１６）ＭＡＣ　ＤＡの受信ポートにパケットを送信する。
　また例えば、ＭＡＣ　ＳＡフィールドをアクション列の格納に用いていない場合には、図２８に示すように、ＭＡＣ　ＤＡフィールドの内容（００：００：００：００：００：０１）を、ＭＡＣ　ＳＡフィールドに退避させた後に、ＭＡＣ　ＤＡフィールドにアクション列を格納し、最終ホップのノード＃３に、ＭＡＣ　ＳＡフィールドの内容を用いてＭＡＣ　ＤＡフィールドを書き戻してやるアクションを実行させる方法も用いることができる。なお、図２８の例では、ＭＡＣ　ＳＡフィールドにアドレス（００：００：００：００：００：０２）を入れているが、この値は適当な値でかまわない。
　なお、アクション列の収容先としては、図２４の例に限られず、ＭＡＣ　ＳＡフィールド、ＶＡＮ＿ＩＤ（ＶＩＤ）、Ｔｙｐｅ等のその他のフィールドを用いることもできる。またこのほか、上位レイヤのヘッダやデータ領域等の予め定めた位置にアクション列を収容する態様も採用可能である。
　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。上記した実施形態の制御サーバ２０、２０ａ～２０ｆは、専用のサーバとして実現することもでき、ノード１０、１０ａ～１０ｆとしては、上記オープンフロースイッチのほか、ＩＰ網におけるルータ、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）網におけるＭＰＬＳスイッチにて実現することができる。その他、サーバがネットワーク内のノードを集中管理するようなネットワークであれば、本発明を適用することが可能である。
　また、本発明の動作からも明らかなように、アクション列を設定するアクション列設定部１６は、経路の始点となる入り口ノード（例えば、図１８のノード＃１）と、息継ぎ処理を行うノード（例えば、図１８のノード＃ｎ－１）にあればよい。従って、ネットワーク内のどのノードが、入り口ノードと息継ぎ処理を行うノードに該当するかが判っている場合には、アクション列設定部１６を省略することが可能である。
　本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲（クレーム）の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合せないし選択が可能である。
　データセンタなどの商用ネットワークでは、ＱｏＳ（Ｑｕｏｒｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｅｒｖｉｃｅ）や、負荷分散のため、宛先アドレス、送信元アドレス、使用プロトコルといった様々な条件により、パケットの転送経路を厳密に制御する必要がある。本発明によれば、少なくとも中間の息継ぎ処理を要しないノードのフローテーブルが不要となり、また、フローテーブルが必要となるノードにおいても、そのエントリ数を削減することが可能となる。したがって、本発明はデータセンタなどの商用ネットワークへ好適に適用可能である。

Claims (33)

  1. 　データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むパケットを受信し、前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行するノードを含むことを特徴とする通信システム。
  2. 　前記処理列は、複数のノードが実行すべき処理で構成可能である請求項１の通信システム。
  3. 　前記パケットは、前記処理に必要なデータをさらに含む請求項１または２の通信システム。
  4. 　更に、入力パケットに前記処理列を含める処理列設定部を備えるノードを含む請求項１から３いずれか一の通信システム。
  5. 　前記処理列設定部は、入力パケットに前記処理列が含まれていない場合、前記入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて処理列を取得し、該処理列を前記入力パケットに含める請求項４の通信システム。
  6. 　前記処理列設定部は、自装置が実行すべき処理が前記入力パケットの前記処理列に含まれていない場合、前記入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて処理列を取得し、該処理列を前記入力パケットに含める請求項４の通信システム。
  7. 　さらに、前記入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて処理列を作成し、前記処理列設定部を備えた所定のノードに送信する制御サーバを含む請求項４から６いずれか一の通信システム。
  8. 　前記処理列設定部は、入力パケットに前記処理列が含まれておらず、かつ、当該パケットのヘッダ情報から対応する処理列を取得することができない場合に、前記制御サーバに対して前記入力パケットまたは入力パケットの一部を送信し前記処理列の送信を要求する請求項７の通信システム。 
  9. 　前記制御サーバは、前記処理列の送信を要求したノードに、入力パケットの所定領域の内容を、前記処理列に置き換えさせ、前記入力パケットから求めた最終ホップのノードに前記処理列に置き換えられた前記入力パケットの所定領域の内容を復元させる処理列を作成する請求項８の通信システム。 
  10. 　前記制御サーバは、前記処理列の長さが所定のサイズに収まるよう、前記処理列の送信を要求したノード以外の１以上のノードに、前記処理列の送信を要求する処理を実行させる請求項７から９いずれか一の通信システム。
  11. 　前記個々のノードは、さらに、処理内容を登録した処理テーブルを備え、
    　前記処理列は、前記処理テーブルに登録された処理内容を特定するポインタによって記述されている請求項１から１０いずれか一の通信システム。
  12. 　前記ノードが、前記処理列に含まれる１つ以上の処理を実行した後、前記入力パケットに含まれる処理列を更新する機能を持つ請求項１から１１いずれか一の通信システム。
  13. 　前記処理列内の処理は、処理を実行するノードの順番で並べられており、前記処理列に従って、パケットが前記個々のノードに転送されていく請求項１から１２いずれか一の通信システム。
  14. 　前記処理列内の処理は、当該処理を実行するノードと対応付けて記述されており、前記個々のノードが、前記処理列から自装置に対応付けられた処理を抽出して実行する請求項１から１２いずれか一の通信システム。
  15. 　データ転送ネットワークに配置され、
    　前記データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むパケットを受信し、前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行するノード。
  16. 　前記処理列は、複数のノードが実行すべき処理で構成可能である請求項１５のノード。
  17. 　前記パケットは、前記処理に必要なデータをさらに含む請求項１５または１６のノード。
  18. 　更に、入力パケットに、前記処理列を含める処理列設定部を備える請求項１５から１７いずれか一のノード。
  19. 　前記処理列設定部は、入力パケットに前記処理列が含まれていない場合、前記入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて処理列を取得し、該処理列を前記入力パケットに含める請求項１８のノード。
  20. 　前記処理列設定部は、自装置が実行すべき処理が前記入力パケットの前記処理列に含まれていない場合、前記入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて処理列を取得し、該処理列を前記入力パケットに含める請求項１９のノード。
  21. 　前記処理列設定部は、入力パケットに前記処理列が含まれておらず、かつ、当該パケットのヘッダ情報から対応する処理列を取得することができない場合に、前記処理列を送信する制御サーバに対して前記入力パケットまたは入力パケットの一部を送信し前記処理列の送信を要求する請求項２０のノード。
  22. 　さらに、処理内容を登録した処理テーブルを備え、
    　前記処理テーブルに登録された処理内容を特定するポインタによって記述されている処理列から、前記ポインタを読み出して当該ポインタに対応する処理内容を実行する請求項１５から２１いずれか一のノード。
  23. 　前記処理列に含まれる１つ以上の処理を実行した後、前記入力パケットに含まれる処理列を更新する機能を持つ請求項１５から２２いずれか一のノード。
  24. 　データ転送ネットワークに配置されたノードから受信した入力パケットに含まれる情報に基づいて、データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べた処理列を作成し、前記入力パケットを送信したノードに、前記処理列を送信する制御サーバ。
  25. 　前記処理列は、複数のノードが実行すべき処理で構成されている請求項２４の制御サーバ。
  26. 　前記パケットは、前記処理に必要なデータをさらに含む請求項２４または２５の制御サーバ。
  27. 　前記処理列を送信したノードに、入力パケットの所定領域の内容を、前記処理列に置き換えさせ、前記入力パケットから求めた最終ホップのノードに前記処理列に置き換えられた前記入力パケットの所定領域の内容を復元させる処理列を作成する請求項２４から２６いずれか一の制御サーバ。 
  28. 　前記処理列の長さが所定のサイズに収まるよう、前記処理列の送信したノード以外の１以上のノードに、前記処理列の送信を要求する処理を実行させる請求項２４から２７いずれか一の制御サーバ。
  29. 　処理を実行するノードの順番で並べられており、前記処理列に従って、パケットが前記個々のノードに転送されていくよう処理列を作成する請求項２４から２８いずれか一の制御サーバ。
  30. 　処理を実行するノードと処理と対応付けて記述されており、前記処理列から前記個々のノードが自装置に対応付けられた処理を抽出して実行できる処理列を作成する請求項２４から２８いずれか一の制御サーバ。
  31. 　入力パケットに、データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含めるステップと、
    　前記データ転送ネットワークのノードが、前記入力パケットに含まれた処理列に従って自装置が実行すべき処理を実行することを特徴とする通信方法。
  32. 　データ転送ネットワークに配置されたノードを構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    　前記データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べて構成された処理列を含むパケットを受信し、前記処理列に従って自装置が実行すべき処理を抽出する処理を実行させ、さらに、
    　前記抽出した処理を実行させるプログラム。
  33. 　データ転送ネットワークに配置されたノードからの要求に応じて処理列を作成する制御サーバを構成するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    　前記ノードから受信した入力パケットのヘッダに含まれる情報に基づいて、データ転送ネットワークのノードが実行すべき処理を並べた処理列を作成する処理と、
    　前記作成した処理列を前記ノードに送信する処理と、を実行させるプログラム。
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