1 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. 著者が語る世界⼀分かりやすい SRv6 Mobile User-Plane

2 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. ⾃⼰紹介 堀場 勝広 / Katsuhiro Horiba (Ph.D) ソフトバンク株式会社 先端技術開発本部 ネットワーク研究室 室⻑代⾏ テクニカルマイスター(ネットワークの仮想化・ソフトウェア化技術） 2000-2005 2005-2010 2010-2015 2015-2022 • ⼤学でインターネット 技術の研究室に所属 • ⾼品質映像のIP伝送 • IPマルチキャスト放送 • ⼤学のITシステム運⽤ • ⼤学院に進学 • 学術ネットワーク運⽤ • ネットワーク仮想化 • 学術向けプライベート クラウド開発・運⽤ • プロジェクト特任助教 • NICTと共同研究 学術ネットワークSDN • SDN/NFVに関する 産学コンソーシアム • ソフトバンク⼊社 • 商⽤ネットワークの 設計・開発、SDN化 • 事業開発向けR&D クラウドゲーミング vRAN、SRv6、5GC

3 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. アジェンダ nモバイルネットワークのアーキテクチャ nBeyond 5G時代に残された課題 nSRv6 Mobile U-Plane nモバイルネットワークとSRv6の融合 n今後に向けて

4 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. モバイルネットワークのアーキテクチャ n端末(UE)、基地局(RAN)、交換機(CN)で構成される nRANとCNの間は、⼀般的な有線のIPネットワーク(TN) nRANとCNの間の仮想的な回線(GTP)は、IP/UDPのトンネル UE (User Equipment) RAN (Radio Access Network) DN (Data Network) CN (Core Network) GTP(GPRS Tunneling Protocol) TN (Transport Network)

5 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. モバイルネットワークの基本的な仕組み nUE(が接続されているRAN)をCNが追いかけていく仕組み nDNとの出⼊り⼝(GW)⼀箇所だけの想定 Transport UE-1はRAN-1の下にいる UE-1向けの回線は RAN-1に向けに送ろう RAN-1 RAN-2 UE-1 GW-1と接続して GW-1

6 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. モバイルネットワークの基本的な仕組み nUE(が接続されているRAN)をCNが追いかけていく仕組み nDNとの出⼊り⼝(GW)⼀箇所だけの想定 Transport UE-1はRAN-2の下に移動した UE-1向けの回線は RAN-2向けに変更 RAN-1 RAN-2 UE-1 GW-1と接続して GW-1

7 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. User Plane Control Plane 5Gのネットワークアーキテクチャ nUEの移動をRANがAMFに教える nAMFからUPF(Gateway)とRANの接続をSMFに依頼する AMF(*1) SMF(*2) UPF(*3) (R)AN UE DN AUFS PCF UDM NRF NEF AF (*1) Access and Mobility management Function (*2) Session Management Function (*3) User Plane Function

8 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Beyond 5G時代の新たな要件(1) nMEC(Multi-access Edge Computing) nRANの近くにサーバを置いて、低遅延なサービスを提供しよう RAN-1 RAN-2 UE-1

9 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Beyond 5G時代の新たな要件(2) nNetwork Slicing n物理的に同じ装置で、仮想的に異なるネットワークを提供しよう RAN-1 RAN-2 UE-1

10 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Beyond 5G時代の技術的な課題 n仕様が固まりきっていない、もしくは実現するのがとっても⼤変 nアプリケーションの開発マナーが根本的に変わってしまう ︖︖︖ MECの作り⽅ Network Sliceの作り⽅ オーケストレータがRAN, CN, TNを繋ぐ 異なる標準化団体の連携が必要で実現困難 UEの移動・MECアプリの起動に応じて 最適なネットワークを作り直す

11 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. 問題の根本的な原因 n電話由来の回線交換に根ざした考え⽅の限界が来ている nパケット交換の広帯域化は簡単、回線交換の⼤規模化は困難 交換機 交換機 回線交換 品質保証 接続数制限 ⼀対⼀通信 パケット交換 接続数無制限 多対多通信 ベストエフォート 回線占有 トレードオフ 混雑すると パケロス

12 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. 5Gのネットワークアーキテクチャの実際 nモバイルネットワークは、巨⼤なオーバーレイネットワーク nパケット交換網の上に、わざわざ回線交換網を作成している AMF SMF UPF (R)AN UE DN UPF MEC AUFS PCF UDM NRF NEF AF

13 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Beyond 5G実現⽅法の再検討 n回線交換モデルは苦しい、パケット交換モデルに発想を転換する n既存のモバイルネットワークのControl Planeを踏襲しつつ nIP経路制御に移動体通信を追加したUser Planeにする これまで これから 移動体通信機能 （by 回線交換） ⾼度なNW機能 (MEC,Slicing) ⾼度なNW機能 (by パケット交換) 移動体通信機能 （by IP経路制御）

14 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. IP Network 経路制御による移動体通信の実現⽅法 UE-1 UE-1 PE-4 RAN-1 RAN-2 Center UPF PE-3 BGP RR PE-1 PE-2 UE-1の終端ルータを IP的な経路で通知 配下のネットワークにおける UE-1の接続・離脱を通知 端末A向けトラフィック 端末A向けトラフィック n端末のIPアドレス向けのホスト経路を全PEルータが知れば良い n⼊れ替わりの頻度が⾼いL3VPNだと思えば良い nこう⾔う仕組みでVMのライブマイグレーションする⼈もいる

15 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. 3GPP標準との棲み分け n既存のモバイルネットワークのシステムを尊重し共存する nモバイルネットワーク内の情報に基づき、SRv6の経路を⽣成する UE RAN AMF SRv6 Router SRv6 Router GTP 3GPP準拠 IETF準拠 SMF BGP RR SRv6 Router MEC

16 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Segment Routing Network Segment Routing n所謂ソースルーティング nIngressで途中のルータで実⾏して欲しい動作(Segment)を パケットヘッダにつける nデータプレーンにはIPv6(SRv6)とMPLS(SR-MPLS)がある A B D E G X Y Payload Src=X, Dst=Y Payload SRH(A,F,G) Src=X, Dst=Y F C Payload Src=X, Dst=Y

17 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. SRv6(Segment Routing IPv6) nSegment RoutingのデータプレーンにIPv6を使う nIPv6拡張ヘッダ(Routing Header)を拡張した SRH(Segment Routing Header)でSegmentを表現する A B C D E X F 2001:DB8::A 2001:DB8::B 2001:DB8::E 2001:DB8::C 2001:DB8::D Payload SRH(A,B,E,F) Src=X, Dst=F Next Header Hdr Ext Length Routing Type Segment Left = 3 Last Entry Flags Tags Segment List[0] 2001:DB8::F Segment List[1] 2001:DB8::E Segment List[2] 2001:DB8::B Segment List[3] 2001:DB8::A

18 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. SRv6 Network Programming nSegmentが提供する機能(Function)を定義する n実⾏する機能をIPv6 Addressの中にエンコーディングする Locator Function Argument 128bit IPv6 Address A B C D E X F 2001:DB8:0:B:(Locator) Payload SRH(A,B,E,F) Src=X, Dst=F 1:1: à func1 1:2: à func2 Next Header Hdr Ext Length Routing Type Segment Left = 3 Last Entry Flags Tags Segment List[0] 2001:DB8::F Segment List[1] 2001:DB8::E Segment List[2] 2001:DB8:0:B:1:1::1 Segment List[3] 2001:DB8::A

19 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Network Programming Function nSegmentとして途中のルータが実⾏する機能 n新たに提案・標準化すれば、どんどん機能が増えていく JANOG 40 セグメントルーティング チュートリアル資料より

20 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. SRv6 for MUP(Mobile User-Plane) nGTPの持つ様々なパラメータをステートレスにSRv6の世界に転写 するNetwork ProgrammingのFunction nSRv6のGTPの付け剥がし⾃由⾃在 RAN UPF PE-1 PE-2 Payload SRH Src=UE, Dst=DN Payload GTP Src=UE, Dst=DN UE DN P Payload GTP Src=UE, Dst=DN SA Src IP Address(RAN) DA Dst IP Address(UPF) Src UDP Port Dst UDP Port TEID Locator Function Argument PE-2 End.M.GTP4.E DA SA TEID T.M.Tmap End.M.GTP4.E

21 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. SRv6 for MUP(Cont’d) nPEがUEに向かう下りの経路を知っていればUPFをバイパス可能 nMECも超簡単に実現 RAN PE-1 PE-2 Payload SRH Src=UE, Dst=DN Payload GTP Src=UE, Dst=DN UE DN P Locator Function Argument PE-1 End.M.GTP4.E DA QFI TEID MEC PE-3 Route Next-hop UE/32 Locator Function Argument PE-1 End.M.GTP4.E DA QFI TEID SA Src IP Address(RAN) DA Dst IP Address(UPF) Src UDP Port Dst UDP Port TEID End.M.GTP4.E

22 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. SRv6 MUP Architecture for DMM nモバイルネットワークのC-Planeから、UE向けの経路を⽣成 n全てのPEルータに対してUE向けの経路として配布する RAN MUP-GW MUP-PE UE DN P MUP- Controller AMF SMF Payload SRH Src=UE, Dst=DN Payload GTP Src=UE, Dst=DN Route Next-hop UE/32 Locator Function Argument MUP-GW End.M.GTP4.E DA QFI TEID End.M.GTP4.E

23 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. End-to-End Network Slicing nSlicingの識別⼦に合わせてFlexAlgoのLocatorを切り替え nEnd-to-End Network Slicingも超簡単に実現 RAN MUP-GW MUP-PE UE P MUP- Controller AMF SMF Route Next-hop UE Locator Function Argument UE Slice#1 MUP-GW Algo Blue End.M.GTP4.E DA QFI TEID UE Slice#2 MUP-GW Algo Green End.M.GTP4.E DA QFI TEID P P Slice#2 Slice#1 Slice#1 Slice#2 DN Slice#2 Slice#1 End.M.GTP4.E

24 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. ソフトバンクの貢献 nIETF標準化 lSegment Routing IPv6 Mobile User Plane – https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-dmm-srv6-mobile-uplane/ lSegment Routing IPv6 Architecture for Distributed Mobility Management – https://datatracker.ietf.org/doc/draft-mhkk-dmm-srv6mup-architecture/ n3GPP標準化 lTR 29.892 Study on User Plane Protocol in 5GC – https://portal.3gpp.org/desktopmodules/Specifications/SpecificationDetails.a spx?specificationId=3403 – Candidate User Plane Protocolsの⼀つとしてSRv6を記載 – SRv6がMobile User-Planeとしての要件を満たすことまで合意

25 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. Internet Draftの著者紹介 松嶋 聡 / Satoru Matsushima ソフトバンク株式会社 エンタープライズ・アーキテクチャ室 担当部⻑ テクニカルマイスター(ネットワーク技術） MPLSやSRv6などの主要なネットワーク技術のRFC著者 川上 雄也 / Yuya Kawakami ソフトバンク株式会社 コアネットワーク本部 クラウド基盤R&D室 担当部⻑ プライベートクラウド、SDNの専⾨家 モバイル技術をインターネット技術で最適化することを⽬指してSBに転職 カーン アシック / Ashiq Khan ソフトバンク株式会社 コアネットワーク本部 クラウド基盤R&D室 室⻑ モバイルネットワーク、クラウド基盤、⾃動化のプロフェッショナル モバイルキャリア歴17年

26 Copyright © 2022 Softbank corp. all rights reserved. まとめ n既存のモバイルネットワークではBeyond 5G時代の新たな要件を 満たすのは⼤変になってきた n回線交換網からの脱却、パケット交換網へのシフトが鍵 nSegment Routing IPv6による移動体通信のサポート nソフトバンクは技術の提案、標準化に貢献していく