2016-ShowNetステージ-バックボーンの機能としてのSDN/NFV

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1. Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ShowNetに見る、 バックボーンの機能としてのSDN/NFV ～ 技術の適材適所でつくるサービスチェイニング ～
2. 2 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team Software Defined Networking • 様々な機能、定義、特徴がありますが、、 • ソフトウェアによるネットワーク制御？ • コントローラによる集中管理？ • 共通の大目的は、 今までのIPネットワークにはできなかったことの実現！ 2 SDN? NFV?
3. 3 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ShowNetでの取り組み • 2012年 : OpenFlowの登場 • オンデマンドなパスの切り替え • 攻撃トラフィックの吸い込み • トラフィックの分離 3
4. 4 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ShowNetでの取り組み • 2013年 : 実ネットワークへの適用 • キャッシュとの連携 • OpenFlowによるモニタリング • 出展者収容を仮想ルータと OpenFlowで構築 4
5. 5 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ShowNetでの取り組み • 2014年 : 仮想ネットワークの導入 • 出展者ごとの仮想ネットワーク • VAによるサービスの連結(NFV) • 外部APIによる構築の自動化 5
6. 6 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ShowNetでの取り組み • 2015年 : スケールアウトするNFV 6 • 出展者の収容を仮想ルータで行う のは2014年まで通り • OpenFlowとSR-IOVを使った ハードによるロードバランス • マルチコアの利用による 高スループットの実現
7. 7 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team 2016年のフォーカス: Service Chaining • バックボーンネットワーク技術との融合 • ネットワーク全体をSDNで構築するのは正直難しい • どうやってバックボーンとNFV網を適切に接続するか？ • そして、Network Functionの進化 • ソフトウェアパケット転送の高速化と高度化 7 ShowNet Backbone SDN/NFV Network どうやって繋ぎ、 制御するか？
8. 8 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team • BGP Flowspecで”乗り換え”、OpenFlowで”連結” • バックボーン上で、BGP Flowspecを用いて 狙ったユーザのトラフィックをNFV網へ乗り換える • Data Center内に構築されたNFV網 では、OpenFlowでよりきめ 細かなFunctionの連結を行う NFV網内は OpenFlowで制御 BGP Flowspecで NFV網へ 乗り換え SDN/NFV@ShowNet 2016 8
9. 9 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team BGP Flow Specification • BGPでフィルタールールを伝搬する技術 • RFC5575で規定。ActionのうちVRF Redirectを利用 • VRFを使って別面で作成したNFV網ネットワークに、狙った出展者 トラフィックをリダイレクト(乗り換え) 9 NFV Network Data Center (West) vMX(仮想RR) ASR9006 VRFによる 仮想スライス BGP Flowspec: 狙ったIPアドレスをマッ チして仮想面へ乗り換 えるよう経路広告 仮想面の VRF(290:510)へ 該当トラフィック をリダイレクト
10. 10 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team PF5248 PF5248 V350 OpenFlowによるサービスチェイン • DC内はOpenFlowでより細かいチェインを構築 10 • Flowspecでネットワークを乗り換え、 DC内ではOpenFlowで制御 • OpenFlow Switch • NEC: PF5248, FXC: V350 • Network Function • A10 Network Thunder 5435CFW: Firewall Thunder 6435TPS : DDoS Mitigator • Cisco Systems Firepower 9300 : Firewall Firepower 4120 : DDoS Mitigator • IP Infusion VirNOS : ACL base Firewall and Lagopus Lagopus NFV Network Thunder 5435CFW Thunder 6435TPS Firepower 4120 Firepower 9300 VirNOS VirNOS NetFPGA-SUME
11. 11 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team PF5248 PF5248 V350 OpenFlowによるサービスチェイン • DC内はOpenFlowでより細かいチェインを構築 11 • Flowspecでネットワークを乗り換え、 DC内ではOpenFlowで制御 • OpenFlow Switch • NEC: PF5248, FXC: V350 • Network Function • A10 Network Thunder 5435CFW: Firewall Thunder 6435TPS : DDoS Mitigator • Cisco Systems Firepower 9300 : Firewall Firepower 4120 : DDoS Mitigator • IP Infusion VirNOS : ACL base Firewall and Lagopus Lagopus NFV Network Thunder 5435CFW Thunder 6435TPS Firepower 4120 Firepower 9300 VirNOS VirNOS NetFPGA-SUME
12. 12 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ユーザごとにチェインを制御 • Flowspecで曲げ、 OpenFlowでつなげる • Rest APIで経路操作 • 瞬時にチェインを切り替え 12 http://172.16.x.x/install/45.0.y.y/24/tps-fp9 curl, httpie, wget, etc..
13. 13 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team トラフィック制御の適材適所 • BGP Flowspecで”乗り換え”、OpenFlowで”連結” • BGPというバックボーンにおけるトラフィック制御を取 り入れることで、SDNに特化した製品をいれることなく 狙ったトラフィックを誘導 • DC内でのみOpenFlowを使った 細かいチェインの制御を行う 13 NFV網、 OpenFlow制御 BGP Flowspecで DCへ乗り換え
14. 14 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ソフトウェアパケット転送技術の進化 • 高速パケットI/O技術を用いたソフトウェア • Intel DPDKに代表される、Poll Mode Driver、パケッ トのバッチ処理、そしてカーネルバイパス • DPDKを使った高速な仮想スイッチと仮想ルータの登場 • VirNOS: 仮想ルータ • Lagopus: 仮想OpenFlowスイッチ 14
15. 15 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team Lagopus and VirNOS • HV上の複数のVirNOSへ、Lagopusで転送 • DPDKなVMと仮想スイッチ間で”vhost-user”を利用 HV側の仮想スイッチと、VM側のドライバが、shared memoryを 介してパケットのやり取りを行う → 現状最速(?)のHV/VM間通信 15 HV Lagopus Lagopus Virtio Vhost-user (Kernelバイパス) HV NIC Shared Memory VM vNIC Shared Memory
16. 16 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team ソフトウェアパケット転送における考慮点 • コンピュータアーキテクチャへの理解が必要 • プロセスやワーカーのCPUへの割り付け方 • NICが接続されたCPUとVMが動作するCPU • どのCPUでどのプロセスを動かすかによって性能が大きく変化 16 core core core core core core core core Virtual Switch core core core core core core core core Virtual Router socket 0 socket 1 core core core core core core core core core core core core core core core core Memory socket 0 socket 1 Memory Memory Memory Virtual Router Virtual Switch
17. 17 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team Programmable Hardwareの利用 • さらなる未来: OpenFlowの次は？ • OpenFlowはマッチと書き換え。計算はできない • 5-tupleをマッチすると、32+32+16+16 = 2の96乗通り • 新しいプロトコルヘッダにはなかなか対応できない • →ハードウェアの挙動さえプログラミングしたい！ • NetFPGA-SUMEを使ったデモンストレーション 17 HV Lagopus Lagopus ② 埋め込まれた ハッシュ値をもとに 転送に使うVMへ OpenFlowで転送 ① Src/Dst IPから ハッシュ値を計算、 Src MACの下位8bitに 埋め込む Uplink Downlink Src/Dst IPを分散に使いつつ、 OpenFlowでマッチするのは8bit分のみ
18. 18 Copyright © Interop Tokyo 2016 ShowNet NOC Team SDN/NFV@ShowNet まとめ • 適材適所なフロー制御技術の活用 • “ネットワークの全てをSDNで”はハードルが高い ➢バックボーンはBGP Flowspecで、 ➢データセンター内はOpenFlowで。 • ソフトウェアによるパケット処理の進化 • 10Gbpsは出せる。25, 40, 100Gbpsと高速化にも期待 • 真剣に使うには、プログラミングだけでなく、 コンピュータアーキテクチャに立ち返る必要がある 18