MPLS JAPAN 2014
仮想NWにおける
サービスチェイニングの実装例
ジュニパーネットワークス株式会社
技術統括本部有村淳矢

“ON NET“ クラウドサービス
ブランチ
オフィス

モバイル
ユーザー

Internet
Cloud GW

HQ/DC
Private Cloud

Internet
Cloud GW

Internet
Cloud GW

インテリジェントxSP Cloud

Internet/VPN

NaaS

SaaS/XaaS
Cloud
DC Cloud

2SOHO/
エンターテイメント

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SDN,NFVを用いたアーキテクチャの進化
エッジクラウドクラウドデータセンター

VM、VAの生成、削除

NFV
VMs / NFV

VMs / NFV

VMs / NFV

サービスエッジ クラウド
(vCPE, vPEサービスの提供)

クラウドデータセンター(XaaSサービス提供)
GW Router

BROADBAND

NFV

NFV

BUSINESS
MX 3D

MOBILE
Physical Network

AccessService Edge

ポリシーベースでのトラフィックステアリング
3Core
PCEによるLSPのプロビジョニング
パスの効率利用、カレンダリング、メンテナンスモード

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THE PROMISE OF SDN & NFVSDNNFV§ Separation of the control plane fromthe data plane§ A centralized controller and view ofthe network§ Programmability of the network by
external applications
A broader definition:

A broader definition:

SDN will make the network programmablethat allows for greater levels of flexibility,automation, and control in the network.
4Implementation of network functions insoftware that can§ run on a range of industry standardserver hardware§ be moved to, or instantiated in,various locations in the network,without the need for installation of
new equipment.

An architecture for hosting andconnecting virtual functions that makeup a service

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サービスの仮想化
Tethered virtualized
control plane service withprotocol session.
(PGW, SGW, SAE, …)Shared virtualized
control plane service
in cloud with protocol
session(vRR, vMME, vPE …)

Forwarding plane
sampling to tetheredsystem(Jflow, analytics, …)

5x86-based switch/router

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サービスの仮想化とチェイニング
• x86ハードウェア上で仮想マシンとしてネットワークサービスを動作させる• トラフィックフローをサービスチェーンに振り分け• 全てのネットワークサービスやアプリケーションで汎用ハードウェアを使うことによるコスト削減• 仮想化によって弾力的なリソース活用が可能• サービス導入の短縮
仮想サービスのチェーン
Router6

EvolvedPacket
Core

FirewallDPI

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Cache

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NAT

Routerサービスの仮想化とチェイニング
Forwarding plane extended
through virtualized servicechain(e.g. CGN-FW-PCEF-JCE)

Forwarding plane
extended into cloudservice chain and back inDC
(vFF,vLB…)

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Small device virtualized
forwarding plane(vFW, IPSec, SSL, vCPE, …)

Forwarding plane
extended to anotherdeviceCopyright © 2014 Juniper Networks, Inc.

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Forwarding plane
extended into cloudservice chain(Media cache,optimization)

vCPE/vPE ユースケース
クラウド内仮想アプライアンスを用いた	  CPE,PE機能の提供	  インターネット	  Branch	   Switch	  	  Oﬃce	  PE	  Provider	  MPLS	  cloud	  	  vCPE	  DC	  GW	  VPN	  Edge	  L2	  PE	  vFirewall	  DC/CO	  Fabric	  +	  Overlay	  サービスチェイニング	  L2	  PE	  Switch	  Switch	  Branch	  Oﬃce	  8Branch	  Oﬃce	  Copyright © 2014 Juniper Networks, Inc.

vNAT	  

www.juniper.netvPE	  vCPE マネージドサービス
EXAMPLE: COLTvCPE – PE based
Branch Routing

Fibre
AccessRing

IP/MPLS
Network

Ethernet (e.g FE)

GE (.1Q)
Ethernet
CPE

CustomerLAN

Ethernet
HN/PE

IP Edge
Router(PE)

IP CPEvCPE – Extend to the Cloud
IP/MPLS
Network

Fibre
AccessRing
Ethernet (e.g FE)
CustomerLAN

Ethernet
CPE

Data
CentreGE (.1Q)
Ethernet
HN/PE

IP Edge
Router(PE)IP CPE

Services on
VM/
Cloud
Platform

http://downloads.lightreading.com/wplib/juniper/HR_Juniper_Innovative_Edge_WP_11_22_12.pdf
9Copyright© 2014
Juniper
Networks,
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Copyright© 2013JuniperNetworks,Inc. Inc.
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“SDN POP”
Currently: Services in CPE, Service cards and hosted appliances
Planning to evolve to “SDN POP’s” to leverage virtualization and automation

SDN Controller
顧客 A
PE (MX)

顧客 B

PE (MX)

L3 VPNInternet

PE (MX)
L5-7RoutingInstance

顧客 C

ターゲットサービス:• ファイアウォール、UTM• CDN• WAN 最適化
• SSL
• vCPE
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仮想アプライアンス
VMs onServerx86
ServerServers

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service function chaining abstractions
IETF service function chaining (SFC) workgroup
SC Service Chain
SF

SF

SF

SFI
SFN

SFI
SFN

SC

SFN

SFI
SFN

SFI
SFN

SFI
SPS

Service
Function
Node

SFN

Service Path Segment

SP Service Path
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Service
Function
Instance

SFN

SFI

SC
Service
Classifier

SFI

Service
Functionwww.juniper.net

サービスチェーニングの実装方法はPolicyBasedRouting

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OpenFlow

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Metadata

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Using
Virtual
Network

Contrailコントローラーのアーキテクチャ
VM,VA間接続のコントロールプレーンとして、
BGP,L3VPNのアーキテクチャを採用
Orchestrator
Network	  Management	  System	  (NMS)DMIRoute	  Reﬂector

IBGP

Control	  NodeRoute	  Reﬂector

IBGP

Control	  NodeSDN	  SystemIBGP

XMPP
VM

VM

PEP

PCE

MPLS	  over	  MPLS

VM

VM

PECE

VM

vRouter

Underlay	  Switch

MPLS	  VPN

Underlay	  Switch

ContrailvRouter

MPLS	  over	  GRE	  or	  VXLANIETF Draft / BGP-signaled end-system IP/VPNs
draft-ietf-l3vpn-end-system
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VM

Contrail アーキテクチャ•
オーケストレータ	オーバーレイのソリューション
•既存のIPインフラを有効活用
キャリアクラスのコントローラー•
標準プロトコルを採用•
動的なプロビジョニング•
コントローラーの冗長による信頼性•
相互接続による拡張性

•

REST

SDNコントローラー
SDNコントローラー

SDNコントローラー

ConﬁguraNon
ConﬁguraNon

BGP
フェデレーション

仮想マシン
仮想アプライアンス
VM

VM

VAAnalyNcs
AnalyNcs

Control
Control

XMPP

BGP
クラスタリング

BGP + Netconf|
OVSDB

既存のIPネットワーク

XMPP

仮想マシン
仮想アプライアンス
VM

VAvRoutervRouter

MPLS over GRE
E-VPN, VXLAN
によるオーバーレイトンネル

ゲートウェイマルチベンダーのエッジルーター「MX」、「EX9200」、その他

WAN, Internet
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VM

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データプレーン Encapsulation方式
Tunnel方式	
MPLS over GRE	

多くのルータで実装されているため、ゲートウェイとなるルーターと接続可能。
VRFに経路を落とし込むため外部ネットワークとの、特にL3ルーティングとの連携が容易となる。	

VXLAN	

多くのToRスイッチで実装されているため、VXLANゲートウェイとの連携に有利。
L3ルーティングする場合、外部装置のルーティングインスタンスや、VXLAN装置自身のVTEP-ルーティングインスタンス間接続が必要。	

Encapsulated	  payload
Tenant	  idenNﬁcaNon
Transport	  tunnel

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L3	  over	  MPLS	  over	  GRE

L4-­‐L7IP

MPLSGRE	  IPEthernet

L2	  over	  MPLS	  over	  GRE

L4-­‐L7	  IP

Ethernet	  MPLSGRE	  

IP	  L2	  over	  VXLAN

L3-­‐L7	  Ethernet	  VXLANUDPIP	  Ethernet	  Copyright © 2014 Juniper Networks, Inc.

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Ethernet	  Controller、vRouterでやり取りされるルーティングテーブル

Tunnelへの経路
収容装置の経路(接続情報)

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標準化ベースコントローラ Contrail
Orchestrator§ XMPP: RFC 6120, draft-marques-l3vpn-end-system§ BGP L3VPN: RFC 4364
§ BGP EVPN: draft-ietf-l2vpn-evpn§ NetConf: RFC 6241
§ Multicast: draft-marques-l3vpn-mcast-edge§ OVS-DB

REST

Overall architecture§ IETF NVO3 WG§ ETSI NFV ISG

VM
VM

Internet/VPN

VRF
VRF
VM
VM

Overlay data plane encapsulation:§ MPLS over GRE: RFC 4797
§ VXLAN (encapsulation only): draft-mahalingam-dutt-dcops-vxlan
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標準化ベース オーバレイコントローラ
PCRF、RADIUSといった加入者情報をもとにポリシーベースにオーバーレイのパスに転送を行うOrchestrator
REST

PCRF/
RADIUS

MobileResidential

Classifier

Universal
Edge

Business

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仮想マシンではなく仮想アプライアンスを配置
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仮想ネットワークを用いたサービスチェイニング
draft-mackie-sfc-using-virtual-networking- Juniper他、通信事業者との共著- BGPシグナリングとMPLSラベリング、VXLANを用いる場合、SFCは今日のネットワークに適用が可能であり、既存のネットワークや新しいプロトコルの追加や、修正を必要としない- アーキテクチャとして、物理デバイスと仮想装置でのハイブリッド形式でもサポート- 既存技術を組み合わせる事でサービスチェイニングを実現する
o 既存装置の機能実装やプロトコルの変更は行わずに実現
o 大規模にも展開できるスケールと、パフォーマンスを
o サービスファンクション間は物理や論理の接続性で定義されるのではなくルーティングおよびフォワーディングポリシーで定義
o 物理デバイスとハイパーバイザー上のフォワーディングインスタンス間で接続
o コントローラーにてトポロジの把握と経路計算を行うo サービスファンクションチェインを生成するための経路広報をBGPもしくはBGPスタイルのシグナリングで行う
o ロードバランシング、リバースパスについても言及
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物理デバイスによるサービスチェインモデル

Service 1

Service 2プロトコル/デバイス
ドライバ
物理インターフェース
Netconf

L2 Switch

加入者
ネットワーク

インターネット/VPN

ルーティング、
フォワーディング
テーブル
ルーティングインスタンス
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仮想環境でのサービスチェインモデル−１
VM1
Network-A

VM2
Network-B

XMPP

VM 1
or vRouterService 1

Service 2

VM 2
or vRouter

Hypervisor

Hypervisor上のVRF

VPN Tunnerl
MPLS over GRE
VXLAN,etc..

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Network-AからNetwork-Bへ転送するため、それぞれのVRFに隣接するサービスインスタンスをNext-hoptおして転送されていくCopyright © 2014 Juniper Networks, Inc.

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仮想環境でのサービスチェインモデル−２
テーブルにはService1へのNext-hopのみが存在

ホストサーバ

ホストサーバService 1

Service 2
XMPP

Netconf (create VRF)
BGP (route updates)

加入者
ネットワーク22

インターネット/VPN

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物理デバイスと仮想環境の混合モデル
ホストサーバアプライアンス装置

Service 1

Service 2
XMPP

加入者
ネットワーク23

インターネット/VPN

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ECMPを用いたロードバランシング方式-SFCを構成するSFインスタンスが分離されたVRFそれぞれに接続された場合、ロードバランシングはSFインスタンスに接続するVRF Egress インターフェースにて行われるコントローラーはBGP multi-pathルートをSFCエントリー側のVRFに広報

Controller
SFI-1
BGP multi-path route

ECMP

SFI-2

アグリゲート

VRF

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VRF

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リバースパスに対する解決策– DISTRIBUTE FLOW TABLE ACROSS ECMP SET-

ステートフルなApplicationでは行きと帰りの経路を同一のしなければならない
IP 5-Tappleなどをもとに、経路計算を行うだけでなく、コントローラーにてFlow tableをもち各VRFにリバースパスも一致するような経路広報を行う

Controller

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まとめ- SDN, NFVアーキテクチャについては引き続き今後も議論が必要- とはいえ、実装に向けての具体的な検証は進んでいる- さらなるスケール、パフォーマンスを伸ばして行くためにHWとSWの組み合わせによるSDN/NFVの実装、イネーブルメントが鍵に- draft-mackie-sfc-using-virtual-networkingでは仮想ネットワーク、BGPを用いたSFC方式を提案中- オーバーレイだけでなくアンダーレイも重要

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ご清聴ありがとうございました。