MPLS Japan2012 (25min Talk, 5min Q&A)

Programmable
Flow
ProgrammableFlow
OpenFlow / Software Defined Networking
標準化動向、NEC現状製品、将来方向性
2012年10月15日
日本電気株式会社
岩田 淳
E-mail: a-iwata@ah.jp.nec.com
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Outline▐ 1. OpenFlow / Software Defined Networking(SDN)標準化動向▐ 2. OpenFlow / SDN による物理ネットワークの仮想化(OpenFlow Fabric)▐ 3. OpenFlow / SDN のWANへの適用
 Google のInter-DC向けOpenFlow/SDN
 モバイル端末向けOpenFlow/SDN
 キャリア伝送向けOpenFlow/SDN
 モバイルコア網向けOpenFlow/SDN

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OpenFlow / Software DefinedNetworking(SDN)標準化動向

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OpenFlow / SDNの活動の経緯▐ 2007年: Stanford大学 Clean Slate Program活動開始▐ 2009年: Stanford大学 Clean Slate Laboratory活動開始
 OpenFlow Consortiumでの OpenFlow spec(v0.8.9, v1.0), Trial活動
 http://www.openflow.org▐ 2011年3月: Open Networking Foundation標準化団体発足

Industry
標準化活動▐ 2012年5月: Open Networking Research Center(ONRC)発足

Industry
Open Source活動
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ＯＮＦとＯＮＲＣ

Board Members (as of 01/04/12)

Members (as of 01/04/12)
Big Switch Networks, Broadcom, Brocade, Ciena,Cisco, Citrix, Comcast, CompTIA, Cyan, Dell, Ericsson,ETRI, Extreme Networks, Force10 Networks, Fujitsu,HP, Huawei, IBM, Infoblox, Intel, IP Infusion, Ixia,Juniper Networks, Korea Telecom, LineRate Systems,LSI, Marvell, Mellanox, Metaswitch Networks,Midokura, NEC, Netgear, Netronome, Nicira Networks,
Nokia, Siemens Networks, Plexxi Inc., Pronto Systems,
Riverbed Technology, Spirent, Samsung, Tencent,
Vello Systems, VMware, ZTE Corporation….andgrowing
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ONF Standardization Scope
Northbound API DG
Northbound API

活動がマージController AgentArchitecture
Network Control Apps
Framework(Visualization, OAM, L4/L7 integration, …)
Control Plane

WG

Network Virtualization
Logical Topology/Path computation

Network Node OS
OpenFlow API
Switch Agent

Extensibility WG
Config-mgmt WG
Testing-interop WG
OpenFlow future DG

Data Plane

Data Forwarding

Ethernet Switch

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Hybrid WG
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Configuration & Management WG
Mission:Configuration of OpenFlow networks
1) Bootstrap OpenFlow network
2) Allocate resources within switches (ports, queues)

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Config-mgmt WG: Reference Model▐ Reference model Configuration Point OpenFlow Capable Switch

Configuration
Configuration
Point
Point
OF-CONFIG

Configuration
Configuration
Point
Point

Configuration
Configuration
Point
Point

OpenFlow

OpenFlow

OF Logical
SwitchOpenFlow
Capable Switch
resources(ports, queues)
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 OpenFlow Controller
 OpenFlow Logical Switch© NEC Corporation 2012

OF LogicalSwitch

Config-mgmt WG: ON-CONFIG protocol▐ Protocol candidates
 Own development (XML-based) WS-Management (DMTF)
 NETCONF (IETF) was chosen• Uses XML encoding▐ Model specification
 UML for high level (figures)
 YANG (IETF) vs.
XML schema + normative text
 XML schema preferred• good tool chain integration• YANG is still young andsupporting tools are very limited

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Logical Switch Type XML Schema

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Hybrid WG
 Mission• Understand the use-cases for integrating OpenFlow programmed state inexisting network and service architectures• Consider the interaction between OpenFlow and other control and OAM
protocols including, but not limited to STP, LLDP, SNMP, 802.1X

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Hybrid WG: Core Issue▐ Different Approaches“Ships-in-the-Night”
OpenFlow

Legacy“Integrated”
Legacy +Control
Plane (CP)OpenFlow

DataPlane
RouterRouter• A subset of ports controlled by OF, anothersubset controlled by router’s native CP –physical resources are partitioned• Integration possible via OF_NORMAL:• No definition of “normal” in OF-Spec

Page 12• Use OF for feature definition –augment the native control plane• No partitioning of resources• Can operate at different abstractionlevels (low-level like OF1.0 or higherlevel)

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ONF Discussion Groups

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applications

APInorthboundNorthbound API WG
controllers⇒現在、Architecture
Framework WGに統合

OpenFlow
protocolswitches

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OpenFlow / SDN による物理ネットワークの仮想化 (OpenFlow Fabric)

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OpenFlow/SDN Architecture
Application Layer
Network Applications
API
Control Layer
Controller内のAppsによってさまざまな制御が可能

Control Data Plane Interface(e.g., OpenFlow)
Network Device

Network Device

NEC Proprietary and Confidential

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APISDNControl
Network Services
Software

Infrastructure Layer
Network Device

API

Network Device

Network Deviceネットワークのシンプル化▐ プール化によってシンプルで柔軟に拡張できるネットワークを実現。
▐ 帯域需要にあわせてＰＦＳを容易に増設可能
ProgrammableFlowネットワーク

現在のネットワーク

ネットワークスイッチプール

ＮＷｱﾌﾟﾗｲｱﾝｽプール

PFC

制御

サーバプールPFS

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ネットワーク仮想化 #1 (L2/L3レイヤからL4/L7まで)▐ vRouter, vBridge, ネットワークアプライアンス, サーバ/端末を仮想NW上で統合設計 ( L2/L3機能からL4/L7機能までのネットワーク論理設計 )vRouter※VTN: Virtual Tennant Network

仮想ネットワーク

VTN1 (SubNetwork1)

vRoutervBridgevBridge

VTN2(SubNetwork2)

物理ネットワーク
PFC

Firewall
NAT
Load

OpenFlow
Protocolスイッチプール
Page 19balancer
ネットワークアプライアンスプール

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サーバプールネットワーク可視化#1 (物理網、仮想網構成)▐ ネットワークを物理NW、仮想NWで管理、可視化が可能
 L2/L3機能からL4/L7機能まで仮想網上で設計、経路制御 (CLI ) 物理NW、仮想NW上でトポロジー、通信フローの可視化 (GUI) ネットワーク設定/運用維持コストを削減 (仮想NW設定は物理NWに非依存)

vBridgevRouter

FirewallLoad Balancer
通信経路表示仮想ネットワーク

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物理ネットワーク

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ネットワーク仮想化 #2: トラフィック経路制御の高度化■ オープンフローによるトラヒック経路制御の高度化①フロー単位の経路制御によるネットワーク帯域の有効利用（マルチパス)②フローの片寄せによるネットワーク機器のメンテナンス性向上③NAT, Firewall, Load balancer等のネットワークアプライアンスプールを配備し、特定フローの通過設定可能（WayPoint機能）。高価なアプライアンスを適宜トラヒックOffloadすることでトータル設備コストを削減。
コントローラ

①

フロー１
フロー２

スイッチ

アプリ１

アプリ１
アプリ２

②フロー片寄せアプリ２

サーバ②メンテナンス可能

Page 21①③

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ファイヤウォール
ロードバランサ

Appliance Pool: 選択的 Appliance OffloadingNAT, Firewall, Cache Server, Proxy Server, Load balancer等のネットワークアプライアンスプールを配備し、特定フローの通過設定可能（WayPoint機能）。高価なアプライアンスを適宜トラヒックOffloadすることでトータル設備コストを削減。
従来のネットワーク構成

ProgrammableFlowのネットワーク

Firewall, NATなどを必ず通るネットワーク設計になることで、高性能な高価なFirewall,NATなどを導入の必要性

特定のTrafficをFirewall/NAT, Load Balancer
へ通すことで、Appliance負荷を軽減し、低価格なApplianceで対応可能。

ﾙｰﾀ

ProgrammableFlow
Controller

選択的Redirect

Firewall, NAT, .

Firewall, NAT,..
Cache server, ...

Switch全トラヒックが通過

Load Balancer .
Load Balancer .
SwitchPage 22

Appliance Traffic Offloading

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IT-NW統合連携制御 #2 : ネットワーク機器省電力化/保守効率化
通信量の少ない夜間や休日などにネットワーク機器の電源をOFFすることでIT/NW全体の消費電力を抑制。
日中、ネットワークを止めずに安全に機器メンテナンスを実施。ディザスタ・リカバリのトラフィックに優先経路を割り当てる運用可能
従来のネットワーク

ProgrammableFlowのネットワーク
経路制御

VM3 をライブマイグレーション
してサーバを集約

フローの集約

ProgrammableFlow
Controller
電源OFF
電源OFF

VM1

VM2

VM3

VM1VM1VM2 VM3

VM3

VM3

サーバは電源OFFできてもスイッチはOFFできない
Page 23

VM2 VM3

サービスを中断することなくフローの片寄せが可能

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ProgrammableFlowによるデータセンタ仮想化▐ スイッチ等のネットワーク資源を仮想化＆プール化し、仮想テナントネットワークを実現▐ クラウドサービスマネージャーとの連携により、仮想サーバ、ストレージ、ネットワークアプライ
アンス等のＩＴCリソース全体の有効な運用を実現。
クラウドマネージャ(OpenStack等)
NW仮想化

クラウドシステム
標準ＡＰＩ（OpenStack/ONF等）

仮想テナントネットワーク
ＩＣＴ
サービス
統合

VTN1
VTN2

仮想 ＩＣＴリソース
仮想化

PFC

NaaS

サーバ仮想化

ストレージ仮想化

仮想サーバー管理システム

IaaS 仮想ストレージ管理

SLB
FW
SLB
VM
vRouter FW
vBridgevRoutervBridge

vRouter vBridgeFirewallLoad
balancer
PFS

システム

VM

vBridgevBridge

ServerStorage
Storage

Storage

物理 ＩＣＴリソース

仮想ネットワークプール
Page 24仮想サーバプール

仮想ストレージプール

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WebSAM/OpenStack – ProgrammableFlow連携オーケストレーション
Interop2012 ShowCase＆NECブースでSDNデモ
OpenFlowを利用したSDN（Soft Defined Network）ソリューションをハイブリッドクラウド（プライベート・パブリック）で活用するデモンストレーション（実証実験※）
NECブース（プライベートクラウド）
WebSAM＋プログラマブルフロー

OpenFlow ShowCase（パブリッククラウド）
OpenStack＋プログラマブルフロー

クラウドマネージャ

サービス
利用者

クラウドマネージャ

集中一括制御仮想サーバ
コントローラネットワークプール

企業
もしくはIaaS事業者

サーバプール

IaaS
管理者～ハイレベルな運用環境を実現したい
企業・事業者様むけ～※プログラマブルフロー/WebSAM連携は、2012年3Q以降出荷予定です。

IaaS
事業者

集中一括制御仮想サーバ
コントローラネットワークプール

サーバプール

リソース提供～カスタマイズしたいSI力のある事業者様むけ～
ご協力：A10ネットワークス株式会社様（ロードバランサ）、フォーティネットジャパン株式会社様（ファイアウォール）

OpenFlow / SDN のWANへの適用- Google のInter-DC向けOpenFlow/SDN-モバイル端末向けOpenFlow/SDN-キャリア伝送向けOpenFlow/SDN

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GOOGLE のINTER-DC向け
OPENFLOW/SDN
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Google Inter-DCにおけるOpenFlow導入 #1▐ GoogleにおけるInter-DC網 (G-Scale)でのOpenFlow/SDN制御▐ OpenFlow SwitchはGoogleが自作。10G x 100ポートのLayer2/3 Switchのポート構成で、OpenFlowプロトコルをサポート▐ OpenFlow Controllerは、QuaggaベースのRouting Protocol
Softwareに、OpenFlow protocolでOpenFlow Switch制御機能を実装。Quaggaでは、BGP, IS-ISをサポート。DC間はBGP, DC内はiBGP, ISIS利用。
▐ Traffic Engineering Controllerは、OpenFlow Controllerの上位に存在し、WANネットワーク全体をモニターすることで アプリケーションレベル優先度 (現状 7レベル)での最適最適ルーティング
 アプリケーション単位のフローに対してのリソース割り当て DC間で巨大なデータコンテンツコピーを行う際のCopy
Schedulerと連携することでのネットワーク利用率の最適化
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Google Inter-DCにおけるOpenFlow導入 #2
Inter-DC (G-scale)Traffic EngineeringController

Internet (I-scale)

OpenFlow Controller(BGP, …)
インターネットWAN網
DataCenter 1

OpenFlow

OpenFlow Switch
OpenFlow ControllerOpenFlow Controller(BGP, …)
(BGP, …)
OpenFlow

OpenFlow
DataCenter 2
DataCenter 3
OpenFlow Switch OpenFlow Switch

モバイル端末向けOPENFLOW/SDN

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OpenFlowを用いた無線帯域とコア網のオフロード技術- モバイル通信の急増に無線LAN効率利用で対応▐ 課題： 携帯電話網の利用帯域軽減（オフロード)の際に無線LANの併用の際に、つながりやすさやセキュリティ維持に課題▐ アプローチ: キャリア側のコントローラ主導でモバイル端末を制御することで、
 アプリごとに適した無線アクセス網を選択（無線帯域オフロード）、また インターネットアクセス（コア網オフロード）を提供
 ユーザーはアプリごとの設定不要で、安全確保も高速通信も可能
支払い
映像

アプリごとに網選択ルールを適用

支払い
映像

呟きOpenFlow
Controller

Internet
モバイル
キャリア網

呟き覗

細WiFi

排他利用

Internet
モバイル
キャリア網

WiFi

OpenFlow
Switch機能

OpenFlow I/F
支払い 呟き映像

太

モバイル端末支払い 呟き映像

アプリ単位で無線アクセス網選択
・切り替え

最適な通信網を自由に設定し、高品質・高効率なサービスを実現Page 31

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キャリア伝送向けOPENFLOW/SDN

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OpenFlowベースパケットトランスポートPrototype▐ “Programmable packet transport node (P-PTN)”
 MPLS対応
 MPLS-TP OAM (IETF, ITU-T) 、linear protection
 OpenFlow-capable (TCP/IP, Ethernet and MPLS flows)▐ メトロ、アクセス、バックホール網の設定例
エッジ区分-サービス、アプリ、ユーザ
ネットワーク構成-加入者管理プロビジョニング-Pseudo-wire、LSP
監視

OpenFlow
Controller

DCDC

Core routers

モバイルトラヒック

MPLS-TP mesh transport

IP traffic(加入者 IP)

L2-VPN/L3-VPN
Enterprise
DCNEC Proprietary and Confidential

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Metro/Aggregation network

Core network

iPOP2012 ショーケースでのデモ
NEC OpenFlow
Switch (PF5240)

NEC Trema(OFC ver1.0)

NEC Trema(OFC ver1.1)

Spirent
TestCenter
Generator 2
Juniper MX80
(OF-MPLS Hybrid)
Generator 3

Slice 0

Slice 2

IP/ MPLS

Juniper MX80
(OF-MPLS Hybrid)

Slice 3

Hitachi
MPLS-TPNECOpenFlow
MPLS-TP(P-PTN)
MPLS-TP

Keio OXC
Hitachi
MPLS-TP

adaptation
adaptation

KDDI NOX(OFC ver1.0)

Slice 1
KDDI OXC
Generator 1
Slice 4NTT controller(GMPLS)

NEC Proprietary and Confidential

NTT OXC

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Keio Trema(OFC ver1.0)

SpirentTestCenter

OpenFlow / SDNの現状の課題と今後の期待

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おわりに #1
▐ 第一世代のOpenFlow/SDN技術
 クラウド・データセンター向けネットワーク仮想化技術製品を中心に製品化の立ち上がり．
 OpenStack OSS, OpenFlow OSS controller/vSwitchなどOpen
Sourceを活用したオーケストレーションの立ち上がり．
▐ 第二世代のOpenFlow/SDN技術 広域ネットワーク/WANへむけたOpenFlow/SDN技術の取り組み．
• Ｇｏｏｇｌｅでのデータセンター間ネットワーク最適化(BGP-OpenFlow)の取り組み• Verizon, DTなどキャリアネットワークでのOpenFlow適用の検討開始

 解決課題：キャリア向けのユースケースにおいて，性能監視/管理(OAM)，スケーラビリティ，キャリアグレードの品質・性能の担保の試み．
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ProgrammableFlow製品情報と問い合わせ先ProgrammableFlow製品概要情報、カタログ情報:
http://www.nec.co.jp/datanet/pflow/
企業・官公庁・通信事業者のお客さま 導入前のご相談・お問い合わせ窓口:
https://www.nec.co.jp/cgi-bin/contact/input.cgi

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