SDN

システムイノベーションを支えるICT基盤技術

OpenFlow

ネットワーク仮想化

SDN/OpenFlowへの取り組み

最近，伝統的なネットワーク技術の制約にとらわれずに，柔軟にネットワークの制御を行うSDN（Software-Defined Networking）が注目されています．
NTTデータでは，SDNを実現する技術であるOpenFlowについて調査・研究をながそのひろし行い，独自のコントローラを開発しています．本稿では，SDN/OpenFlowの永園

弘

最新技術動向を紹介するとともに，NTTデータの今後に向けた取り組みにつNTTデータいて紹介します．

い，他社製品との差異化を図っていま

ク装置も，ハードウェアとソフトウェアす．このため，この独自機能を持つ機から構成されており，いくつかのネッ

コンピュータネットワークの主流で器を使用したネットワークでは，他社トワーク装置はソフトウェアが実装さあ る TCP（ Transmission Control製のネットワーク装置への置き換えがれています．しかし，そのハードウェアProtocol）/IPやイーサネットなどの難しくなる（ベンダロックイン）等のを制御するためのAPI（Application状態が生じています．

Programming Interface） を 機 器

従来ネットワークの課題＊１

技術は，OSI参照モデルで表現されるレイヤで分割される通信機能に基づ

また，情報システムへの要望は複雑ベンダが非公開としていたため，ユー

き，各レイヤで処理される信号の挙動化・高度化する中，これにこたえるた

ザが独自にネットワーキングを定義すが規 約 化 され， それらはI E T F

めネットワークを高度化させたくても，ることは不可能でした．

（Internet Engineering Task Force）

ネットワーク装置の機能制約によってこのような中 で登 場 したのがや IEEE（ Institute of Electrical

実現ができない場合があります．機器

O p e n F l o w です． O p e n F l o w とは，and Electronic Engineers）等の団ベンダが想定するアーキテクチャ以外

S D N を実 現 させる技 術 の１ つで，体を通じて標準化されています．そしのネットワーク構成は実現できないの

L2SwitchingやIP Routingのような，て，この規約に準拠したネットワークが原因であり，これを解決するために特定の機能を実現するネットワーキン

装置をベンダが開発することで，異なは，機器ベンダが必要とする機能を実グを表 現 する言 葉 ではありません．

るベンダどうしのネットワーク装置でも装するのを待つ必要があります．

OpenFlowの実体は単なるネットワー相互に通信できる仕組みが実現しています．
また，ほとんどの機器ベンダは，ネットワーク装置のハードウェアと各レイヤに応じた処理を行うソフトウェアのこのような従来ネットワークが抱えク装置に具備するべきインタフェースるさまざまな課題を解決する手段としです．SDNの標準化と普及を推進すて，OpenFlowが注目されています．

るONF（ Open Networking Founda-SDN/OpenFlowの定義

tion）がOpenFlowとして仕様化するのは，「OpenFlow Switchに搭載す両方を開発して提供しています．機器OpenFlowを正しく理解するためる構成要素と基本機能」，それを「リベンダは，独自のネットワーキングをに，SDNについて説明します．SDN

モートにあるコントローラから管理する実現するために，標準プロトコルの実とは，その名のとおり「ネットワーキためのOpenFlow Protocol」の２つ装に加えて，標準化されていない独自ングをソフトウェアで定義する」といになります．すなわち，OpenFlowがの機能を付加価値として追加実装を行うシステムアーキテクチャです．最近登場したことで，これまで機器ベンダ注目されているキーワードですが，こが非公開としていたハードウェアを制のアーキテクチャ自体は，これまでも御するためのA P I がオープンになり，存在していました．従来のネットワーユーザが独自にネットワーキングを定＊1

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OSI参照モデル：国際標準化機構によって策定された，コンピュータの持つべき通信機能を階層構造に分割したモデル．

NTT技術ジャーナル 2012.9

特集①ホストB に向けて通信を開始する②フローテーブルに経路制御ルールが見つからない

OpenFlow Switch③通信内容を送信し，経路制御ルールを問い合わせる

ホストA④通信内容を基に経路制御ルールを生成する

ルール⑦経路制御ルールに従ってホストB に通信を転送する

コントローラ⑥フローテーブルに経路制御ルールを追記する

ルール⑤経路制御ルールをOpenFlow
Switchに送信するOpenFlow Switch
転送系

転送系通信

制御系

制御系通信

ホストB

図１

義することが可能になります．

OpenFlow Switchの制御法

OpenFlowの基本動作

MACアドレスが送信する，ある特定の宛先IPアドレスへのフロー」「ある特定の物理ポートから受信した，TCPたネットワークも実現可能になります．

SDN/OpenFlow導入方式

OpenFlowが仕様として標準化すポート443の通信」のように，識別子

このような柔軟にネットワークの制るのはOpenFlow Switchに関する内を構成できます．識別したフローに対御が行えるため，部分的に実用化が始容であり，コントローラの動作についてしてOpenFlow Switchは「パケットまっているOpenFlowの導入方法としの規定はしていません．また，OpenFlow

転送」「パケット修正」などの制御処ては，hop-by-hop方式とoverlay方が制御する通信の単位は「フロー」と理を行います．このフローを制御する式の２種類のアーキテクチャに分類さ呼ばれます．従来のネットワーク機器情報は「フローエントリー」と呼ばれ，れます．

では，例えばL2スイッチであれば，宛OpenFlow Switchの「フローテーブ■hop-by-hop方式の特長

先 MAC（ Media Access Control）ル」と呼ばれるテーブルに格納していhop-by-hop方式では，すべてのネッを識別子としてスイッチがます． 一 般 的 にコントローラは，トワーク装置をOpenFlow Switchで転送先の物理ポートを特定し，その物OpenFlow Switchからの問合せを受構成させることで，エンド・ツー・エ理ポートからフレームを送出する，とけて，フローエントリーの生成を行い，ンドの通信をコントローラから一括でいう動作であり，L3スイッチであればOpenFlow Switchのフローテーブル制御します．このため，以下のような宛先IPアドレスを識別子にして同様にを更新します（図１）．

O p e n F l o w の特長を最大限に活かす＊２

アドレス動作します．一方，OpenFlowでは，これらの制御を組み合わせることで，宛先IPアドレスや送信元MACアドレ

O p e n F l o w S w i t c h でL 2 S w i t c h や（1） 柔軟な経路制御が可能

ス等，従来ネットワーク機器と同様なRouter等の従来ネットワーク装置と同

例えば，優先度の高い通信についてヘッダ情報を要素としてはいますが，等機能のエミュレートも実現可能です

これらの要素の組み合わせを識別子とし，従来ネットワーク装置では不可能して制御できることに大きな違いがあだったVLANを使用せずにMACアドレります．例えば「ある特定の送信元スのみでL2セグメントを隔てるといっことができます．

＊2

MACアドレス：ネットワーク上で，各ノードを識別するために設定されているLANカードなどのネットワーク機器のハードウェアに割り当てられる物理アドレス．

NTT技術ジャーナル 2012.957

システムイノベーションを支えるICT基盤技術

は帯域に余裕がある物理経路を経由しワークを活用してOpenFlowを導入すO p e n F l o w を活用して最適なネットてフローを転送し，それ以外の通信をることができます．また，ソフトウェアワークソリューションを提供するために，別の物理経路を経由させてフローを転ス イ ッ チ で あ る Open vSwitchは独自にコントローラを開発し，「バー送するような，通信の特性に応じた柔OpenFlow対応しているため，これをチャルネットワークコントローラ」と軟な経路制御が可能となります．

仮想サーバ等に組み込むことで，エッして提供をしています．このバーチャ（2） トラフィックモニタリングが可能

ジのネットワーク装置としOpenFlow

ルネットワークコントローラは以下のOpenFlow Switchはフローテーブ制御を行うことが可能です．

ような特長を持っています．

ルでフローの稼動状況を管理できるた（2） 経路情報の数を抑制が可能（1） カスタマイズが容易

め，輻輳が懸念される場合などに，あコントローラでは，エッジの情報やコ ン ト ロ ー ラ は ， Network OS

らかじめ経路の再計算を行うといった論理ネットワークの経路情報だけを保（ N O S ） とN O S - A p p l i c a t i o n対応が可能になります．

持し，エッジとエッジ間の物理経路情（NOS-AP）の２種類のソフトウェア■overlay方式の特長

報は保持しません．そのため，コントで構成されています（図 ２ ）．NOS-

ローラで管理する必要がある経路情報

APはネットワーキングを定義するための数を抑えることができます．のソフトウェアであり，独自の考えにoverlay方式は，サーバやデータセンタのエッジにあるネットワーク装置のみをO p e n F l o w で制御を行い，そのエッジまでの通信のリーチャビリティは従来のネットワークを活用します．一

基づいた経路制御や論理構成管理等バーチャルネットワークが実装できます．OpenStack等のネッコントローラ

トワーク制御を促したい上位システム

般的にo v e r l a y 方式では，通信元のN T T データは，グローバルI T イノとの連携機能もNOS-APで実現しま

エッジから通信先のエッジ間の通信にベータとして情報システムソリューショ

す．一方，NOSはOpenFlowの仕様

トンネリング技術を利用します．

ンを提供する立場にあります．近年，から，コントローラに実装が必要とな（1） 既存設備の流用が可能

顧客企業からの要望には，従来のネッる共通的な機能（OpenFlow Proto-通信の経路上にあるすべてのネットトワーク装置では実現が困難なネッcolの生成やイベント処理等）を提供

ワーク装置をOpenFlow Switchで構トワークを要求されることがあります．

しています．また，NOSをNOS-APか成する必要がないため，既存ネット

このような要 求 に対 して， S D N /ら効率良く制御するためのNOS-API

上位システムコントローラ API
バーチャルネットワーク
コントローラNOS-Application

NOS-Application（NOS-AP）・ ネットワークを定義する ためのソフトウェアである．
・ネットワーク制御に利用する論理構成情報や経路計算アルゴリズムを格納する．
・OpenStackなどの上位システムと連携させる機能（コントローラ API）も構成する．

上位システム連携
経路制御
論理構成管理⁝NOS-API
Network OSイベント処理
OpenFlowプロトコルの生成⁝

Network OS（NOS）
・OpenFlow Switchからのイベント処理や，OpenFlow
Protocolの生成など，OpenFlowの仕様として，コントローラに必ず実装するべき共通機能を有する．
・NOS-APからNOSを効率良く制御するために，NOS-APIを提供する．

OpenFlowプロトコル
OpenFlow
Switch

図２58

NTT技術ジャーナル 2012.9…

OpenFlow
Switchバーチャルネットワークコントローラのソフトウェア構成

特集①現在の状態②overlay方式で部分拡張③SDN/OpenFlowに完全移行

既設ネットワークが，従来のネットワーク装置で構成サーバ等のエッジにあるネットワーク装置をOpenFlowに置き換えて，overlay方式でSDN/OpenFlowを導入

既設ネットワークの更改・増設時に，順次OpenFlow Switchに移行することで，ネットワーク全体をSDN/OpenFlowで構成

従来のネットワーク装置

Open vSwitch
OpenFlow Switch

トンネ

OpenFlow
Switchル

既設ネットワーク
既設ネットワーク

従来のネットワーク装置の機能制約により，情報システムの高度化に合わせたネットワークの実現が難しい

既設ネットワークで実現できないネットワーク制御をOpenFlowで部分拡張を行う
ことで，ネットワークを高度化

図３

物理経路を含めたネットワーク制御が可能となり，トラフィック特性に応じた経路選択や，QoSなどのネットワーク制御を実現

SDN/OpenFlowの段階的導入

ます．

を提供しているため，コントローラ開に，複雑かつ巨大なネットワークでは，発のコスト削減・スピードの向上を実負荷の増大に応じて柔軟に性能や機能■参考文献

現しています．の向上が図れる仕組みが必要となりま（1） https://www.opennetworking.org/（2） http://thinkit.co.jp/book/2012/02/01/3150（2） スモールスタートが可能

す．バーチャルネットワークコントロー

O p e n F l o w の導 入 方 法 として，

ラ で は ， HA（ High Availability）

hop-by-hopとoverlayの両方式に対クラスタ構成で高い可用性を確保する

応しています．既設のネットワーク設とともに，コントローラの機能を分散

備が更改時期でないなどの理由でネッ配置することで，スケーラビリティへトワークの高 度 化 が難 しい場 合 に，の対応も実現しています．

SDN/OpenFlowをoverlay方式で構成させることで，既設のネットワーク今後の取り組み設備の高度化を実現することが可能に

これまでのS D N / O p e n F l o w は，なります．また，その後の設備更改にサーバに比べて遅れがちであったネット合わせて，順次ネットワーク装置をワークを仮想化できる技術として，主OpenFlow対応させることで，将来的にデータセンタネットワークに適用さにより高度なネットワークを実現するせる事例がほとんどでした．しかし，ことも可能になります（図３）．

データセンタネットワーク以外にも，従（3） 高い信頼性の確保

来のネットワーク技術では解決が困難

ネットワーク制御の一元化が可能なな課題を抱えるネットワークの領域はSDN/OpenFlowは，コントローラが数多く存在しています．

Single Point of Failureとなりやすい

NTTデータでは，これらの課題の解特徴があります．また，サービスプロ決を目指し，バーチャルネットワークバイダやパブリッククラウド等のようコントローラの機能拡充を図っていき

永園

弘バーチャルネットワークコントローラは，従来のネットワーク技術が抱えるさまざまな課題を解決することで，お客さまの情報システムの高度化を実現するための，SDN/OpenFlowの基盤技術を提供しています．

◆問い合わせ先NTTデータ
技術開発本部
TEL 050-5546-2308
FAX 03-3532-0487
E-mail rdhkouhou kits.nttdata.co.jp

NTT技術ジャーナル 2012.959