OpenFlowによるネットワーク構築と実証実験

日本電気株式会社
金海好彦

アジェンダ▐ OpenFlowとは▐ OpenFlowにおけるスライス定義▐ OpenFlowの広域ネットワーク展開▐ 事例
l JGN-X上のOpenFlowテストベッド
l Interop Tokyo 2011ライブデモ▐ まとめ

Page 2

OpenFlow とは (1/2)▐ OpenFlowコントローラ (OFC)l ネットワークの制御部
l フローテーブルの配布
l OpenFlowネットワークの把握• LLDP (Link Layer Discovery Protocol)
を用いる▐ OpenFlowスイッチ (OFS)l フローテーブルに従いパケットを転送・廃棄▐ OpenFlowプロトコル
l OFCとOFS間の通信用
l イベント毎(パケットイン)にOFSがOFCに通知
l OFCはフローエントリーをOFSに配信

Page 3▐ L2技術の拡張
l 既存L2ネットワークとの親和性が高いl イーサネットの転送原理を越えることが可能
l STP等のL2での制御プロトコルは不要
l OpenFlowに適したネットワークデザインが必要

OpenFlowとは (2/2)
タプル▐ フローの定義

IngressPort

input port

0/3[0x0003]

src mac addr

f04d.a255.c64c

dst mac addr

f04d.a255.c81b

input vlanany

ip prtocol
number0x800

src ip addr

192.168.20.1

IP addrsrc

dst ip addr

192.168.20.11

IP addrdst

src L4 port

45893

dst L4 port

3260

forwarding

hardwareforwarding

matched packets

1879

expire time

30sec

Ether
l 13タプル (= 名前空間)
dst MACl 一般的なTCPフローとは異なる Ether▐ フローテーブルl タプル指定l アクション
• 転送・廃棄l パケットカウント
l OpenFlowコントローラが作成l OpenFlowスイッチが参照

src MAC
EthertypeVLAN
TagIP
ProtocolIPToS
TCP/UDPsrc port
TCP/UDPdst port

Page 4

フローテーブル(例)OpenFlow SwitchingController
OpenFlow Switch specification

OpenFlow Switch
sw Secure
Channelhw Flow
Table

Page 5ow
lFnO pe ocoltP roSL
S/PTCPC

OpenFlowの特徴▐ OpenFlow is available for forwarding the packets beyond thefundamental rule of traditional L2 forwardingl Increasing the range of route selections for the researchers andapplications• Elastic development of slices

l Multi redundant routes• Full-mesh and/or loop topology on L2 network
利用者C

If it’s possible to connect among
OFSes, there is no problem!

OFS-2

HTTP Flow

利用者A

利用者A
OFS-1

OFS-4

利用者B
OFC Figures out OpenFlow network
topology

Mail Flow

利用者B

OFS-3

利用者A
Page 6

利用者C

OpenFlowにおけるスライス▐ Slicel The group of flow-tables is slicel Control of Flow tables is based onsome policies▐ Each slice on OpenFlow network▐ OpenFlow network overlays on an
existing network like JGN2plus

Flow table
Slice 3

OpenFlow NW

JGN-XPage 7▐ Traffic Engineeringl TE for every applicationl TE for operation andmanagement▐ Independent network on IP addressl Sensors networkl Video frame over Ethernet▐ VNO (Virtual Network Operator)
servicel Providing the network service on
Slice
Traffic Engineering

Flow Table
Slice 1

Flow Table
Slice 2VNO(Virtual Network Operator)

広域OpenFlow ネットワーク (1/2)▐ Target to provide some slices for every researchers▐ The issues to keep the feature of OpenFlow with widely deploying
OpenFlow network
l Leveraging the large-scale L2 and/or L3 network• I try to interwork to JGN2plus as a large-scale L2 network• I recognize the interwork of a large-scale L3 network including IP/MPLS as one ofthe future works

l Establishment of the logical neighbor relation among all OFSes
By overlay technology, I intend to accomplish the logical neighbor of each OFS

L2 network

L2 network

L2-SW
OFS-3

Terminal C

Page 8Zoom up

Port 2
VLAN-ID=200

Port 1
VLAN-ID=100
OFS

S
OF-SW
L2

L2-S
W

OFS-1

末端

L2 tunnel
OFS

OFS-2

端末

Terminal B

Terminal A

広域OpenFlow ネットワーク (2/2)▐ 2 OFSes on every core site of JGN2plus and 16
OFSes in JGN2plus in totall Core sites: NTT Otemachi，KDDI Otemachi，NTT Dojima，NTT Nagoya，KDDI Sendai，KDDI Kanazawa，NTT Okayama，NTTFukuoka
l For the connection to JGN2plus that is D-OFS(Distribution OFS)

JGN2plus
Loop detection port

VLAN trunk
L2-SW function• By QinQ，OpenFlow network overlay on JGN-X• Configuration of the link between the OpenFlow
port and the legacy L2 switch port, aka a hardloop• Prevention from the loop traffic by making theloop detection ports on OFSesl For the connection to researches that is EOFS (Edge OFS)

▐ Multi OFCs in JGN-Xl NOX，SNAC, Trema and NEC OFC(Commercial product)l FlowVisor is not installed

Page 9QinQ Tunnel port

OpenFlow function

D-OFS
VLAN trunk
E-OFS

user ports

JGN-X上のOpenFlowテストベッド

Page 10JGN-X上のOpenFlowテストベッド▐ OpenFlow技術を使った広域新世代テストベッドの構築
l 現在は，設計と評価，構築の段階• VPLSを用いてオーバーレイさせる予定

l OpenFlowの長所を生かしたテストベッド• フローテーブルにより利用者を識別• コントローラによる集中管理の弱点は存在するが，何とか克服したい．．．．
– OFCのクラスタリング構成，OFSによる冗長化▐ 2011年10月にサービスインを目指す▐ 最終目標は，各自のデスクトップ上から広域テストベッドが利用可能に
l OpenFlowだけにこだわる必要はない？！

▐ 海外テストベッドとの連携
l EU → OFELIAl US → Internet2, NLR
l アジア → 韓国

Page 11

JGN2plus上のOpenFlowネットワーク（物理構成）

E-OFS

ksendai2

JGN2plus links
Q in Q trunk links
OpenFlow available vlan links
mgmt and sec-chan seg. links

D-OFS
kkanazawa2

ksendai1

kote2

nfukuoka2
ksendai-gs4k-1

kkanazawa1

kote1

nfukuoka1
kote-ex4200-1

kkanazawa-gs4k-1
nfukuoka-gs4k-1

kote-gs4k-1

nokayama-gs4k-1

note-gs4k-1

ndojima-gs4k-1

nokayama1

nokayama2

Page 12ndojima1

ndojima2

nnagoya-gs4k-1

note1

nnagoya1

note2

nnagoya2

JGN2plus上のOpenFlowネットワーク（論理トポロジー）

E-OFS

ksendai2

P2P OF direct logical links by Q in Q
OpenFlow native links

D-OFS
kkanazawa2

ksendai1

kote2

nfukuoka2
kote1

kkanazawa1
nfukuoka1

nokayama1

nokayama2

Page 13note1

ndojima1

ndojima2

nnagoya1

nnagoya2

note2

実証実験
▐ 2010年と2011年のさっぽろ雪まつり・沖縄プロ野球キャンプ映像伝送実験
l 2010年• 放送局毎に異なったVLANで，スライスを提供• 放送局間の映像伝送で必要な品質要件を満足できるかを確認– 日本国内だけでなく，KORENのOpenFlowネットワークとも相互接続(データプレインのみ)を実施

l 2011年• 全放送局は同一VLAN上で異なったスライスをOFCにて提供• OFCのGUI• OFCから特定フローの動的経路変更• フローエントリーのセットアップ時間の測定• 海外回線を用いた長距離伝送

Page 14(抜粋: 2011年結果)
機器障害時の動的経路変更

Sapporohtb1

odoori1

hotnet1

Okinawa

hbc1

okinawa1
ksendai1

kote2

kkanazawa1
nfukuoka1

kote1

Osakambs1

nokayama1

ndojima1

ndojima2
Page 15

note1
nnagoya1

OFC GUI (2011 version)

Page 16

OFC GUI (2011 version)

Page 17

1.5 around Japan!
=
KDDI Otemachi -> Fukuoka ->Sapporo -> Sendai -> NTT
Otemachi -> Nagoya -> Dojima

OFC GUI (2011 version)

1.5 around Japan!
=
KDDI Otemachi -> Fukuoka ->Sapporo -> Sendai -> NTTOtemachi -> Nagoya -> Dojima

I enjoyed the feature of modifying theroute on OpenFlow network. J

Page 18

Interop Tokyo 2011 ShowNetと連携したデモンストレーション

Page 19ČÜíāĆüĄĂăõĂÿĈĂáßààĎôþĂćñüĆļ$ĝģŘũ■ InteropTokyo2011 ShowNetを利用したデモx¥¦ĩĝħĲĶĹĸŦůŕŌŀřŘŵœőųœĬ"ķmĔĴďňŭŁŚĬŮŒŵŐ
事業継続として求められるマルチサイトデータセンタの切り替えや、クラウドのリソース
ŝŀŢŮŖŚŷţŭŀŤŵřŴşŢŮŖňŸĨğĸŘũųŐřŰŵŎŬų
ハイブリッド（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

č±dĬŘŵœőųœļĦĬ U
●複数のデータセンタを一つの仮想ĎŘŵœőųœĩĝħıĠĸŜŖř
データセンタとしてみせるネットĎŲŵňĬyワークの構築čŘŵœőųœŰŤůĨĳďšűŵŰŤ●データセンタレベルでも、フローレベ
ĎůĨĳ¾®!cĩ"ķmĔė,«
ルでも負荷分散と切り替えが可能

É
適用例

čŝŀŢŮŖŚňŭŁŚĨĬŮŒŵ●ハイブリッドクラウドでのリソーÜÜÜÜŐŷţŭŀŤŵřŴşŢŮŖňŸス活用（プライベート・パブリック）čCDĴØĩĝħĲĶ●災害対策や節電として求めらÜÜÜĹĸŘŵœőųœĬ"ķmĔ
れるデータセンタの切り替えUľţŭ仮想アプŀľųŐライアンス

B¸BÚĬťŀųř
実証実験のポイントŴ±dĬŘŵœőųœĨ.ĞŜŖřŲŵňľŚŰŐļ$ĐŌŵŞ·ė)ŴŜŖřŲŵňėŎųţů・複数のデータセンタで同じネットワークアドレスを利用。サーバ移設が簡単・ネットワークがシンプルŴšĽŀľŁńŵůŴűŵŚŞŭųŌĳU(ŴŦůŕŗśųř{«ļ$ĐľţŭŀľųŐĳţŵů(・ファイアウォール・ロードバランサも仮想化・マルチテナント機能を利用。アプライアンスもプール化
Ŵšűŵ%QīĵķÇHkĭĦĬőųœĬŮŒŵŐļĐCkīĭőųœŵŰŤůĨ"ķmĔ・フロー制御により通常時は二つのセンタのリソースを活用。災害時にはセンターレベルで切り替え
Page 20
Page 20

NEC Confidential

■プライベートクラウド・パブリッククラウドのハイブリッドモデル
n ShowNetライブデモでは、実際に仮想ＤＣを停止させ切り替え①東京ＤＣ（プライベート）－大阪ＤＣ（パブリック）への切り替え②本社ー大阪ＤＣ（パブリックデータセンター）への切り替え
NECブース 本社

ShowNetネットワークプール

ネットワークプール

ＬＢ

ＦＷ

アプライアンスプール

サーバ

ストレージ
サーバプールShowNet 仮想東京DC（プライベートクラウド）
Page 21

ＬＢＦＷ

アプライアンスプール

①サーバ

ストレージ
サーバプールShowNet 仮想大阪DC（パブリッククラウド）②

■OpenFlowを使ったネットワークの特長
クラウドに向けたネットワークの仮想化を行うには従来のスイッチング技術を超える必要がある

OpenFlowに対応した全く新しいアーキテクチャ
プログラマブルフローをリリース
ネットワークリソースの物理と論理を分離します①１つの物理ネットワーク上に複数の論理的なネットワークが作れる②物理的に離れたデータセンタで、１つの論理ネットワークが作れる

Page 22

■ShowNet構成（物理構成）
ShowNetライブデモ 物理ネットワーク図

仮想アプラ
イアンス

Page 23

■ShowNet構成- 論理構成
ShowNetライブデモ 論理ネットワーク図（１つのネットワーク）
x.x.x.x/24

x.x.x.x/24

x.x.x.x/24

大阪ＤＣ

VM1
VM2

LB_OSK2

ShowNetFW_OSK1

vBr2-1

LB_OSK1

vBr3
VM3

FW_HQ1

vR0
vBr1
PC

Page 24

本社

FW_HQ2vBr2-2

LB_HQ1
LB_HQ2

VM4

■ShowNet構成- 全体構成
４つの仮想ネットワークを東京、大阪、本社のそれぞれ物理ネットワークにマッピングVM1

論理構成

VM2 VM3 VM3 VM4VM1
VM1
VM2 VM2
VM4 VM1VM3VM4vBR3

ShowNetShowNetPC

VM3

論理ネットワーク１

論理ネットワーク2
論理ネットワーク3
論理ネットワーク4

VM2vR

vBR1vRShowNet
vBR1
FW

vR
vBR2

vBR1
LB FW

FWvBR2

vBR3
vBR3

LB
LB

vBR2

PC

PC

物理構成
ServerServer
LB

LB

PFS

PFS

ShowNet大阪DC（パブリッククラウド）
Page 25

LB
FW

FW

本社
（NECブース）

ServerFW

PFS

ShowNet東京DC（プライベートクラウド）■ ShowNet デモ動作
マルチサイトデータセンタの切り替えや、クラウドのリソースハイブリッド（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
通常時は東京DCと大阪DCで利用

大阪ＤＣ（パブリッククラウド）のリソース活用

東京と大阪で同じセグメント・ネットワークアドレスを利用するので、増設が簡単送信元をみてあて先のDCを振り分け

東京DCのリソースが足りなくなった時、大阪ＤＣ（パブリッククラウド）のリソースを活用

東日本、西日本でトラフィックを分け、それぞれ東京ＤＣ、大阪ＤＣのリソースを活用

災害対策

システムの移設（節電対策）

宛先をみてシステム単位で経路を振り分け同じアドレスを利用するので、システムの移設やマイグレーションも簡単

システムの大阪ＤＣ（パブリッククラウド）への移設※東京ＤＣのシステム停止により節電が可能

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PFSから定期的にサーバの死活監視をし、災害時には経路を切り替えて、サービスを継続。

東京DCは災害時、大阪ＤＣ（パブリッククラウド）への切り替え

まとめ▐ OpenFlowの基本的な説明とその特長▐ データセンタ内だけでなく，広域展開することで，OpenFlow技術を用いたリソースアロケーションを目指す▐ JGN-Xを用いた新世代テストベッドサービス提供を目指す▐ セキュリティアプライアンスを連携したリソースアロケーションの実証
実験

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