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1 FNSR 2014: 25min talk, 5min Q&A NEC における SDN/NFV への取り組み 2014 年 9 月 5 日 岩田淳 日本電気株式会社 情報 ナレッジ研究所

2 目次 背景 ネットワークモデル化技術 広域分散 IT/NWリソース最適化技術 SDN 検証技術 まとめ Page 2

3 SDN/NFV 技術の概要 SDN/NFV は ビジネスアプリケーションや運用システムから ネットワークを自由に設計 構築 運用し 迅速なビジネスや新サービスのイノベーションを実現する技術 SDN アーキテクチャ SDN+NFV の広域ネットワークへの適用 出展 : ONF white paper Page 3

4 SDN 商用化技術の現状 SDN 商用化はクラウド DC 等の IT/NW 融合の閉域網から拡大 エンタープライズデータセンタモバイルコア DC Network DC Network Virtual Network DC Network DC Network 既存のネットワークに影響を与えず セキュアな統合 共通基盤を構築 グローバルに分散するデータセンタをリモート管理 サービス構築時間を短縮 負荷変動に応じた柔軟なリソース追加により 効率的な利用を実現 Page 4

5 SDN/NFV 技術の適用領域拡大とその課題 均質な閉域網からヘテロな広域網への対応 無線 モバイル 光 DCネットワークなど多様性への対応 複数ネットワーク統合 ( マルチレイヤネットワーク ) への対応 ヘテロ IT/ ネットワークリソースの End-to-End 配備問題への対応 設備共用化に耐えうるリソース設計 地理的配備への対応 ネットワーク運用における高信頼化への対応 運用制御ソフトウエアの事前検証への対応 Page 5

6 アプローチ 異種ネットワーク全体を俯瞰し IT NW リソース全体を含めたリソース監視 制御により 課題を解決する End-to-End NFV 最適配備 状態把握 構成 設定変更 原因特定 抑制 SDN 検証技術 SDN 運用制御ソフトウエアの事前検証による運用の高信頼化 広域分散 IT/NW リソース最適化技術ヘテロ IT/NW リソースを End-to-End で最適配備による SLA 保証 ネットワーク制御機能 抽象モデル ネットワークモデル化技術 役割の異なるネットワークを共通の枠組みで制御 無線アクセス モバイルバックホール ( 光ネットワーク, 無線ネットワーク ) モバイルコア (NFV) データセンタ Page 6

7 ネットワークモデル化技術 - OBJECT-DEFINED NETWORKING 本研究は総務省の委託研究 ネットワーク仮想化技術の研究開発 として実施中 Page 7

8 本研究の狙い ネットワーク事業者の課題 サービスやトラヒックが変化するスピードに対し サービス提供までのリードタイムが長い 運用管理コストが増大 機器の利用効率が低下 アプローチ : End-to-end で統一的なヘテロネットワーク管理 制御 サービス提供のリードタイムを短縮し収益機会を拡大 自動化による設定工数削減 最適資源利用による機器コスト削減 統一的なヘテロネットワーク管理 制御 ( ネットワークオーケストレータ ) DataCenter 網 (OpenFlow/Overlay) WAN( 光 / パケットトランスポート ) 無線 モバイル網企業網 (RAN/MBH) (OpenFlow/Overlay) Page 8

9 ネットワークオーケストレータをささえるネットワークモデル化技術 - Object-Defined Networking アーキテクチャ ネットワークモデル化技術 : 鍵は 2 つのモデル定義 抽象ネットワークモデル : グラフ構造化により多様なネットワークを表現 ネットワーク制御モデル : ネットワーク構造をオブジェクト間の 演算子 ( オペレータ ) により高度なネットワーク制御を容易にプログラム化 AP プロバイダサービスプロバイダキャリア 抽象化層で帯域 / 遅延 /SLA だけを指定 拡張オペレータ機能 (AP プロバイダ向け ) 拡張オペレータ機能 ( サーヒ スフ ロハ イタ 向け ) 基本オペレータ機能 抽象ネットワークモデル 拡張オペレータ機能 ( キャリア向け ) オブジェクトオブジェクトオブジェクトオブジェクト プロトコル - オブジェクト変換 経路制御 / トラヒック制御 / 障害監視 / 運用管理など 詳細な制御 データモデルデータモデルデータモデルデータモデル OpenFlow オーバーレイ 光 パケットトランスポート モバイル Page 9

10 ネットワークモデル化技術詳細 OpenFlow だけでなく様々なネットワークに対する知見を活かして共通モデルを定義 ( 基本構造 + アトリビュート ) ネットワーク制御モデル 抽象ネットワークモデル 基本構造 アトリビュート付加 Topology: graph-based representation of network structure and statistics Flow: point/multipoint-to-point/multipoint communications, such as a set of OpenFlow flow entries, MPLS/optical paths, and overlay tunnels. Packet: in-band protocol-dependent communication like OpenFlow packet_in/out. マルチレイヤ経路計算技術や分散コントローラ技術により 大規模ヘテロネットワーク対応のオペレータを実現 Page 10

11 試作実証 : 国プロにおけるマルチベンダ連携制御 - JGN-X を活用した実証 : 統合可視化 GUI Data center Transport network Flow failure Data center OpenFlow Packet transport WDM WDM link failure User Network VXLAN Network OpenFlow Network Packet Transport Network Optical Network failure マルチレイヤ マルチベンダネットワークにおける統合可視化を実現レイヤを跨いだネットワーク構造 障害情報の関連付けによるトラブルシューティング今後は更に高度なネットワーク制御へ Page 11

12 ご参考 :O 3 プロジェクト ( 狙い : 広域ネットワークの SDN 化により以下を実現 ソフトウエアサービス記述により 要件を満たすサービスインフラを End-to-End で迅速に構築 運用 撤収 資源効率化による 広域ネットワーク活用の最適化 異なるサービス間の柔軟な相互接続 マイグレーション ネットワークモデル化技術 Page 12

13 広域分散 IT/NW リソース最適化技術 Page 13

14 ネットワークサービスインフラの仮想化における課題 設備を共用化した仮想環境でサービス品質 性能を維持すること Access Core Internet access Service Enterprise Service 性能見積り誤差に起因する非効率な資源活用 BRAS NAT 同じサーバを使用する通信サービス間の干渉 IDS NAT VPN IDS Logical Design 物理網構成に依存した通信遅延の悪化 LB Web Logical Design 数千のサーバがある仮想化環境で, ダイナミックに変動する通信サービスを人手で設計することは不可能 Page 14

15 広域分散 IT/NW リソース設計における課題 性能推定 性能最適化 グローバル配置 ローカル配置 Page 15

16 Border Node Border Node Service level assurance rate [%] 広域分散 IT/NW リソース最適化技術 1. 通信サービスの構成技術 : コンポーネント化された個別の通信機能 (VNF) を管理し, 柔軟に組み合わせて通信サービス構成を定義する技術 2. 論理資源量の見積技術 : 性能予測モデルから通信サービスに要求される論理資源 ( 仮想マシン ) のスペックを算出する技術 3. 論理 物理資源マッピング技術 : 物理構成を考慮して 要求される通信品質を満足するよう論理資源を物理資源に配備する技術 NFV Management & Orchestration 論理資源見積 サービス構成 論物マッピング 極め細やかなサービス品質を満足 従来比,2 倍フロー数を収容 構成設計の高速化 (~5sec/100 nodes) 提供する顧客価値 低遅延などのユーザ毎の要求に応じたカスタマイズ Internet access service :100Mbps Core :2 Mem: 2GB Core :2 Mem: 1GB Core :2 Mem :1GB Core :2 Mem :2GB Proxy FW NAT Router 100 Conventional Proposed 企業拠点の移転 拡縮小を通信性能を維持しながら迅速に対応 Enterprise access service :250Mbps Core :2 Mem :1GB Core :8 Mem :5GB Core :4 Mem :2GB Core :2 Mem :2GB FW IDS VPN-GW Router 0 Resource placement algorithm 自動スケールにより災害時などの通信逼迫状態を解消 Page 16

17 論理資源量の見積技術 ログ等の外部測定情報からサービス チェーン毎に振る舞いをモデル化し 性能を推定する技術 その予測モデルを活用し 負荷 性能要求を満たす必要論理リソースの推定が可能 従来 Mobile Access vp-gw APN APN APN Enterprise outsourced functions DPI Various functions, Various access policies SBC インフラ NAT /FW Various security levels Router/Ip sec GW Various tunneling types and protocols Router Enterprise services VPN VoLTE Operator s IMS Mobile Access 提案手法 vp-gw APN APN APN Enterprise outsourced functions DPI Various functions, Various access policies SBC インフラ NAT /FW Various security levels Router/Ip sec GW Various tunneling types and protocols Router Enterprise services VPN VoLTE Operator s IMS 構成情報 計測データ 性能予測モデル自動生成 APN Video Pacing Cache Analys is ISP with SLA APN Video Pacing Cache Analys is ISP with SLA 設定変更 見える化 障害通知 NW 監視人手による制御 制御 設定変更 最適解決定 異常通知 リソース変更 IT システム構成変更 流量変更 NW アプライアンス変更 各種打ち手をシミュレーションで事前評価 Page 17 運用理部門 対処を自動決定 高品質 低 OPEX

18 論理 物理資源マッピング技術 物理構成を考慮して 要求される通信品質を満足するよう論理資源を物理資源に配備する技術 探索空間の適切な絞込みで 複数種の論理資源を高速かつ高効率に大規模インフラ上に配備 ネットワーク経路計算 IT 資源マッピング 線形計画法での解法例 : サービス要求に対して物理回線容量を最小化するリソースを動的に払い出す これらを一つのグラフ最適化問題として解くことで ITW 統合最適化を実現 Page 18

19 Boarder Node (ingress) Boarder Node (egress) Number of links in a chain 論理 物理資源マッピング技術 #2 VM 配置とネットワーク制御を相互最適化し サービス毎の帯域保証を実現 サービス品質要求 (= 論理設計結果 ) Internet access service :100Mbps Core :2 Mem: 2GB Core :2 Mem: 1GB Core :2 Mem :1GB Core :2 Mem :2GB Proxy FW NAT Router Enterprise access service :250Mbps Core :2 Mem :1GB FW Core :3 Mem :5GB SBC Core :8 Mem :5GB IDS Core :4 Mem :2GB VPN- GW IP-Phone service :40Mbps Core :2 Mem :2GB Router Service level assurance rate [%] Conventional Proposed (Min, ave., max) Proposed Resource placement algorithm Conventional (Min, ave., max) Internet Enterprise Phone Page 19

20 サービスリードタイムを短縮する SDN 検証技術 本研究は総務省の委託研究 ネットワーク仮想化技術の研究開発 として実施済 Page 20

21 SDN がもたらす変化 物理結線不要でサービスを支えるネットワークを迅速に構築可能 ソフトウェアで サービスに応じた柔軟なネットワークを構築可能 さらに レガシ網では機種ごとに設定を取得していたが コントローラが集中管理する SDN では 機器設定間の齟齬の検出が容易化 高信頼な網の構築が可能 レガシ網 設定情報 SDN 網 機器ごとの異なる設定 機器の設定間の齟齬を見つけるためには 複数の機器の設定を照合する必要あり レガシ網 コントローラソフトウェア North-bound API コントローラ データプレーン 統一化された機器設定 コントローラによる集中制御のため 設定間の齟齬検出が容易に Page 21

22 SDN 検証技術によるサービスリードタイムの短縮 ネットワークを制御するコントローラソフトウェアをツールで自動検証 構築 確認 再構築の開発サイクルを迅速化することで 高信頼なネットワークサービスの導入時間を短縮 レガシ網の構築 ( 課題 ) 1) 人手で物理結線 2) 機器設定を寄せ集め 齟齬が無いかを目視確認 構築 確認とも人手 時間がかかる レガシ網 Page 22 設定取得 確認 構築 コントローラソフト開発 物理トホ ロシ SDN 検証技術を用いた網構築 検証ツール コントローラソフトで制御されるネットワークがとり得る振る舞いを網羅検査することで タイミング問題も検証 ( 効果 ) 網に問題が無いことを検証ツールで自動検証することで構築 確認 再構築のサイクルを迅速化 自動検証結果 OK もしくは ループ経路他 経路問題が発生しないことを事前検証

23 SDN 検証技術を利用した Trema アプリ検証ツール Trema アプリを入力とし 経路上の問題を検出 ループ経路の検出 パケットロストの検出 等 経路切替中など 途中経過で起こる問題 ( タイミング問題等 ) も含めて検証 実機がなくても検証可能 独自高速化技術により 一般的な検証方式より検証時間の 10 倍の高速化を達成 スライーッニチング ネットワークトポロジ記述 Trema アプリ ( プログラム ) ループ発生の恐れ パケットトレース sw1 sw3 sw2 sw1 Trema アプリ検証ツール Page 23

24 まとめ 広域 SDN/NFV を支える研究開発を紹介 ネットワークモデル化技術 広域分散 IT/NW リソース最適化技術 SDN 検証技術 O 3 プロジェクトを含め 開発技術をトライアルにより実証推進中 今後の展望 実証実験を通した新たな課題の整理 広域 SDN/NFV を活用し高付加価値サービスユースケースの強化 本研究は総務省の委託研究 ネットワーク仮想化技術の研究開発 として実施中 Page 24

25 未来に向かい 人が生きる 豊かに生きるために欠かせないもの それは 安全 安心 効率 公平 という価値が実現された社会です NECは ネットワーク技術とコンピューティング技術をあわせ持つ類のないインテグレーターとしてリーダーシップを発揮し 卓越した技術とさまざまな知見やアイデアを融合することで 世界の国々や地域の人々と協奏しながら 明るく希望に満ちた暮らしと社会を実現し 未来につなげていきます Page 25

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