SDN JAPAN 2012 プログラム プログラム (2 日目 ) テーマ : 技術者 研究者から見た SDN/OpenFlow OpenFlow を用いたファブリック製品の実装例とクラウドマネージャの連携について 2012 年 12 月 7 日 NEC 宮永直樹

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1 SDN JAPAN 2012 プログラム プログラム (2 日目 ) テーマ : 技術者 研究者から見た SDN/OpenFlow OpenFlow を用いたファブリック製品の実装例とクラウドマネージャの連携について 2012 年 12 月 7 日 NEC 宮永直樹

2 アジェンダ NECのSDNへの取り組み OpenFlowファブリックと他のファブリック方式との違い IaaS 仮想化基盤の運用を自動化するSDNソリューション 本セッションのフォーカス OpenFlow を利用した実装例を機能ベースでご紹介今後の OpenFlow 製品の採用や SDN の実装のご参考に 現在の NEC の OpenFlow 製品は Hop By Hop 型 Hop By Hop 型を中心としたユースケースのディスカッション 今後 Overlay 方式にも対応予定あり 製品紹介や具体的なユーザメリットなどは本セッションでは割愛 ご参考 日本通運株式会社様 金沢大学付属病院様 Page 2

3 NEC の SDN への取り組み Page 3

4 専用システム設定 分NEC の考える SDN ネットワークをソフトウェアでプログラマブルにすること およびそのアーキテクチャ これから これまで専用機器 ネットワーク制御と通信処理が一体となった専用ネットワーク機器 個別のネットワークニーズに対応した専用機器を用いた垂直統合型のネットワークシステム ネットワーク制御をソフトウェアで行うことにより 通信処理と分離 ネットワークをサーバやストレージと同様に 自在に制御し システム変更に柔軟に対応 企業 NW 設定設定 モバイル網 設定設定設定 固定網 仮想化 & 統合 企業 NW モバイル網固定網ネットワーク制御 ( サーバ上のソフトウェア ) 離+ 通信処理 ( スイッチなどの通信機器 ) ネットワーク制御と通信処理が一体 Page 4

5 NEC の OpenFlow への取り組み NEC の OpenFlow への取り組み 2007 年 スタンフォード大学と共同研究を開始 2008 年 コンソーシアム発足 2011 年 Open Networking Foundation 発足 2011 年 4 月 世界で初の商用製品を販売開始 NEC は標準化 および製品実装においてリード PF シリーズ コントローラ スイッチ UNIVERGE PF6800 UNIVERGE PF5240 UNIVERGE PF 年半でワールドワイドでキャリア様 DC 事業者様 企業様で採用 Page 5

6 今 OpenFlow 製品 できること / できないこと おもにデータセンターネットワークむけに製品提供を開始 IaaS 基盤 仮想化基盤 データセンターネットワーク仮想化されていないサーバの接続スイッチなど 企業 LAN 本日は OpenFlow ファブリック と呼ぶことにします 現在の非適用領域 ( 今後の R&D 分野 ) DC 間バックボーン 企業 WAN モバイル端末 キャリアのバックボーン Page 6

7 現時点の NEC の OpenFlow 製品の適用領域 IaaS 基盤および DC ネットワーク 企業 LAN 向けに対し適用可能 Page 7

8 NEC の OpenFlow ファブリックと 他のファブリック方式との違い Page 8

9 OpenFlow ファブリックのイメージ OpenFlow ファブリック ネットワークアプリケーションを最初からバンドルした製品 ユーザが OpenFlow のプログラムをする必要はない ( 隠蔽化 ) クラウド オーケストレータなど API ネットワークアプリケーション リンク検出 トポロジ管理機能 経路制御機能 可視化機能など ( 素の )OpenFlow コントローラ OpenFlow スイッチ DB 化 OpenFlow プロトコル OpenFlow ファブリック ( 前半 ) SDN ( 後半 ) Page 9

10 データーセンターむけファブリック製品の主な特徴 マルチパス スパーニングツリーを使用しないこと 経路制御は Trill が一般的 ECMP(Equal Cost Multi Path) の場合には複数経路を利用 集中管理 1 台のスイッチのように扱えること (MCLAG 的な ) 設定の集中管理 (1 台に設定を入れると他にも反映 ) すべてのベンダで実現されているわけではない 基本的に L2SW L3 機能 仮想ルータ機能を持つ製品もある 1 管理単位のスイッチ台数 :100 台 ~200 台程度 Page 10

11 OpenFlow ファブリックの特徴 マルチパス OpenFlow を採用 Shortest Path( デフォルト ) の経路アルゴリズムにより オートマ 化 ECMP(Equal Cost Multi Path) の場合には複数経路を利用 さらに OpenFlow によるポリシーの適用が可能 集中管理 1 台のスイッチのように扱えること (MCLAG 的な ) 設定の集中管理 ( コントローラに設定を入れると全 SW に反映 ) 経路制御の集中管理 DB 化 L3/FW/LB も含めてグループ化 テナントという概念を導入 VTN としてデータベース化しているところが一番の特徴 1 管理単位のスイッチ台数 :100 台 ~200 台程度 VTN:Virtual Tenant Network Page 11

12 VTN のイメージ (1) プライベートクラウドでみられるような システム を想定 アドレスが個別に割り当てられたシステム Firewall Load Balancer ルータが存在 Web AP DB の 3 階層 VLAN が複数存在 R コアスイッチ LAN WAN へ R 共通基盤 R FW FW VM VM VM VM VM VM VM VM LB LB A システム B システム C システム D システム 赤く囲まれた各システムを テナント として管理 VM VM E システム Page 12

13 VTN のイメージ (2) システムごとのネットワークを テナント として仮想化サーバ仮想化のGuestOSのようなもの サーバ仮想化のように機器の点数 機器費用を削減 仮想ネットワーク VTN1 VTN2 物理ネットワーク PFC 制御 Page 13

14 VTN のイメージ (3) テナントごとに仮想ネットワークを作成 DB 化される 仮想ネットワークは GUI API CLI で設定する FW/LB は非 OpenFlow 対応だが 仮想 FW, 仮想 LB 機能を持つもの 仮想ネットワーク 通信経路表示 物理ネットワーク L2 機能だけでなく プライベートクラウドで利用されている L3 機能や外部の FW/LB などもグループ化 Page 14

15 経路制御にみる DB 化のうれしさ Shortest Path の経路制御アルゴリズムを標準搭載 DB 化のメリット経路制御の オートマ 化により STP のような冗長設計が不要 ポートの VLAN の設定 が ( ほとんど ) 不要に PFC vbr1 (VLAN100) 障害時にコントローラに通知 障害 VTN1 論理 NW は変わらない vbr2 (VLAN101) VTN2 障害時には再計算 (Shortest Path) VLAN の設定が ( ほとんど ) 不要に Page 15

16 論理層の監視にみる DB 化のうれしさ VTN Fault という SNMP Trap VTN の論理 IF 間で物理的な経路がなくなった場合に発生 DB 化のメリット どのお客様のシステムに影響がでているかを瞬時に把握 NetConfやSNMPでやろうとすると ユーザ側でDBを作成し トポロジもリアルタイムでアップデートするなど ものすごく大変 論理ネットワーク上届かない領域ができたことを検知 PFC VTN Fault VTN1 障害 障害 Page 16 クラウドのスケールアウト型では二重障害の想定が必要!

17 VLAN 拡張 (VLAN ID 4K 超え ) にみる DB 化のうれしさ VLAN 拡張の仕組み スイッチを物理プールでグループ化 物理プール間で異なる VLAND ID の VLAN を接続することが可能 スイッチ間では OpenFlow で定義される MPLS のラベルを使用 (VLAN1) vbr1 (VLAN100) VTN1 vbr2 VTN2 違う VLAN ID を同一セグメントとして利用 VID:1 VID:1 VID:2 POD#1 トータルで 4096 以上の VLAN の使用が可能 POD#2 VID:100 POD: Point of Delivery Page 17

18 VLAN 拡張 (VLAN ID 4K 超え ) にみる DB 化のうれしさ DB 化のメリット vbr にスイッチの番号 (Datapath ID) と VLAN ID のテーブルを登録 MPLS のラベル番号などは自動的に割り付けられるため ユーザは意識する必要が無い 自動で割り付け Page 18

19 QOS の統合管理にみる DB 化のうれしさ VTN 単位の QOS VTN に所属する全論理 IF に設定することが可能 ( ポリッシング ) あるお客様が帯域を占有し 他のお客様に迷惑かけることを抑制 DB 化のメリット 論理の VTN 単位で指定するので物理ポート 1 つ 1 つに設定不要 (IF ごとに帯域の足し算などの管理は必要 ) VTN vrouter vbridge vexternal Internet 論理ポートにポリッシング設定不要 Page 19 SW1 つ 1 つの設定不要

20 IaaS 仮想化基盤の運用を自動化する SDN ソリューション Page 20

21 Interop Tokyo 2012 OpenFlow ShowCase デモ OpenFlow を利用した SDN ソリューションによるハイブリッドクラウドの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 クラウドマネージャ サービス利用者 仮想サーバコントローラ 企業もしくは IaaS 事業者 仮想サーバコントローラ IaaS 事業者 ネットワークプール サーバプール ネットワークプール サーバプール IaaS 管理者 リソース提供 ~ ハイレベルな運用環境を実現したい企業 事業者様むけ ~ ~ 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 ) プログラマブルフロー /WebSAM 連携は 2013 年度 1Q 以降出荷予定です Page 21

22 STEP1 利用者による操作イメージ (IaaS 利用者 ) Cloud Manager IaaS 利用者は Web ベースの Clound Manager に必要なリソースを入力 このとき 仮想ネットワークもいくつ欲しいかを入力しておき 各 VM がどの仮想ネットワークに接続するかを指定 セルフサービスポータル画面イメージ WebSAM Cloud Manager による画面 IaaS 利用者むけ Page 22

23 STEP2 プロビジョニングのイメージ (IaaS 管理者 ) vdc Automation vdc Automation は Clound Manager から要求されたリソース ( 仮想サーバ ストレージ ネットワーク ) を用意 仮想マシン作成完成時のイメージ WebSAM vdc Automation による画面 IaaS 管理者むけ ( サーバ管理者 ) Page 23

24 STEP3 NW シナリオのイメージ (IaaS 管理者 ) vdc Automation ネットワーク設定のために vdc Automationでネットワーク設定をスクリプトもしくはAPIによりシナリオ化 IaaS 利用者からの申請があった場合には これに従いネットワーク機器の設定を自動的に行う 仮想マシン作成時のネットワークシナリオイメージ WebSAM vdc Automation による画面 IaaS 管理者 P-Flow の設定 LB の設定 VM の生成 Page 24

25 STEP4 ネットワークの仮想化のイメージ ユーザからのリクエストに応じて オーケストレーションサーバからの指示で OpenFlow ネットワーク上に仮想ネットワークを設定 API WebSAM vdc Automation Web Web1 DB1 LB DB DB2Web2 FileSV 論理構成 PFC LB FW VTN20 VTN10 VTN90 FW SV1 端末 SV2 Server LB PFS 物理構成 FW Page 25

26 STEP5 シナリオに基づいた仮想化 NW 生成 設定 事前にシナリオを設定しておくことで Firewall やロードバランサも含めて 仮想ネットワークの生成や設定を自動化 WebSAM vdc Automation プログラマブルフローファイアウォールロードバランササーバロードバランサ テナント契約時 VTN 作成仮想 FW 作成仮想 LB 作成 仮想 NW 作成 vrt vbr 作成 FW VLAN 接続 LB VLAN 接続 LB 設定 仮想マシン作成 VLink 設定 FW 設定 LB 設定 SV 作成 仮想 SV ファイアウォール FW 設定 仮想 LB VLAN 設定 PFC プログラマブルフロー VTN 仮想 FW Page 26 vrt vbr

27 STEP6 できあがったネットワーク (NW 管理者 ) 今までの作業により 仮想ネットワークが自動的に完成 仮想ファイアウォール 仮想ロードバランサもすぐに使用すること可能 物理 仮想ネットワーク図のイメージ プログラマブルフロー コントローラによる画面 仮想ネットワークのテナントが生成される IaaS 管理者 (NW 管理者 ) Page 27

28 OpenStack と OpenFlow の連携 (1) OpenStack と OpenFlow の連携のモデル図 CLI / Dashboard (Horizon) / Orchestration Tool Quantum API Quantum NEC OpenFlow Plugin Nova Compute Nova Nova API Nova Compute OFC API VM VM VM VM OpenFlow Controller Virtual Switch Virtual Switch OpenFlow Protocol Network HW Switch Page 28

29 OpenStack と OpenFlow の連携 (2) Client (1) net-create API (2) subnet-create net1 API Nova API (1-1) Quantum Nova DB net1 NEC OpenFlow Plugin Subnet /24 (1-2) API VM VM OpenFlow Controller net1 Plugin Agent Virtual Switch OpenFlow Protocol OpenFlow Network HW Switch HW Switch HW Switch Page 29

30 OpenStack と OpenFlow の連携 (3) 仮想ネットワークネットワークの観点観点で見るとると (1) ネットワーク作成 + サブネット作成 Net /24 仮想 NW での通信ができるようになる DHCP server VM Net /24 VM (2) VM 起動直後 まだ仮想 NW からは切り離された状態 VM tapxxx VM tapxxx OFC で仮想 NW とスイッチ物理情報が関連付けられると 仮想 NW につながる Net /24 Net /24 Page 30

31 Quantum NEC OpenFlow Plugin Quantum で作成された論理 L2 ネットワークを OpenFlow Network 上の仮想ネットワークとして実現 OpenFlow Controller (OFC) の Northband API として 仮想ネットワークを操作する REST API を定義 Sliceable Network Management API テナント ネットワーク ポートの CRUD を定義 Quantum Plugin は OFC REST API を呼び出す Plugin は Qunatum と OFC の ID マッピング OFC 側で必要な情報の収集を行う 対応 OpenFlow Controller Trema Sliceable Switch (OSS) ProgrammableFlow Controller (NEC 製品 ) < ネットワークリスト > GET /tenants/tenant-1/networks HTTP/ OK Content-Type: application/json [ { "id" : "net-1", "description" : QuantumID=xxxxxx" }, { "id" : "net-2", "description" : QuantumID=yyyyyyy" } ] < ポート作成 > POST /tenants/tenant-1/networks/net-1/ports HTTP/1.1 Content-type: application/json { "datapath_id" : "0x ", "port" : 5 } Page 31

32 まとめ OpenFlow ファブリック OpenFlow を利用した製品は NW アプリケーションを搭載済みプログラムを組まなくても すぐ使用することが可能 仮想ネットワークを VTN という概念でデータベース化経路制御のオートマ化 論理面の監視 スケーラビリティ向上 管理の自動化など SDN らしい機能ができつつある OpenFlow 製品はネットワークアプリケーションの実装次第 クラウド基盤の SDN ソリューション サーバ ストレージとあわせてプロビジョニング 設定作業の削減 VLAN ID や IP アドレスの管理作業も自動化 迅速性を提供 Page 32

33 ご参考 UNIVERGE PF 導入実績 事例 Page 33

34 導入事例 日本通運株式会社様 ~ 世界初 業務システムへの導入 ~ 導入の背景 ICT リソースの効率化 ガバナンス強化のため 全社サーバ統合によるプラットフォームの共通基盤を整備 サーバ統合後に仮想サーバの増設 移動毎にネットワークの再設計 設定が発生 ネットワークの運用コストが増大 お客様の導入目的 お客様の要望 : 運用コストの軽減 1 ネットワーク運用の文化を変更したい 2 移行に関わる運用 保守コストを削減したい 新しい切り口のご提案 ネットワークを集中管理してシンプル化し 運用業務の負荷を飛躍的に軽減 ネットワーク可視化で通信経路異常や品質低下などの障害箇所を視覚的に把握 物理的な制約なくマルチテナントでネットワーク仮想化環境を容易に実現 Page 34

35 導入事例 日本通運株式会社様 ~ 世界初 業務システムへの導入 ~ 日本通運様構成イメージ WAN プログラマブルフロー導入による効果 ネットワーク設定の変更には1 回あたり100~ 200 万程度のコスト (2010 年度は年間 3 回実施 ) がかかっていたが プログラマブルフローの導入によって 物理構成物理構成の変更変更が容易容易となったため 自社の社員で作業が可能になり 設定 変更費は実質無料 ネットワーク構築のリードタイムが 通常 2ヶ月のところ10 日で可能となった シンプルなNW 構成を実現可能なため ハウジング費用およびNW 運用管理費用を大幅に削減 ( 消費電力 80% 設置面積 70% 削減 ) メインデータセンター DR/BPC バックアップセンター プログラマブルフローへの今後の期待 全システムシステムの標準化標準化の基盤基盤としてのとしての利用パブリッククラウドとプライベートクラウドを共有し 利用者が意識しないで利用できる環境を プログラマブルフローで構築したい Page 35

36 導入事例 導入効果 バックアップサイトのハウジング費用を大幅に低減 NW 運用費用を削減および可用性を大幅に向上 日通様のバックアップサイトを既存 NW 機器とプログラマブルフローで構成した場合の比較図構成詳細 : プログラマブルフロー : コントローラ 2 台スイッチ 4 台 L2SW 2 台 Page 36

37 導入事例 金沢大学附属病院様 急速に進歩する医療技術の発達に追従できる安定した NW 基盤の構築 導入の背景 ネットワークを含めた共通基盤の構築を 既存のネットワークはそのままに統合し 且つセキュリティも確保したい 医療機器の導入のたびに ネットワークの設定や更新を実施しない安定したネットワーク基盤を構築したい プログラマブルフロー導入による効果 プログラマブルフローのネットワーク仮想化を使用することで 既存のネットワークはそのままに統合共通基盤に接続することが可能 SDN による集中管理により 柔軟にネットワークを構築可能 Page 37

38 導入事例 金沢大学附属病院様 ( 企業 LAN) 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 課題 ProgrammaleFlow でできること ネットワークを含めた統合 共通基盤を構築を できるだけ既存のネットワークはそのままに統合し 且つセキュリティも確保して実現したい システム毎に独自のネットワークを構築 部門 A 従来のネットワーク FW FW FW FW FW FW FW FW 部門 B サーバ 部門 C プログラマブルフローのネットワーク仮想化を使用することで 既存のネットワークはそのままに統合 共通基盤に接続することが可能です 論理構成物理構成部門 A 部門 B 部門 C 部門 A VTN 部門 B VTN 部門 C VTN ネットワークアプライアンスプール FW FW プログラマブルフローのネットワーク PFS ネットワークプール 本社 B1F サーバプール 既存のネットワークはそのままに統合 共通基盤に接続 Page 38

39 導入事例 社内クラウド基盤への導入事例 NEC のクラウド型ソフトウェア開発基盤への適用 東日本大震災を契機に 開発環境の基盤整備を実施 ソフト開発環境 ( 資産 実行環境 検証環境 ) を仮想化して集約 BCP/DR 対策 負荷分散を複数 DC( 東西 DC) 構成にて対応 バックアップのような普段使用しない無駄な投資を抑制 統合監視 西日本 DC VTN#N VTN#M 東日本 DC 物理 MAP ここがポイント!! 西日本 DC NEC 社内ネットワーク 東日本 DC Page 39 istorage SIGMABLADE istorage HS PFS PFC IX2105 (L2VPNルータ) PFS 間回線 VM 相互 Back UP IX2105 (L2VPNルータ) VM ロードバランシング PFC PFS istorage SIGMABLADE istorage HS

40 NEC グループビジョン 2017 人と地球にやさしい情報社会を イノベーションで実現する グローバルリーディングカンパニー Page 40 Copyright (c) NEC Corporation All rights reserved.

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