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1 クラウド /SDN 基礎セミナー 2015 年年 4 月 27 日 一般社団法 人沖縄オープンラボラトリ Okinawa Open Laboratory 1

2 今 日のアジェンダ n クラウド /SDNでできること( 担当丸 山 ) n OpenStack とは ( 担当倉橋 ) n SDNとは OpenFlow 概要 ( 担当 小林林 ) n 質疑応答 フリーディスカッション Okinawa Open Laboratory 2

3 今 日のアジェンダ n クラウド /SDNでできること( 担当丸 山 ) n OpenStack とは ( 担当倉橋 ) n SDNとは OpenFlow 概要 ( 担当 小林林 ) n 質疑応答 フリーディスカッション Okinawa Open Laboratory 3

4 クラウド /SDN でできること Okinawa Open Laboratory 4

5 名前 所属 丸山純平 NTT コミュニケーションズ株式会社 生い立ち 学生時代 : 文系の学部のため IT とは無縁の学生生活 2 回留年し 24 歳で NTTcom に入社 料金戦略担当に配属され IT とは無縁の 2 年間 2 年前より技術開発部に異動し IT の勉強を始める 今やってること OpenStack 沖縄オープンラボのインターン受け入れ検討 趣味 ダイビング Okinawa Open Laboratory 5

6 Internet VPN DC 2 OVS OVS 1 1 VPN, 3 OVS OVS DC Okinawa Open Laboratory 6 6

7 センターサーバ 通常のアクセスはセンターサーバへ 中継サーバ リアルタイム通信は中継サーバを介して高速通信 Okinawa Open Laboratory 7 7

8 Okinawa Open Laboratory 8 8

9 モ ストでいうと みなさん このアプリを知ってますか このアプリが大人気になった理由のひとつとして 共闘 という友達や近くにいる人と一緒にステージを 進めていく機能があります どのようにクラウド技術を使っているかというと Okinawa Open Laboratory 9

10 モ ストでいうと センターサーバ センターサーバで 自分のレベル クエストの状況 スタミナなどを管理 している と思う 自分のレベルやクエストの進行情報はセンターサーバで管理し 毎回起動時に 保存しているデータを確認する Okinawa Open Laboratory 10

11 モ ストでいうと センターサーバ 中継サーバ 中継サーバを利用し 遅延を少なくして ストレスなくゲームを 楽しむことができる 友達と共闘するときは高速通信が必要になるため 近くの中継サーバを介し ストレスなくス ライクショットを打つことが可能になる Okinawa Open Laboratory 11

12 みなさん この漫画を知ってますか? この漫画の中にある感動的なシーンがあります 主人公の医者が研修中にあるがん患者の担当医になり 未承認薬を試し 患者とともにガンに立ち向かっていく話があります この中で がん患者は入院していましたが 家族と最後の思い出を作るために一時的に退院し 旅行にいくという感動的なシーンがあります それがこちらです Okinawa Open Laboratory 12

13 一時退院する患者さん 一時退院する患者さんの夫 一時退院する患者さん お医者さん B お医者さん A 主人公のお医者さん 主人公のお医者さん Okinawa Open Laboratory 13

14 一時退院する患者さん 一時退院する患者さんの夫 一時退院する患者さん 一時退院する患者さん 主人公が書いた紹介状 Okinawa Open Laboratory 14

15 一時退院する患者さん 一時退院する患者さんの夫 一時退院する患者さん 一時退院する患者さん 主人公が書いた紹介状 これ かなり無駄です!! Okinawa Open Laboratory 15

16 主人公が書いた紹介状 主人公が書いた紹介状のデータ 主人公が書いた紹介状のデータ Okinawa Open Laboratory 16

17 ううむ これは悪性の腫瘍かわからない そうだ! 過去に同じような事例がないかクラウド上を探してみよう! Okinawa Open Laboratory 17

18 今 日のアジェンダ n クラウド /SDNでできること( 担当丸 山 ) n OpenStack とは ( 担当倉橋 ) n SDNとは OpenFlow 概要 ( 担当 小林林 ) n 質疑応答 フリーディスカッション Okinawa Open Laboratory 18

19 OPENSTACK とは Okinawa Open Laboratory 19

20 自 己紹介 n 名前 n 倉橋良良 (NEC ソリューションイノベータ株式会社 ) n 生い 立立ち n 学 生時代は Xen を使った Nested Virtualization の研究や FPGA による LSI の設計を 行行う n 今やってること n OpenStack( クラウド ) や OpenDaylight(SDN) n 最先端の技術を 身に付けることで 自社から 色々頼られるので優越感に浸れる Okinawa Open Laboratory 20

21 OPENSTACK クラウドとは OpenStack はクラウド環境構築を行うことができるオープンソースのソフトウェアです そもそもクラウドって? 自分のパソコンにソフトをインストールしたりデータを保存せずにインターネット経由でさまざまなソフトやサービス等を利用できる仕組み 例えば Web メール (Yahoo メール Gmail など ) Web ストレージ (Dropbox Evernote など ) Okinawa Open Laboratory 21

22 クラウドサービスのイメージ 雲をインターネットに例えて色んなサービスが降ってくるイメージ クラウドの中身は見えずユーザは意識しない Okinawa Open Laboratory 22

23 クラウドのサービス形態 ハイブリッドクラウド プライベートクラウド + パブリッククラウド プライベートクラウド 単一機関内で利用される ( 社内 学内ポータルなど ) 機関毎に構築するため 独自機能が組み込みやすい パブリッククラウド インターネット上で利用される ( オンラインゲーム EC サイトなど ) みんなが共有で利用するため 汎用的な作りが要求される Okinawa Open Laboratory 23

24 クラウドのサービスモデル 種類 説明 SaaS Software as a Service (Office ) OpenStack PaaS Platform as a Service OS, IaaS Infrastructure as a Service CPU,MEM DISK,NW Okinawa Open Laboratory 24

25 IaaS のメリット Before ( ) After 1 Okinawa Open Laboratory 25

26 IaaS を使うには 既にあるサービスを利用する HP Helion Public Cloud Amazon Web Service SUSE Cloud 自分で作る Okinawa Open Laboratory 26

27 OpenStack 概要 l OSS で開発される CloudOS Okinawa Open Laboratory 27

28 機能セット ( 代表的なものだけ ) Horizon (Dashboard) API Neutron L2 Nova Glance Cinder Swift ReST Keystone Okinawa Open Laboratory 28

29 構造 OpenStack OpenStack API OpenStack (nova, neutron ) KVM Xen KVM Xen VMware Hyper-V Okinawa Open Laboratory 29

30 操作イメージ Okinawa Open Laboratory 30

31 操作イメージ Okinawa Open Laboratory 31

32 操作イメージ #!/usr/bin/env python from novaclient.v1_1 import client nt = client.client("demo", "openstack", "demo", " service_type="compute") ns = nt.servers.create(name = "testvm001", image = im[0], flavor = fv[0], nic = nw[1]) Okinawa Open Laboratory 32

33 OPENSTACK l Devstack OpenStack のコミュニティが開発した公式デプロイツール openstack-dev/devstack l RDO RedHat が開発した Redhat 系 OS 上で OpenStack を構築するデプロイツール Okinawa Open Laboratory 33

34 今 日のアジェンダ n クラウド /SDNでできること( 担当丸 山 ) n OpenStack とは ( 担当倉橋 ) n SDNとは OpenFlow 概要 ( 担当 小林林 ) n 質疑応答 フリーディスカッション Okinawa Open Laboratory 34

35 SDN とは OPENFLOW 概要 Okinawa Open Laboratory 35

36 自 己紹介 n 氏名 n 小林林慶 一 ( 株式会社アドックインターナショナル ) n 生い 立立ち n 学 生時代 : 建築学科のため IT とはほぼ無縁 n クラウド SDN は 2014 年年 10 月に知った n 今の業務内容 ( 技術を中 心とした話 ) n Openstack, midonet n 全然知らなかったけど コミュニティで LT できた Okinawa Open Laboratory 36

37 Today s Agenda n SDN とは n Openflow の概要 n SDN の取り組み 商 用サービスへの適 用 SDN-WAN の実現に向けて Okinawa Open Laboratory 37

38 SDN とは Okinawa Open Laboratory 38

39 今のネットワーク機器は 昔のメインフレームだ! Open Networking Foundation ダン ピット氏 Okinawa Open Laboratory 39

40 紙にコーディング 実行してもらう Okinawa Open Laboratory 40

41 エクセルで構成作成 設定してもらう Okinawa Open Laboratory 41

42 SDN 以前のネットワーク 各ネットワーク機器が自律分散的に動作し 経路制御を実施してパケットを転送 経路制御 パケット転送 経路制御 パケット転送 経路制御 パケット転送 経路制御 パケット転送 Okinawa Open Laboratory 42

43 SDN を活 用したネットワーク 制御機能とデータ転送機能を分離して 経路の制御はコントローラで中央制御し パケット転送はネットワーク機器が実施 経路制御 パケット転送 パケット転送 パケット転送 パケット転送 Okinawa Open Laboratory 43

44 SDN 以前のネットワーク これまでの NW: ベンダが決めた製品の仕様に従って動く ベンダがコントロール アプリケーション ( 機能やサービス ) C プレーン ( 制御機能 ) D プレーン ( データ転送機能 ) ベンダの NW 装置 ü 実現できることはそのNW 装置が持っている機能だけ 新機能が欲しければ作ってもらう必要がある ü 世界中でベンダのNW 装置を買うことができる サービスとしての差別化が難しい ü 製品ベンダが異異なれば使い勝 手も異異なる 運 用が 大変 Okinawa Open Laboratory 44

45 SDN を活 用したネットワーク ソフトウェア でネットワーク全体の機能制御を実現するための技術概念念 ( 考え 方 ) アプリケーション ( 機能やサービス ) API API C プレーン ( 制御機能 ) App App App App Control Plane Software ソフトウェア ベンダに依らずユーザサイドで作ることが可能 Openflow etc Switch D プレーン ( データ転送機能 ) NW 装置 Switch vswitch Switch トラフィック転送 ソフトウェア に従う vswitch Okinawa Open Laboratory 45

46 ホップ バイ ホップ / オーバーレイ ホップ バイ ホップ方式 オーバーレイ方式 SDN コントローラ SDN コントローラ Openflow スイッチ Openflow スイッチ スイッチ 既存ネットワーク スイッチ Openflow 仮想スイッチ Openflow 仮想スイッチ 仮想スイッチ トンネル 仮想スイッチ VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM Okinawa Open Laboratory 46

47 ホップ バイ ホップ / オーバーレイ ホップ バイ ホップ方式 オーバーレイ方式 SDN コントローラ SDN コントローラ Openflow スイッチ Openflow スイッチ スイッチ 既存ネットワーク スイッチ Openflow 仮想スイッチ Openflow 仮想スイッチ 仮想スイッチ トンネル 仮想スイッチ VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM Okinawa Open Laboratory 47

48 Openflow の概要 Okinawa Open Laboratory 48

49 SDN を活 用したネットワーク ソフトウェア でネットワーク全体の機能制御を実現するための技術概念念 ( 考え 方 ) アプリケーション ( 機能やサービス ) API API C プレーン ( 制御機能 ) App App App App Control Plane Software ソフトウェア ベンダに依らずユーザサイドで作ることが可能 Openflow etc Switch D プレーン ( データ転送機能 ) NW 装置 Switch vswitch Switch トラフィック転送 ソフトウェア に従う vswitch Okinawa Open Laboratory 49

50 SDN を活 用したネットワーク ソフトウェア でネットワーク全体の機能制御を実現するための技術概念念 ( 考え 方 ) アプリケーション ( 機能やサービス ) API API C プレーン ( 制御機能 ) App App App App Control Plane Software ソフトウェア ベンダに依らずユーザサイドで作ることが可能 Openflow etc Switch D プレーン ( データ転送機能 ) NW 装置 Switch vswitch Switch トラフィック転送 ソフトウェア に従う vswitch Okinawa Open Laboratory 50

51 従来のネットワーク機器のコントロールプレーンは 組み込みソフトウェアとして実装されており エンドユーザがその動作仕様を変更することはできませんでした 従来のスイッチ 制御するソフトウェア パケット転送ルール ファームウェア フローテーブル Okinawa Open Laboratory 51

52 SDN のコントローラは 一般的なサーバ上で動作するソフトウェアとして実装されており エンドユーザがソフトウェアを開発して 独自のコントローラを作成することができます OpenFlow は ネットワークスイッチが受け取ったパケットの転送処理を外部の コントローラ で制御するためのプロトコルです コントローラ Openflow プロトコル フローテーブル Okinawa Open Laboratory 52

53 OpenFlow 対応のスイッチは パケットを受け取ると その処理方法をコントローラに問い合わせて コントローラの指示に基づいて転送処理を行います コントローラ 知らないパケット フローテーブル更新 Openflow プロトコル フローテーブル 転送ルールを参照 Okinawa Open Laboratory 53

54 イーサネット MAC アドレスで端末識別 スイッチは行き先を知るために MAC 学習を行う 自動 MAC 学習が成立するために ブロードキャストを用いている ループが怖い ループを防止するために STP(Spanning Tree Protocol) という方式がある ブロードキャストが届く範囲が一つの NW 複数のネットワークを構成するために VLAN がある MAC DA MAC SA Payload FCS MAC DA MAC SA 802.1Q Payload FCS Okinawa Open Laboratory 54

55 IP IP アドレスで端末識別 ルータは行き先を知るために ルーティングプロトコルを用いて IP テーブルを作成 ルーティングプロトコルには内部 (OSPF 等 ) 外部 (BGP) がある 4B 4B IP MAC DA MAC SA Payload FCS header IP DA IP SA Okinawa Open Laboratory 55

56 OpenFlow MAC IP アドレス等 12 タプルでフローを識別 (L1: ポート L2:MAC/VLAN L3:IP L4:TCP/UDP) フローテーブルはコントローラからの指示で直接書き換える 4B 4B IP MAC DA MAC SA Payload FCS header IP DA IP SA Okinawa Open Laboratory 56

57 Match( な条件 ) OpenFlow1.3 OpenFlow スイッチは OpenFlow フローテーブルに基づきフローを処理理 マッチングルール にマッチしたトラフィックを アクション に従い処理理 〇〇な条件のパケットが来たら の処理理をする L2 ETH, VLAN, MPLS, PBB L3 IPv4, IPv6, ARP L4 TCP, UDP, ICMP, SCTP - Input port, Metadata, Tunnel ID の主要フィールド ( 詳細次頁 ) Instruction( の処理 ) Output, Drop Push-Tag, Pop-Tag Change-TTL Set-Field Meter, Queue Group 指定ポートから出す / 出さないタグ (VLAN, MPLS, PBB) の付け外し TTL(IPv4, IPv6, MPLS) の減算 / コピー主要フィールドの書き換え帯域制御処理のグループ化 ボンディング Okinawa Open Laboratory 57

58 OpenFlow フローテーブル コントローラはマッチ アクションのフローテーブルをスイッチに設定 スイッチはフローテーブルの従ってパケットを処理理する Flow Table Entry #1 Header Field#1 Action #1 Counter #1 Entry #N Header Field #N Action #N Counter #N Header Field ( マッチングルール ) マッチングするフローを定義 Action 入 力力パケットに対する 処理理を定義 Forward Enqueue Drop Modify- Field Counter フローの統計情報を記録 マッチしたパケット数 バイト数 セッション継続時間 Okinawa Open Laboratory 58

59 OpenFlow ソフトウェアによる高い自由度 システム連携と自動化 ソフトウェア開発手法をネットワークに適用できる コントローラ 好きな言語で書ける Java, Python, Ruby, etc Openflow プロトコル フローテーブル 既存のプロトコルに縛られない (e.g. vlan の上限 ) Okinawa Open Laboratory 59

60 OpenFlow TE サーバ DB コントローラ 自由に連携可能 Openflow プロトコル フローテーブル Okinawa Open Laboratory 60

61 UseCase: DC DC 間を自作した 10G スイッチで構成 Openflow を用いて集中制御型の TE を実装 G-Scale Network Hardware Okinawa Open Laboratory 61

62 UseCase: DC ルータは自律分散で動く 宛先に対して必ず最短路を選択 帯域の使用量は加味してくれない DC 集中 DC ヒマ DC Okinawa Open Laboratory 62

63 UseCase: DC サーバ 各リンクの空き帯域を収集 トラフィックへ空き帯域を割り当て TE サーバ DC DC DC Okinawa Open Laboratory 63

64 UseCase: DC サーバ 各リンクの空き帯域を収集 トラフィックへ空き帯域を割り当て TE サーバ トラフィック情報 経路情報 DC コントローラ 他拠点の openflow スイッチ Openflow スイッチ Okinawa Open Laboratory 64

65 UseCase: DC コントローラから制御 帯域の使用量に応じて経路を変更 DC DC 帯域の有効活用 DC Okinawa Open Laboratory 65

66 WAN 帯域を有効活用 UseCase: DC Okinawa Open Laboratory 66

67 SDN コントローラフレームワーク紹介 ( 一部 ) Okinawa Open Laboratory 67

68 OpenDayLight Ryu Trema 言語 :Java 言語 :Python 言語 :Ruby NOX 言語 :C++ etc Okinawa Open Laboratory 68

69 SDN コントローラ Opendaylight 開発に貢献 SDN に対しての各社の取り組み例 スイッチ製品開発 OpenFlow スイッチ Okinawa Open Laboratory 69

70 n SDNとは ソフトウェアでネットワーク構成を定義 コントロールする仕組みと考え方 n n コントロールプレーンとデータプレーンの分離特定のファンクションを規定するモノではない = 概念 n openflow とは スイッチをコントロールするプロトコルの標準 n ネットワーク領域におけるソフトウェア化 オープン化 Okinawa Open Laboratory 70

71 今 日のアジェンダ n クラウド /SDNでできること( 担当丸 山 ) n OpenStack とは ( 担当倉橋 ) n SDNとは OpenFlow 概要 ( 担当 小林林 ) n 質疑応答 フリーディスカッション Okinawa Open Laboratory 71