Today s Agenda OpenFlow と SDN に対する認識 OpenFlow って何? SDN って何? ネットワークに関する課題 DC 内ネットワーク 中継網 アクセス網 構内網 OpenFlow/SDN の取組み紹介 商用サービスへの適用 自前コントローラの開発 今後の期待と課題

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1 SDNに対するする通信事業者通信事業者の取組みとみと今後今後の期待 19 th July 2013 佐藤陽一 NTT Communications Corporation

2 Today s Agenda OpenFlow と SDN に対する認識 OpenFlow って何? SDN って何? ネットワークに関する課題 DC 内ネットワーク 中継網 アクセス網 構内網 OpenFlow/SDN の取組み紹介 商用サービスへの適用 自前コントローラの開発 今後の期待と課題 2

3 OpenFlow って何? 何が新しいのか? 元々装置の内部にあった 2 つの機能を分離した アーキテクチャを変えただけ (C/D 分離 ) ネットワーク方式に対し 何か新しい技術をもたらしたわけではない NMS/Provisioning App App API 等 Srvc OpenFlow Controller CLI SNMP 等 App Srvc コントロールプレーン 標準プロトコル App Srvc コントロールプレーン OpenFlow プロトコル データプレーン データプレーン データプレーン データプレーン App Srvc コントロールプレーン データプレーン データプレーン 現在の一般的な構成 OpenFlow の構成 3

4 SDN のとらえ方 (1) (1) OpenFlow を中核に SDN のフレームを構築 OFC から API を提供 共通化されたハード仕様の OFS の振舞いを OFC からプログラミング 運用の効率化 自動化による OPEX の削減 装置のコモディティ化による CAPEX の削減 API 等 OpenFlow Controller OpenFlow スイッチ 上位システム ( プログラム ) から制御できるインタフェースを提供 OpenFlow プロトコル ( 標準化 開示 ) パケット転送の振る舞いを OpenFlow で記述 Google や Stanford 大学等が主張する SDN の例 4

5 SDN のとらえ方 (2) (2) 既存の装置を SDN のフレームに当てはめる CLI 等を API に置き換え 集中制御のための独自コントローラを提供 運用の効率化 自動化による OPEX の削減 API 上位システム ( プログラム ) から制御できるインタフェースを提供開発キット (SDK) を提供 API 制御部 Black Box C-Plane 装置内インタフェース ( ベンダ独自 非開示 ) VDN or SDN コントローラ等 制御部 Black Box C-Plane 装置内インタフェース ( ベンダ独自 非開示 ) スイッチ部 スイッチ部 既存装置ベンダが主張する SDN の例 5

6 NTT コムとして SDN に期待していること サービスの差異化 (Innovation/Differentiation) 市中製品に縛られないサービスの提供 オンデマンド ダイナミック プロアクティブなサービス提供によるユーザエクスペリエンス向上 Time-to-Market の短縮 (Velocity) ベンダのロードマップに縛られないサービス導入 必要な機能を必要なときに開発して導入 費用効果 (Cost-efficiency) OSS 利 による開発規模の削減 運用の自動化, 標準 API マルチベンダ対応による OPEX 削減 コモディティハードウェアによる CAPEX 削減 6

7 Current status of carriers business Internet traffic Steady growth Traffic per user Steady growth with no change in ARPU 2000 Gbps kbps/subscriber T k Gbps kbps/subscriber

8 NW 展開の方向性 通信事業者の課題 解決の方向性 大容量化 (100G 化 ) 高速 大容量 ハ ケット多重 波長 / 伝送 ハードウェア処理が適した領域 Next Gen PTN/Optical NW サービス機能を支える波長 / 伝送は ハードウェアで NW をコントロールする既存技術で対応する サービス基盤の柔軟な設計 NW サービス スピード 柔軟性 スピーディな対応 リソースの End-End コントロール マルチベンダ ソフトウェア処理が適した領域 OpenFlow/SDN 柔軟性でスピーディな NW サービス機能の実現に ソフトウェアで NW をコントロールする SDN を導入する 8

9 ネットワークモデル VM VM HyperVisor DC 内 NW 中継網 アクセス網 CPE 構内網イントラネット DC 内ネットワーク中継網アクセス網構内網 9

10 DC 内ネットワークの課題 クラウド DC 内 NWの課題 ストレージ FW VM VM VM HV DC #A SW SW FW VM VM VM FW HV SW DC-GW VM VM VM HV SW SW 方式 技術上の課題方式 技術上の課題 イーサネットに起因する課題 -VLAN 数 4096 制限 ( 方式 ) -ARP/BC/MCの処理(SW 仕様 ) -MACテーブル Arpテーブル制限 (SW 仕様 ) -トポロジの制限( 方式 ) -ル-プ/ フラッディングの問題 ( 方式 ) -OAM/ モニタリング ( 運用 ) スケーラビリティの課題 NW の安定性の課題 イーサネット機能を拡張して対応する動き ベンダ主導の解決策 ( 非イーサネット化 ) TRILL イーサ Fabric OpenFlow による対応の動き 事業者主導の解決策 (OF/SDN) クラウドとの協調クラウドとの協調 多様な HV 種別 ベアメタルへの柔軟な対応 VM の移動に関する課題 スケーラビリティ コスト面の課題コスト面の課題 OPEX 削減 自動化 (SDN) 機構の導入 CAPEX 削減 コモディティ装置の利用 スケールメリットによる効率化 10

11 中継網の課題 既存網の有効活用 Packet/ 光トランスポートとの連携による網資源の効率的利用 L2/L3 網の統一的実現 DC 内のテナント NW と VPN 網との自動化された接続 レイヤ 1 から 3( 将来的には 4 以上 ) を考慮した NW 資源の利用効率の向上 広域災害等を考慮した対災害性の高い網構成 広域に広がる設備の運用 保守の容易性 スケーラビリティの確保 他社網との SDN を介した相互接続 11

12 アクセス網の課題 多様なアクセス回線 ( 有線 無線 インタネット等 ) との相互接続 限定された NW 資源という状況での QOS/QOE の確保 多様化する端末への対応 CPE のシンプル化によるコスト削減 12

13 構内網の課題 構内網と広域網の統一的な運用 管理 人の属性変化 ( 人事異動等 ) に応じて所属する NW IT 資源への動的な関連付けの自動化 13

14 クラウドサービスへの適用 VM VM HyperVisor DC 内 NW 中継網 アクセス網 CPE 構内網イントラネット DC 内ネットワーク中継網アクセス網構内網 14

15 (1) クラウドサービスへの適用 IaaSのDC 内ネットワークに OpenFlow を適用することで顧客毎の仮想ネットワークを自動で設定 ユーザ A ユーザ B インターネット VPN アプライアンスへの経路を制御しリソースを最低限に抑制 アプライアンス a) 顧客が要求する VM アプライアンスに応じて必要な NW を自動設定 OpenFlow NW アプライアンス b) 仮想マシン 物理サーバー 仮想 NW によって顧客毎のトラヒックを分離 15 15

16 Enterprise Cloud Portal Self-provisioning of VM from customer portal Building necessary network connection automatically by portal No need for users to care about network connectivity 16

17 Biz ホスティング Enterprise Cloud のグローバル展開計画 2013 年度中に 9 ヶ国 11 拠点に展開し 今後更に拡充予定 英国 米国 ( サンノゼ ) 米国 ( スターリン ) ドイツ 2013 末 タイ 香港 日本 マレーシア シンガポール オーストラリア

18 (2) グローバルデータバックアップ機能 OpenFlow により グローバルデータセンター間でのリソース連携を実現データ量にあわせて リアルタイムに回線帯域をコントロール可能 OpenFlow により帯域の増減をカスタマポータルからコントロール バースト通信発生時にネットワーク帯域を 500Mbps までブースト可能 Boost! Boosting 追加料金 / 時間 通常時 10Mbps 月額固定 バックアップ重要データ Virtualized Network プライマリーストレージ ( 日本 DC) バックアップストレージ ( 香港 DC) 18

19 (3) 世界初の新マイグレーションサービス 仮想ネットワークを用いて 既存システムの IP アドレスを変更せずに クラウドへのマイグレーション可能な新サービスを提供 (2013 年夏予定 ) オンプレミス既存システム ( お客さま拠点 ) Biz ホスティング Enterprise Cloud オンプレミスからクラウドへのマイグレーション IP アドレス A IP アドレス A GW 仮想ネットワーク GW オンプレミスサーバーの IP アドレスと同一アドレスでクラウドへ移 19

20 自動化の仕組仕組み 自動化の仕組み ポータル ~ オーケストレーション ~ クラウド /SDN コントローラからなるシステム カスタマ / オペレータポータル (UI 認証 ) オーケストレーション サービスシナリオ 運用シナリオ 顧客管理 故障管理 SO 管理 チケット管理 リソース管理 課金 統計管理 クラウドコントローラ OpenFlow コントローラ SDN コントローラ コンフィグ SNMP 等 VM HV VM アプライアンス OpenFlow スイッチ 20

21 導入メリット ループフリーな設計が実現でき 設計が容易になった クラウドと NW の一元管理が実現できた SO 自動化が実現できた ( 開通 帯域変更 VLAN 設定など ) VLAN4000 制限の壁を越えた 課題 OpeFlow を導入してどうだったか? OpenFlow/SDNの導入導入のメリットはのメリットは期待通期待通り OpenFlow v1.0 の仕様不足 ( コントローラ冗長 matching field action など不足 ) VLAN 以外のスケーラビリティ Flow Table 不足 :OpenFlow Switch ハードウェア共通の課題 適用範囲拡大において機能不足 - キャリア NW で求められる保守機能が不足 (OAM など ) - Controller をキャリア側で自由にコントロールできない 課題解決に向けてけて NTT Com 独自の技術検討技術検討を実施 21

22 適 領域の拡 を考える OAM/Volt End-to-end Network Virtualization VM VM HyperVisor エッジのシンプル化 DC 内 NW 中継網アクセス網 CPE 構内網イントラネット Dc-VPM 間接続自動化 自前自前コントローラ OFS DC 内ネットワーク 22

23 OpenFlowの効用を最大限に引き出すためには 自前コントローラーを持つことが有効と考え 現在コントローラーを開発中 Network Application Common Framework OpenFlow コントローラー開発 SDN Controller API API API API API SDN Common Framework API NW-APL NW-APL NW-APL NW-APL API 上位アプリから NW-APL を制御するための API ユースケースに応じた特徴ある機能を実装 NW-APL を作りやすくするための API Driver OFC (Ryu) OpenFlow Config CLI API Abstraction EMS etc. Packet Forwarding OpenFlow Switch Appliance etc. Optical etc. EMS: element management sys OFC: OpenFlow controller CLI: Command Line Interface API: Application Interface 23

24 エッジのシンプル化 Centralized control of BGP protocol processing on a controller Similar to IP-VPN from outside network Interop Tokyo 2012 ShowNet Demonstration Customer/Operator Portal CMDB Network Controller BGP Route Controller VPN-1 VPN-2 VPN-3 VPN-4 VPN-5 SDN Controller OpenFlow Controller (RYU) CE11 CE31 CE41 Resource Pool (Available CEs) ebgp ebgp Resource Pool (Available CEs) CE72 ebgp ShowNet (Internet) CE51 PE1 P1 PE3 CE32 CE23 PE2 P2 PE4 CE12 CE43 CE53 Resource Pool (Available CEs) OpenFlow Based L3VPN 24 Resource Pool (Available CEs) CE22 CE42 CE52

25 クラウド DC-VPN の境界 Today: クラウド内ではテナントネットワークを自由に作成できるが VPN と接続する場合は VLAN/VRF 等の設計 設定が必要となる クラウド側でネットワークが追加 削除されたりする度に PE ルータのコンフィグをアップデートする必要がある Data center Network VLAN VLAN VRF MPLS-VPN VLAN IP MPLS 25

26 クラウド DC-VPN 接続の自動化 Tomorrow: ポータルサイトから API を介して自動的に VPN と接続 SDN コントローラでテナントネットワークと VPN をマッピング 経路のアップデートは BGP で広告されるため VPN 側の ASBR をコンフィグする必要がなくなる API SDN Controller Data center Network OF ebgp MPLS Inter-AS option B MPLS-VPN VLAN IP MPLS 26

27 クラウド DC Tomorrow: DC 内で VLAN を使わず MPLS をハイパーバイザまで拡張 HV 内の OVS でラベルを操作 制御対象となる OVS 増大に対し 分散型のコントローラで対応 OpenStack との連携 Quantum SDN Controller VM VM OFC HV/OVS Pub/Sub Data center Network ebgp MPLS Inter-AS option B MPLS-VPN IP MPLS 27

28 OpenFlow による OAM 機能の実現 ソフトウェアで実装することで 汎用スイッチに必要最小限の OAM 機能を実装できないか? OpenFlow Controller の App として OAM 機能を実装 OAM-APL SDN ctrl CPE CPE アクセス区間 ノード間 ノード間 中継区間 エンド - エンド区間 ノード間 アクセス区間 28

29 VOLT 実環境と同じ条件下条件下で SDN のネットワークを設計設計 試験可能な VOLT OpenFlow の実ネットワークのネットワークの構成構成や経路情報経路情報を丸ごとごと複製複製したテストしたテスト環境環境をシステムをシステム上に作成し 実環境実環境と同じ条件下条件下で新たなネットワークをたなネットワークを設計設計 試験試験することがすることが可能 テスト環境環境で設計設計したした内容内容をそのままをそのまま実ネットワークにネットワークに反映反映させることもさせることも可能 29

30 SDN ShowCase デモ出展 SDN により経路経路や帯域帯域をリアルタイムにをリアルタイムに変更変更するする運用運用が可能なリソースなリソース制御制御システム SDN を既存既存のネットワークにのネットワークに活用活用し MPLS による 1 対 1 もしくは 1 対多の通信経路通信経路 帯域 ( パス ) を 好きなきな時間時間 場所場所 帯域帯域で高度高度に変更変更 制御制御できるリソースできるリソース制御制御システム コントローラーと MPLS エッジルーターで MPLS パスの状態状態をリアルタイムにをリアルタイムに把握把握 利用利用するアプリケーションの品質品質と連動連動したした最適最適なパスなパス制御制御を実現 30

31 SDN に対する期待 VM VM End-to-end Network Virtualization HyperVisor DC 内 NW 中継網 アクセス網 CPE 構内網イントラネット 31

32 SDN ガイドライン 目的に応じて SDN を構成する要素技術をどのように組合わせればよいか 設計 構築 運用に関するガイドラインが必要 OpenFlow スイッチを選択する場合 評価手法が必要 技術評価手法が必要組合わせて動作するか分からない SDN の設計方法が確立されていない NW アプリ NW アプリ NW アプリ NW コントローラ 課題毎の異なった研究開発要素を SDN として横断的に仮想 NW を構築するための共通的な設計 ネットワーク DB 課題毎 NW 制御技術 NW コントローラ NW 管理 制御アプリケーション 課題毎 NW 制御技術 課題毎 NW 制御技術 SDN 設計技術ガイドラインとして成果をまとめる ソフト SW ハード SW 伝送装置光伝送装置 100 程度の仮想ネットワーク SDN の基本構成 1000 台規模の SDN ネットワークを想定 32

33 Forwarding Plane Hardware Switch (SW LSI) DPDK IGEL/IPI Software Switch BCM Socket buff In packet Flow DB match match action action Socket buf out packet Hardware Switch (NW Processor) In port port Interface DB out port learning Linux kernel interface 33

34 マルチレイヤネットワークへの適用 Cloud DC NW (Intra/Inter-DC) 仮想リソース Cloud/Virtualized DC OpenFlow SW API サービス NW フレキシブル + 迅速化 ベンダフリー エンド - エンドコントロール DC との接続自動化 シンプル化さらさらたエッジ NFV による仮想 CPE コアバックボーン NW 大容量化 (100G) 波長レイヤとレイヤと伝送伝送レイヤレイヤ統合 パケット伝送 ( ルータレス化 ) DC GW Edge PTN/ OXC Edge PTN/ OXC DC GW Edge Service NW PTN/ OXC Edge PTN/ OXC PTN/ OXC Next Gen PTN/Optical DC GW Edge CPE(NFV) Protocol 変換 SDN Common Platform SDN Controller Orchestrate endend resources over multi-layers 34

35 NFV ネットワーク機能の専 アプライアンスから汎 サーバ + ソフトウェアへの移 35

36 End-to-End Network Virtualization Svc APL Svc APL API Svc APL Ex) NFV アプリのインストール Config 制御 / 自動化 Route server, etc. NW Orchestration NW Appliances on VM NW APL NW APL SDN ctrl NFV ctrl/mgr OpenStack Ex) OpenStack による VM の制御 Customer VM/IaaS WPA IPSec NFV Platform VM VM VM VM HyperVisor HyperVisor DC 内 NW End-to-end Network Virtualization 中継網 トラヒックステアリング サービスチェイニング アクセス網 vcpe 構内網イントラネット トランスポート Internet wired/wireless Hypervisor 内 SW Fabric( 物理網 ) Overlay NW Hop-by-Hop 型の仮想 NW ルータレス NW モニタベースの TE マルチバス分散 3 経路切替 マルチレイヤ最適化 オーバレイ型の仮想 NW モニタベースの TE 36 Ex) 人の属性変更に対する NW/IT 資源の関連付けの自動化

37 まとめ OpenFlow/SDN はネットワーク技術を実装する為の手段 - 較的容易に実装できる - 机上検討よりも実機での実証実験を通して知 を める - オープンイノベーション キャリア NW に対しては機能面 コスト面からの期待は大きい - POC を通して有効性を確認 - 実証実験を う場 ( テストベッド ) の必要性 導入に関しては - SDN ならではの機能実現 - サービス面 運用面に関するインパクトが重要 37

38 Thank You! 38