2017 5G 時代の モバイルユーザープレーン 再検討 松嶋聡 ソフトバンク
現 のモバイルネットワーク ( 携帯網 ) の例 RAN, EPC, SGi に分割されて構築 管理 端末セッションごとのトンネル接続, 移動管理 伝送路からみたパスの最適化が困難 Data-plane Role Access Node (enode-b) L2 Anchor Node (Serving Gateway) L3 Anchor Node (Packet Data Network Gateway) Service Functions GTP-U Tunnel IPv4/IPv6 GTP-U Tunnel VLAN, etc., Internet, Service network IPv4 IPv4 RAN EPC SGi
3GPP Rel-15 アーキテクチャ (5G Phase.1) ユーザープレーンは劇的に簡素化されている 3GPP TS23.501
5Gに対する 般的な期待 ユーザープレーンは複雑な最適化を要求されている 要求の異なるサービスを重畳するネットワークスライシング 少量セッション 容量帯域 (embb) 低遅延 信頼データ転送 (urllc) 量セッション 少容量帯域 (mmtc) Source: NGMN white-paper
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12)
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) Provides High Quality Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) Enables Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) Deploys Back-haul and Core w/ High Quality and Reliability For C/U-Plane and O&M Networks Enables Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality and Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol Multiplexes Sessions in A Tunnel Deploys Back-haul and Core w/ High Quality and Reliability For C/U-Plane and O&M Networks Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality and Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) IPv6 as User PDN Protocol GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes Deploys Mobile Back-haul and Core w/ High Quality and Reliability For C/U-Plane and O&M Networks Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality and Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) IPv6 as User PDN Protocol GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes さな ID 空間の 多階層ネットワーク Deploys Mobile Back-haul and Core 合計 572 ビット w/ High Quality and Reliability For C/U-Plane and O&M Networks Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality and Reliability
ID 空間とプロトコルから たネットワーク階層 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP SPort(16) UDP DPort(16) IP SA (128) IP DA (128) VLAN ID (12) IPv6 as User PDN Protocol GTPv1U as Mobile User-Plane Protocol Multiplexes Sessions in A Tunnel Between Two Nodes さな ID 空間の 多階層ネットワーク Deploys Mobile Back-haul and Core 合計 764 ビット w/ High Quality and Reliability For C/U-Plane and O&M Networks Multiple Virtual Networks Co-exist Provides High Quality and Reliability
IPv6 単 レイヤで 分な ID 空間を提供 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP Sport(16) UDP Dport(16) IP SA (32) IP DA (32) VLAN ID (12) 階層ごとネットワークの 構築 運 をシンプルに 572 ビット 512 ビット空間 Segment-ID [1]* (128) Segment-ID [0]* (128) IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) *Exist in Segment Routing Extension Header (SRH)
IPv6 単 レイヤで 分な ID 空間を提供 User IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) Tunnel ID (32) UDP Sport(16) UDP Dport(16) IP SA (128) IP DA (128) VLAN ID (12) 764 ビット もっと増やせます (768 ビット ~) Segment-ID [3]* (128) Segment-ID [2]* (128) Segment-ID [1]* (128) Segment-ID [0]* (128) IPv6 SA (128) IPv6 DA (128) *Exist in Segment Routing Extension Header (SRH)
128 ビット ID に様々な機能を与える SRv6 SRv6 Function* Name Forwarding SRv6 Function* Name Forwarding End Lookup SRH T Pure IPv6 transit End.X L3 cross-connect to next-hop T.Insert Insert an SRv6 policy (SID list) End.T L3 lookup IPv6 table T.Encaps Encap SRv6 policy (SID list) by outer IPv6 hdr End.DT6 Decap outer IPv6 hdr and lookup IPv6 table End.DT4 Decap outer IPv6 hdr and lookup IPv4 table End.DX6 Decap outer IPv6 hdr and IPv6 cross-connect End.DX4 Decap outer IPv6 hdr and IPv4 cross-connect End.B6 Bound to an SRv6 policy(sid list) * SRv6 Network Programming
もしも SRv6 が現 トンネルの代替になれたとしたら RAN, EPC, SGi に分割されて構築 管理 端末セッションごとのトンネル接続, 移動管理 伝送路からみたパスの最適化が困難 IPv6に統 することで モバイルと他ネットワークを統合 モバイルNW 機能をSegment-IDで表現して実現する Access Node (enode-b) L2 Anchor Node (Serving Gateway) L3 Anchor Node (Packet Data Network Gateway) 3 23 3 23 IPv4 23 3 3 23-3 ( 3 3 IPv4 )- SRv6 SIDs SRv6 Network
Segment-ID に持たせるモバイル NW の機能 上り方向 下り方向 アクセスポイント T.Insert End.X L2 アンカー (ie SGW) End.B6 End.B6 L3 アンカー (ie PGW) End.T T.Insert アクセスポイント (enode-b) L2 アンカー (SGW) L3 アンカー (PGW) 上りリンク SRv6 SIDs 下りリンク Internet, Service network SRv6 Network
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 上り ) SRv6 Network MN S:: A:: B:: C:: Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 上り ) SRv6 Network MN S:: A:: T.Insert B:: C:: Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SRH SA=S:: DA=B:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 上り ) SRv6 Network MN S:: A:: T.Insert B:: End.B6 C:: Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SRH SA=S:: DA=B:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: SA=S:: DA=C:: NH=SRH(43) SL=0 SID[0]=C:: SID[1]=B:: SRH SL=1 SID[0]=D:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 上り ) SRv6 Network MN S:: A:: T.Insert B:: End.B6 C:: End.T w/ PSP Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SRH SA=S:: DA=B:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: SA=S:: DA=C:: NH=SRH(43) SL=0 SID[0]=C:: IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SID[1]=B:: SRH SL=1 SID[0]=D:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 上り ) SRv6 Network MN S:: A:: T.Insert B:: End.B6 w/ PSP C:: End.T w/ PSP Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SRH SA=S:: DA=B:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: SRH SA=S:: DA=C:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SID[1]=B:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 下り ) SRv6 Network MN S:: A:: B:: C:: Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=D:: DA=S:: NH=TCP
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 下り ) SRv6 Network MN S:: A:: B:: T.Insert C:: Internet, Service network D:: CN SA=D:: DA=B:: NH=SRH(43) IPv6 Header SA=D:: DA=S:: NH=TCP SRH SL=1 SID[0]=D:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 下り ) SRv6 Network MN S:: A:: End.B6 w/ PSP B:: T.Insert C:: Internet, Service network D:: CN SA=D:: DA=A:: NH=SRH(43) SA=D:: DA=B:: NH=SRH(43) IPv6 Header SA=D:: DA=S:: NH=TCP SRH SL=1 SID[0]=D:: SRH SL=1 SID[0]=D:: SID[1]=B:: SID[1]=B::
SRv6 でモバイルネットワーキング ( 下り ) SRv6 Network MN S:: A:: End.X w/ PSP End.B6 w/ PSP B:: T.Insert C:: Internet, Service network D:: CN IPv6 Header SA=S:: DA=D:: NH=TCP SRH SA=D:: DA=A:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: SRH SA=D:: DA=B:: NH=SRH(43) SL=1 SID[0]=D:: IPv6 Header SA=D:: DA=S:: NH=TCP SID[1]=B:: SID[1]=B::
現 モバイルネットワークとステートレスインターワーク User pkt Tunnel header Tun-ID DA v4 IPv4 header SA v4 User pkt SRH IPv6 header DA v6 SA v6 Internet, Service network Internet, Service network Locator DAv4 SAv4 Tun-ID 128-a-b-c a b c Existing IPv4 Network SRv6 Enabled IPv6 Network
SRv6 でネットワークスライシング モバイル機能やパスの SID のセットをスライスとして表現 -> 1 セットの Segment-ID の共通プレフィクスをスライスの ID に 端末のユーザーアプリからパケットに SID をパケットに -> ソケット API からアプリが直接スライスを指定することができる payload スライス SID SRH DA IPv6 header SA SID set of NetSlice-C Contents for NetSlice-C SID set of NetSlice-B Contents for NetSlice-B SID set of NetSlice-A Contents for NetSlice-A SRv6 Network
まとめ 5G 時代のユーザープレーンは シンプルでなければ複雑な最適化要求に対応できない 現在の多階層ネットワークをシンプルにするためには 分な きさの ID 空間を持つ単 レイヤへインテグレーションすることが有効 モバイルユーザープレーン機能を SRv6 で実現 単 レイヤ化 複雑な要求に対応可能なシンプルなユーザープレーンを構築可能 SRv6によって End-to-End きる可能性 ネットワークスライシングが実現で
参考資料 SRv6 for Mobile User-Plane draft-matsushima-spring-dmm-srv6-mobile-uplane SRv6 Network Programming draft-filsfils-spring-srv6-network-programming IPv6 Segment Routing Header (SRH) draft-ietf-6man-segment-routing-header