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MPLS JAPAN 2014
仮想NWにおける
サービスチェイニングの実装例
ジュニパーネットワークス株式会社
技術統括本部
有村淳矢
“ON NET“ クラウドサービス
ブランチ
オフィス
モバイル
ユーザー
Internet
Cloud GW
HQ/DC
Private Cloud
Internet
Cloud GW
Internet
Cloud GW
インテリジェント
xSP Cloud
Internet/VPN
NaaS
SaaS/XaaS
Cloud
DC Cloud
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SOHO/
エンターテイメント
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SDN,NFVを用いたアーキテクチャの進化
エッジクラウド
クラウドデータセンター
VM、VAの
生成、削除
NFV
VMs / NFV
VMs / NFV
VMs / NFV
サービスエッジ クラウド
(vCPE, vPEサービスの提供)
クラウドデータセンター
(XaaSサービス提供)
GW Router
BROADBAND
NFV
NFV
BUSINESS
MX 3D
MOBILE
Physical Network
Access
Service Edge
ポリシーベースでの
トラフィックステアリング
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Core
PCEによるLSPのプロビジョニング
パスの効率利用、カレンダリング、メンテナンスモード
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THE PROMISE OF SDN & NFV
SDN
NFV
§  Separation of the control plane from
 
the data plane
§  A centralized controller and view of
the network
§  Programmability of the network by
external applications
A broader definition:
 
A broader definition:
SDN will make the network programmable
that allows for greater levels of flexibility,
automation, and control in the network.
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Implementation of network functions in
software that can
§  run on a range of industry standard
server hardware
§  be moved to, or instantiated in,
various locations in the network,
without the need for installation of
new equipment.
 
An architecture for hosting and
connecting virtual functions that make
up a service
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サービスの仮想化
Tethered virtualized
control plane service with
protocol session.
(PGW, SGW, SAE, …)
Shared virtualized
control plane service
in cloud with protocol
session
(vRR, vMME, vPE …)
Forwarding plane
sampling to tethered
system
(Jflow, analytics, …)
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x86-based switch/router
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サービスの仮想化とチェイニング
•  x86ハードウェア上で仮想マシンとしてネットワークサービスを動作させる
•  トラフィックフローをサービスチェーンに振り分け
•  全てのネットワークサービスやアプリケーションで汎用ハードウェアを使うことによるコスト
削減
•  仮想化によって弾力的なリソース活用が可能
•  サービス導入の短縮
仮想サービスのチェーン
Router
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Evolved
Packet
Core
Firewall
DPI
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Cache
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NAT
Router
サービスの仮想化とチェイニング
Forwarding plane extended
through virtualized service
chain
(e.g. CGN-FW-PCEF-JCE)
Forwarding plane
extended into cloud
service chain and back in
DC
(vFF,vLB…)
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Small device virtualized
forwarding plane
(vFW, IPSec, SSL, vCPE, …)
Forwarding plane
extended to another
device
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Forwarding plane
extended into cloud
service chain
(Media cache,
optimization)
vCPE/vPE ユースケース
クラウド内仮想アプライアンスを用いた CPE,PE機能の提供 インターネット Branch Switch Office PE Provider MPLS cloud vCPE DC GW VPN Edge L2 PE vFirewall DC/CO Fabric + Overlay サービスチェイニング L2 PE Switch Switch Branch Office 8
Branch Office Copyright © 2014 Juniper Networks, Inc.
vNAT www.juniper.net
vPE vCPE マネージドサービス
EXAMPLE: COLT
vCPE – PE based
Branch Routing
Fibre
Access
Ring
IP/MPLS
Network
Ethernet (e.g FE)
GE (.1Q)
Ethernet
CPE
Customer
LAN
Ethernet
HN/PE
IP Edge
Router
(PE)
IP CPE
vCPE – Extend to the Cloud
IP/MPLS
Network
Fibre
Access
Ring
Ethernet (e.g FE)
Customer
LAN
Ethernet
CPE
Data
Centre
GE (.1Q)
Ethernet
HN/PE
IP Edge
Router
(PE)
IP CPE
Services on
VM/
Cloud
Platform
http://downloads.lightreading.com/wplib/juniper/HR_Juniper_Innovative_Edge_WP_11_22_12.pdf
9
Copyright
© 2014
Juniper
Networks,
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Copyright
© 2013
Juniper
Networks,
Inc. Inc.
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“SDN POP”
Currently: Services in CPE, Service cards and hosted appliances
Planning to evolve to “SDN POP’s” to leverage virtualization and automation
SDN Controller
顧客 A
PE (MX)
顧客 B
PE (MX)
L3 VPN
Internet
PE (MX)
L5-7
Routing
Instance
顧客 C
ターゲットサービス:
•  ファイアウォール、UTM
•  CDN
•  WAN 最適化
•  SSL
•  vCPE
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仮想
アプライアンス
VMs on
Server
x86
Server
Servers
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service function chaining abstractions
IETF service function chaining (SFC) workgroup
SC Service Chain
SF
SF
SF
SFI
SFN
SFI
SFN
SC
SFN
SFI
SFN
SFI
SFN
SFI
SPS
Service
Function
Node
SFN
Service Path Segment
SP Service Path
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Service
Function
Instance
SFN
SFI
SC
Service
Classifier
SFI
Service
Function
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サービスチェーニングの実装方法は
Policy
Based
Routing
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OpenFlow
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Metadata
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Using
Virtual
Network
Contrailコントローラーのアーキテクチャ
VM,VA間接続のコントロールプレーンとして、
BGP,L3VPNのアーキテクチャを採用
Orchestrator
Network Management System (NMS)
DMI
Route Reflector
IBGP
Control Node
Route Reflector
IBGP
Control Node
SDN System
IBGP
XMPP
VM
VM
PE
P
P
CE
MPLS over MPLS
VM
VM
PE
CE
VM
vRouter
Underlay Switch
MPLS VPN
Underlay Switch
Contrail
vRouter
MPLS over GRE or VXLAN
IETF Draft / BGP-signaled end-system IP/VPNs
draft-ietf-l3vpn-end-system
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VM
Contrail アーキテクチャ
• 
オーケストレータ
オーバーレイのソリューション
• 
既存のIPインフラを有効活用
キャリアクラスのコントローラー
• 
標準プロトコルを採用
• 
動的なプロビジョニング
• 
コントローラーの冗長による信頼性
• 
相互接続による拡張性
• 
REST
SDNコントローラー
SDNコントローラー
SDNコントローラー
ConfiguraNon
ConfiguraNon
BGP
フェデレーション
仮想マシン
仮想アプライアンス
VM
VM
VA
AnalyNcs
AnalyNcs
Control
Control
XMPP
BGP
クラスタリング
BGP + Netconf|
OVSDB
既存のIPネットワーク
XMPP
仮想マシン
仮想アプライアンス
VM
VA
vRouter
vRouter
MPLS over GRE
E-VPN, VXLAN
によるオーバーレイトンネル
ゲートウェイ
マルチベンダーのエッジルーター
「MX」、「EX9200」、その他
WAN, Internet
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VM
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データプレーン Encapsulation方式
Tunnel方式
MPLS over GRE
多くのルータで実装されているため、ゲートウェイとなるルーターと接続可能。
VRFに経路を落とし込むため外部ネットワークとの、特にL3ルーティングとの連携が
容易となる。
VXLAN
多くのToRスイッチで実装されているため、VXLANゲートウェイとの連携に有利。
L3ルーティングする場合、外部装置のルーティングインスタンスや、VXLAN装置自
身のVTEP-ルーティングインスタンス間接続が必要。
Encapsulated payload
Tenant idenNficaNon
Transport tunnel
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L3 over MPLS over GRE
L4-­‐L7
IP
MPLS
GRE IP
Ethernet
L2 over MPLS over GRE
L4-­‐L7 IP
Ethernet MPLS
GRE IP L2 over VXLAN
L3-­‐L7 Ethernet VXLAN
UDP
IP Ethernet Copyright © 2014 Juniper Networks, Inc.
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Ethernet Controller、vRouterでやり取りされるルーティングテーブル
Tunnelへの経路
収容装置の経路(接続情報)
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標準化ベースコントローラ Contrail
Orchestrator
§  XMPP: RFC 6120, draft-marques-l3vpn-end-system
§  BGP L3VPN: RFC 4364
§  BGP EVPN: draft-ietf-l2vpn-evpn
§  NetConf: RFC 6241
§  Multicast: draft-marques-l3vpn-mcast-edge
§  OVS-DB
REST
Overall architecture
§  IETF NVO3 WG
§  ETSI NFV ISG
VM
VM
Internet
/VPN
VRF
VRF
VM
VM
Overlay data plane encapsulation:
§  MPLS over GRE: RFC 4797
§  VXLAN (encapsulation only): draft-mahalingam-dutt-dcops-vxlan
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標準化ベース　オーバレイコントローラ
PCRF、RADIUSといった加入者情報を
もとにポリシーベースにオーバーレイの
パスに転送を行う
Orchestrator
REST
PCRF/
RADIUS
Mobile
Residential
Classifier
Universal
Edge
Business
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仮想マシンではなく
仮想アプライアンスを配置
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仮想ネットワークを用いたサービスチェイニング
draft-mackie-sfc-using-virtual-networking
-  Juniper他、通信事業者との共著
-  BGPシグナリングとMPLSラベリング、VXLANを用いる場合、SFCは今日の
ネットワークに適用が可能であり、既存のネットワークや新しいプロトコルの
追加や、修正を必要としない
-  アーキテクチャとして、物理デバイスと仮想装置でのハイブリッド形式でもサポート
-  既存技術を組み合わせる事でサービスチェイニングを実現する
o 既存装置の機能実装やプロトコルの変更は行わずに実現
o 大規模にも展開できるスケールと、パフォーマンスを
o サービスファンクション間は物理や論理の接続性で定義されるのではなく
ルーティングおよびフォワーディングポリシーで定義
o 物理デバイスとハイパーバイザー上のフォワーディングインスタンス間で接続
o コントローラーにてトポロジの把握と経路計算を行う
o サービスファンクションチェインを生成するための経路広報をBGPもしくは
BGPスタイルのシグナリングで行う
o ロードバランシング、リバースパスについても言及
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物理デバイスによるサービスチェインモデル
Service 1
Service 2
プロトコル/デバイス
ドライバ
物理インターフェース
Netconf
L2 Switch
加入者
ネットワーク
インターネット
/VPN
ルーティング、
フォワーディング
テーブル
ルーティングインスタンス
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仮想環境でのサービスチェインモデル−１
VM1
Network-A
VM2
Network-B
XMPP
VM 1
or vRouter
Service 1
Service 2
VM 2
or vRouter
Hypervisor
Hypervisor上の
VRF
VPN Tunnerl
MPLS over GRE
VXLAN,etc..
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Network-AからNetwork-Bへ転送するため、それぞれのVRFに隣接する
サービスインスタンスをNext-hoptおして転送されていく
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仮想環境でのサービスチェインモデル−２
テーブルにはService1へ
のNext-hopのみが存在
ホストサーバ
ホストサーバ
Service 1
Service 2
XMPP
Netconf (create VRF)
BGP (route updates)
加入者
ネットワーク
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インターネット
/VPN
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物理デバイスと仮想環境の混合モデル
ホストサーバ
アプライアンス装置
Service 1
Service 2
XMPP
加入者
ネットワーク
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インターネット
/VPN
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ECMPを用いたロードバランシング方式
-  SFCを構成するSFインスタンスが分離されたVRFそれぞれに接続された場合、ロードバランシングは
SFインスタンスに接続するVRF Egress インターフェースにて行われる
-  コントローラーはBGP multi-pathルートをSFCエントリー側のVRFに広報
Controller
SFI-1
BGP multi-path route
ECMP
SFI-2
アグリゲート
VRF
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VRF
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リバースパスに対する解決策
– DISTRIBUTE FLOW TABLE ACROSS ECMP SET
-  ステートフルなApplicationでは行きと帰りの経路を同一のしなければならない
-  IP 5-Tappleなどをもとに、経路計算を行うだけでなく、コントローラーにてFlow tableをもち各VRFに
リバースパスも一致するような経路広報を行う
Controller
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まとめ
-  SDN, NFVアーキテクチャについては引き続き今後も議論が必要
-  とはいえ、実装に向けての具体的な検証は進んでいる
-  さらなるスケール、パフォーマンスを伸ばして行くためにHWとSW
の組み合わせによるSDN/NFVの実装、イネーブルメントが鍵に
-  draft-mackie-sfc-using-virtual-networkingでは仮想ネットワーク、
BGPを用いたSFC方式を提案中
-  オーバーレイだけでなくアンダーレイも重要
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ご清聴ありがとうございました。