Project calico introduction - OpenStack最新情報セミナー 2017年7月

Project Calico Introduction
Jul 26, 2017
Yuji Azama
NEC Solution Innovators, ltd
Okinawa Open Laboratory

Okinawa Open Laboratory 2
本⽇お話したいこと
n Project Calico Introduction
n Project Calicoとは？
n Calicoの仕組み
n Calicoデータセンターファブリックをどう組むか
n Calicoコミュニティについて

⾃⼰紹介
n 本名
n 安座間勇⼆ (あざまゆうじ)
n 出⾝地
n 沖縄県
n 所属
n 2014⼊社〜2017/03
n NECソリューションイノベータ東京本社
n 2017/04〜現在
n 同社沖縄⽀社
n これまでの沖縄ラボでの活動
n Service Chaining PJ メンバー (2014〜2015)
n ThinkIT「OpenDaylightを始めよう！」

Project Calicoとは

Calico Cat = 三⽑猫

Project Calico
n どんなPJか？
n OpenStack VMやコンテナに対してL3ルーティングベースのネットワーキング機能を提
供するOSSプロジェクト
n Apache 2.0 license
n 最新バージョンはv2.3で、リリースは不定期
n 歴史
n 2014 MetaswitchがProject Calicoを発表
n 2016 MetaswitchとCoreOSがTigera社を設⽴
CalicoとFlannelを統合したCanalを公開
n 特徴
n ピュアなL3ルーティングベースの技術でVM/コンテナ/ベアメタル(および混在環境)に
対してネットワーキングを提供する
n 経路情報の伝播⼿段としてBGPを利⽤する
n LinuxのForwarding Information Base(FIB)でルーティングを提供する
n ネットワークポリシーを提供する

他プロジェクトとの関係 (Integration)
n OpenStack
n Neutron ML2 PluginとしてCalicoを使⽤でき、OpenStackのネットワーキングとして動作
(networking-calico)
n Kubernetes
n KubernetesのAddonとしてFlannelがVxLANを使⽤するのに対して、CalicoはL3ルーティングネ
ットワークとネットワークポリシーを提供 (CNI Network plugin)
n Docker
n Docker network pluginとして動作し、ルーティングとネットワークポリシーを提供
(libnetwork plugin)
n Mesos
n CalicoがMesosに対してIPネットワーキングとセキュリティポリシーを提供
(CNI Network plugin)
n rkt
n Calicoがrktコンテナにネットワーキングとネットワークポリシーをサポート
(CNI Network plugin)

Mirantis Cloud Platform
n Mirantis Cloud Platform 1.0では、KubernetesのSDNとしてCalico
を統合
参考: https://www.mirantis.com/blog/bring-in-the-new-infrastructure-stack/

Calicoに期待されること
n High Performance
n オーバーレイのカプセル化が発⽣しないためパフォーマンスが優れている
n Simple
n OpenFlowやオーバーレイがないためtracerouteやpingが期待通りに動作する
n Scalable
n データセンターNWが、BGPを使⽤したインターネットと同じ原理で構築できるため
スケーラビリティに優れている
n L2通信で発⽣していたARPブロードキャストを抑制できる
n Secure
n VMやコンテナに対して、トラフィックの⽅向やIPアドレス、ポート番号などの
ネットワークポリシー制限が⾏える

Calicoの仕組み

Compute Host
Felix
BIRD
WorkloadWorkloadWorkload
FIB
Compute Host
Felix
BIRD
FIB
Compute Server(calico node)
Felix
BIRD
FIB
Calicoアーキテクチャ
n Felix (プロセス名: calico-felix)
n Workload(※)が動作する全ホストに常駐するエージェント
n etcdからWorkload情報を受取り経路情報とACLを設定する
n BIRD (プロセス名: bird, bird6)
n Calico Node間で経路情報を交換するルーティングデーモン
n FIBを監視しWorkloadの経路を検出/広告する
n Etcd またはEtcd Proxy(プロセス名: etcd)
n Calicoのデータストア
n OpenStack環境ではOpenStackデータベースのミラー
n Orchestrator Plugin
n OpenStackやKubernetesなどのプラグイン
n E.g. networking-calico, calico CNI Plugin
Etcd
Orchestrator Plugin
※ Calicoで⾔うWorkloadとはCalicoネットワークによって接続されるVMやコンテナなどのこと
BGP Peer
IPTables
IPTables
IPTables

CalicoにおけるARP解決
n Proxy ARP
n Proxy ARPとは、他のデバイス宛のARP要求に対して、本来の問合せ先に代わ
ってARP応答する機能
n CalicoにおけるProxy ARPの動作
n Calicoにおいては、宛先IPのVMに代わってCalico NodeがARP代理応答を⾏う
n VM⾃⾝のtapのMACアドレスを学習する
Calico Node
VM
FIB
VM
eth0 eth0
tap tap
$ arp
? (192.0.2.1) at fe:16:3e:ec:bd:62 [ether] on eth0
VM内のARP Table
VMのtapのMACアドレス
ARP要求
ARP代理応答

Calicoにおけるルーティング情報の伝達
n FelixがCalico Node内のVM/コンテナの経路情報をFIBに登録する
n BIRDがFIBを読込み、他Calico NodeとBGPで経路交換する
受け取った経路を⾃NodeのFIBに書込む
Calico Node
BIRD
VMbVMa
FIB
Felix
Calico Node
BIRD
VMdVMc
FIB
Felix
BGP Peer
VMc, VMdの経路広告VMa, VMbの経路広告
経路情報
読込み/書込み
経路情報
読込み/書込み
経路情報
書込み
経路情報
書込み

n ルートリフレクターを使⽤することでiBGPピアのフルメッシュを回避で
きる
n ⼤規模なほどCalico Nodeのピアリング負荷が削減できるので効果的
ルートリフレクターを使った経路広告
ルートリフレクター
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
Calico Node
BIRD
ルートリフレクターなしルートリフレクターあり

Calicoデータセンターファブリックをどう組むか

Calicoデータセンターのデザインで考慮すること
n BGPのASデザイン
n BGPのPrivate AS番号には限りがある
n 2Byte Private AS → 64512〜65534の1,023個
n AS枯渇の懸念がある場合には4Byte ASを使うことも可能(RFC6793)
n 4Byte Private AS → 4200000000〜4294967294の94,967,295個
n BGPピア数
n BGPピア数が増えるとルーターの負荷が⾼くなるので⼤規模化が難しく
なってくる
n 各NW機器のルーティングテーブルサイズ
n スパインスイッチ/ToRスイッチのルーティングテーブルサイズの上限を
超えないようにする

Calico L3 Fabricの例
n L3スパインスイッチ
n ToR間のフルメッシュピアを回避
しスケーラビリティを確保
n ラック単位のASデザイン
n ラック単位にASを構成すること
で、Calico Node単位にASを構成
するよりAS数を削減できる
ToR L3SW
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
ToR L3SW
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
ToR L3SW
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
ToR L3SW
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
ToR L3SW
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
Calico Node
…
AS X
Router
AS Y
Router
AS Z
Router
eBGP Peer
Spine
AS A AS B AS C AS D AS N

Project Calico Community

Project Calico Community
n Project Calico Documentation
n http://docs.projectcalico.org/
n Source Code
n Project Calico Organization @GitHub
n Project OwnerはMetaswitch
n https://github.com/projectcalico/
n Calico Users @Slack
n 参加⼈数: 約1,300⼈
n https://calicousers.slack.com/

沖縄オープンラボラトリ概要
n 名称
n 一般社団法人沖縄オープンラボラトリ（略称：沖縄オープンラボ、OOL 等）
n 設立
n 2013年5月8日 NTTコミュニケーションズ、NEC 、イイガの3社にて設立
n 所在地
n 〒904-2241 沖縄県うるま市字兼箇段61番地1
沖縄情報通信センタービジネス棟201号
n 電話：098-989-1940
n Web：http://www.okinawaopenlabs.org/
n Facebook：http://www.facebook.com/okinawaopenlabs/
n 代表
n 理事長伊藤幸夫
n 目的
n 情報通信における先進技術（次世代ICT基盤技術）の実用化、普及のための研究開発
活動 ⇒クラウドとSDNの検証活動を会員企業と実施
OOLおよびCalico検証PJ メンバー募集中！

Thank you!
OOLでCalico検証に参加されたい⽅、ご意⾒やご質問がある⽅は
ぜひお声かけください！

(参考) Calicoで問題になりそうなこと
n BIRDルーティングテーブルの肥⼤化
n ワークロードのパフォーマンスに影響を与えないか
n BIRDのルーティングテーブル検索のパフォーマンスに影響が出ないか
n スケーラビリティ
n BGPだからスケーラブルと⾔ってもルーターのルート数に上限があるのではないか
n L2レスによる問題
n L2でDiscovery機能を使うアプリケーションが動かなくなるが回避策はあるか
n BUMトラフィックの扱いはどうなっているのか
n SNMPは動作するか
n FWやLBがある環境で動作するか
n セキュリティ
n テナント分離はできるか
n Calicoのネットワークポリシーだけでは不⼗分ではないか

Hypervisor #2 (Compute2)Hypervisor #1 (Controller + Compute1)
VM2 (cirros) VM1 (cirros)
eth0eth0
$ arp
Address HWtype HWaddress Flags Mask Iface
192.0.2.10 ether fa:16:3e:03:a3:35 CM tap3be12409-03
Compute2(192.168.122.11) ether 52:54:00:61:49:20 C enp0s3
192.168.122.1 ether 52:54:00:28:dd:eb C enp0s3
$ route
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
default 192.168.122.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 enp0s3
192.0.2.4 compute2 255.255.255.255 UGH 0 0 0 enp0s3
192.0.2.10 * 255.255.255.255 UH 0 0 0 tap3be12409-03
192.168.122.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 enp0s3
tap3be12409-03 tapd9b9894d-8b
$ ip addr show tapd9b9894d-8b
22: tapd9b9894d-8b: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether fe:16:3e:ec:bd:62 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet6 fe80::261:feff:feed:cafe/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
$ ip addr show tap3be12409-03
23: tap3be12409-03: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether fe:16:3e:03:a3:35 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet6 fe80::261:feff:feed:cafe/64 scope link
$ ip addr show eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
link/ether fa:16:3e:03:a3:35 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.0.2.10/24 brd 192.0.2.255 scope global eth0
inet6 fe80::f816:3eff:fe03:a335/64 scope link
$ arp
? (192.0.2.4) at fe:16:3e:03:a3:35 [ether] on eth0
? (192.0.2.1) at fe:16:3e:03:a3:35 [ether] on eth0
$ route
default 192.0.2.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
192.0.2.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
$ ip addr show eth0
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000
link/ether fa:16:3e:ec:bd:62 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 192.0.2.4/24 brd 192.0.2.255 scope global eth0
inet6 fe80::f816:3eff:feec:bd62/64 scope link
$ arp
$ route
default 192.0.2.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
192.0.2.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 eth0
$ arp
Address HWtype HWaddress Flags Mask Iface
192.0.2.4 ether fa:16:3e:ec:bd:62 CM tapd9b9894d-8b
Compute1(192.168.122.10) ether 52:54:00:22:2f:5a C enp0s3
192.168.122.1 ether 52:54:00:28:dd:eb C enp0s3
$ route
default 192.168.122.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 enp0s3
192.0.2.4 * 255.255.255.255 UH 0 0 0 tapd9b9894d-8b
192.0.2.10 compute1 255.255.255.255 UH 0 0 0 enp0s3
192.168.122.0 * 255.255.255.0 U 0 0 0 enp0s3
enp0s3
192.168.122.0/24
enp0s3
(参考) Multi Node OpenStack with Calico
n Routing Table, ARP Table実例

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