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- 2. 自己紹介 • 名前： 横川 晃（よこかわ あきら） • 株式会社あくしゅ • 好きなこと： スポーツ、旅行、語学 • Twitter： @_akira_ @oO_akira_Oo • Facebook: akira.yokokawa !2
- 3. もくてき • OpenFlowってどんなものかわかるようになる • フローがよめるようになる • OpenVNetの仕組みが大体わかるようになる !3
- 4. ・L2とL3の簡単なおさらい ・OpenFlowってなに？ * OpenFlowのしくみについて * 周辺技術の紹介 ・OpenVNet開発について - 経緯 - 設計・実装 ・OpenVNetテストについて ・OpenVNet今後の計画 Agenda !4
- 5. OSI参照モデル 物理層 データリンク層 ネットワーク層 トランスポート層 セッション層 プレゼンテーション層 アプリケーション層 IPなど TCP, UDP Ethernet, PPPなど !5
- 7. 第２層：データリンク層 • Ethernet frameと呼ばれる下記のデータを扱う Payload FCSEthertype MAC (source) MAC (destination) 46∼1500バイト 4バイト2バイト6バイト6バイト !7
- 8. L2スイッチの挙動 • MACアドレスとポートの一覧を保持する • 初めはからっぽ １ ２ ３ ４ IP = X MAC = A A B MACアドレス ポート番号 IP = Y MAC = B !8
- 9. L2スイッチの挙動 １ ２ ３ ４ A B MACアドレス ポート番号 IP = X MAC = A パケットが届くとMACアドレスとポート番号のペアを 記憶する !9 A 1
- 10. L2スイッチの挙動 １ ２ ３ ４ A B MACアドレス ポート番号 A 1 IP = Y MAC = B 他のマシンがスイッチにつながった場合も 同様にしてMACアドレスとポート番号を記憶 B 3 !10
- 11. L2スイッチの挙動 １ ２ ３ ４ A B MACアドレス ポート番号 A 1 MACアドレステーブルの情報に従い フレームを送信するポートを決定する B 3 !11 Bへパケットを送信
- 12. 第３層：ネットワーク層 Payload FCSEthertype MAC (source) MAC (destination) 46∼1500バイト 4バイト2バイト6バイト6バイト PayloadTCP ヘッダ IP ヘッダ 20バイト 20バイト 40∼1460バイト !12
- 13. L3ルータの挙動 １ ２ ３ ４ A B 192.168.1.0/24 192.168.2.0/24 宛先 ルータ ホップ ポート 192.168.1.0 - 0 1 192.168.2.0 - 0 4 • 宛先IPアドレスを読み宛先ネットワークを決定 • ルーティングテーブルを参照し送信先を決定 !13
- 14. 複数ルータ間の挙動 １ ２ ３ ４ A B 192.168.1.0/24 192.168.2.0/24 宛先 ルータ ホップ ポート 192.168.1.0 - 0 1 192.168.2.0 210.99.47.1 1 4 １ ２ ３ ４ 130.82.12.1 210.99.47.1 宛先 ルータ ホップ ポート 192.168.2.0 - 0 4 192.168.1.0 130.82.12.1 1 1 ダイナミックルーティングの場合 EGP等で経路情報を交換 !14
- 15. まとめ • L2：スイッチではMACアドレスを基に制御 • MACアドレスとポートのペアをキャッシュ • L3：ルータではIPアドレスを基に制御 • ルーティングテーブルを参照して送信先決定 つづいてOpenFlowの説明に移ります !15
- 16. What is OpenFlow? • 2009年スタンフォード大での研究が発端 • http://archive.openflow.org/wp/2009/12/openflow-1-0-released/ • ONF(Open Networking Foundation)が管理 • OpenFlowスイッチをプログラムするプロトコル • 今まで中のソフトウェアは非公開 • ソフトウェアが外出しになってプログラムできる !16
- 17. OpenFlow Versioning History • 1.0 - 2009年12月31日 • 1.1 - 2011年2月28日 • 1.2 - 2011年12月5日 • 1.3 - 2012年6月25日 • 1.4 - 2013年10月15日 OpenVNetは1.3に対応 !17
- 18. OpenFlow: プロトコルの説明 OpenFlowスイッチに対してOpenFlowプロトコル でやりとりしスイッチの挙動をプログラム • セキュアチャンネルでコントローラとスイッチを接続 • OpenFlowバージョンの確認 • スイッチの情報の確認 • パケットの受信 • フローの更新 !18
- 19. セキュアチャンネルでコントローラとスイッチを接続 抜粋 The switch must be able to establish communication with a controller at a user-configurable (but otherwise fixed) IP address, using a user- specified port. If the switch knows the IP address of the controller, the switch initiates a standard TLS or TCP connection to the controller. 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0 １ ２ ３ OpenFlow コントローラ tcp://192.168.2.102:6379 !19
- 20. セキュアチャンネルでコントローラとスイッチを接続 A typical OpenFlow controller manages multiple OpenFlow channels, each one to a different OpenFlow switch. An OpenFlow switch may have one OpenFlow channel to a single controller, or multiple channels for reliability, each to a different controller. １ ２ ３ OpenFlow コントローラ２ OpenFlow コントローラ１ １ ２ ３ 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0 複数コントローラ、スイッチの構成も可能 !20
- 21. OpenFlowバージョンの確認 When an OpenFlow connection is first established, each side of the connection must immediately send an OFPT_HELLO message with the version field set to the highest OpenFlow protocol version supported by the sender. 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0 １ ２ ３ OpenFlow コントローラ バージョン 1.3 バージョン 1.3 サポートしてる最新のバージョンを教えあう !21
- 22. スイッチの情報の確認 Features: The controller may request the capabilities of a switch by sending a features request; the switch must respond with a features reply that specifies the capabilities of the switch. This is commonly performed upon establishment of the OpenFlow channel. 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0 １ ２ ３ OpenFlow コントローラ FEATURE_REQUEST FEATURE_REPLY • Datapath ID • ポートの一覧など Datapath? スイッチとかブリッジと同じと思ってください !22
- 23. パケットの受信 When packets are received by the datapath and sent to the controller, they use the OFPT_PACKET_IN message: 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0 １ ２ ３ OpenFlow コントローラ PACKET_IN • data … パケットの中身 • reason … なんでpacket_inしたか • match … どのポートから入ったのかなど • cookie … フロー毎につけられるIDのようなもの !23
- 25. [root@itest1 ~]# ovs-ofctl dump-flows br0 NXST_FLOW reply (xid=0x4): cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=0, n_packets=5551, n_bytes=288652, idle_age=1, priority=1,tun_id=0 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.211s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=2,in_port=CONTROLLER actions=write_metadata: 0x4040000000000/0x40c0000000000 cookie=0x500000000000003, duration=11101.919s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11101, priority=2,in_port=3 actions=write_metadata: 0x700040000000007/0xff000c007fffffff cookie=0x5000000fffffffe, duration=11101.919s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11101, priority=2,in_port=LOCAL actions=write_metadata:0x40000000000/0xc0000000000 cookie=0x900000000000000, duration=11102.211s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=write_metadata:0x80000000000/0xc0000000000 cookie=0x500000000000296, duration=11102.049s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=30,in_port=662 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=4, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop cookie=0xc00001300000001, duration=11101.729s, table=6, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11101, priority=30,dl_src=02:01:00:00:00:01 actions=write_metadata: 0x700000000000001/0xff0000007fffffff cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=6, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=7, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=8, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop cookie=0x900000000000000, duration=11102.212s, table=9, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=0 actions=drop !25
- 26. cookie=0x500000000000296, duration=11102.049s, table=3, n_packets=0, n_bytes=0, idle_age=11102, priority=30,in_port=662 actions=drop match action matchの条件に該当したパケットに対して、 actionで指定されている処理を適用する このフローの場合はパケットを破棄する !26 フローの例：その１
- 27. cookie=0x900000000000000, duration=85917.793s, table=0, n_packets=0, n_bytes=0, priority=2,in_port=2 actions=goto_table:7 match in_port=2 action actions=goto_table:7 2番ポートからパケットが入ってきたら、 7番テーブルへ処理を移す OpenVNetではテーブルごとに処理したい内容を分けてる !27 フローの例：その２
- 28. cookie=0xc00001200000001, duration=85916.453s, table=10, n_packets=42960, n_bytes=2233920, priority=10,metadata=0x700000000000001/0xff0000007fffffff actions=drop match metadata=0x700000000000001/0xff0000007fffffff action actions=drop value mask !28 フローの例：その３
- 29. metadata=0x700000000000001/0xff0000007fffffff value mask 64ビットのレジスタ metadata & mask == value Pipeline processing instructions allow packets to be sent to subsequent tables for further processing and allow information, in the form of metadata, to be communicated between tables. !29 metadata 出典：OpenFlow Switch Specification version 1.3.0
- 30. OpenFlow Switches • いろんなOpenFlowスイッチ • ソフトウェア実装 • Open vSwitch • OpenVNetではこれつかってる !30
- 31. OpenFlow Controller • OpenFlowをしゃべるプログラム • OpenVNetでもコントローラを定義 • Tremaというフレームワークをつかっている !31
- 32. Trema • C言語で開発 • Rubyから利用できるフレームワーク • 開発元：NEC • GitHub上で管理 • https://github.com/trema/trema !32
- 33. # -*- coding: utf-8 -*- ! require 'racket' require 'trema/actions' require 'trema/instructions' require 'trema/messages' ! module Vnet::Openflow ! class Controller < Trema::Controller include TremaTasks include Celluloid::Logger include Vnet::Constants::Openflow ! def features_reply(dpid, message) info "features_reply from %#x." % dpid ! datapath = datapath(dpid) || raise("No datapath found.") datapath.switch.async.features_reply(message) end ! ! def port_status(dpid, message) debug "port_status from %#x." % dpid ! datapath = datapath(dpid) datapath.switch.async.port_status(message) if datapath && datapath.switch end ! def packet_in(dpid, message) dp_info = dp_info(dpid) return unless dp_info ! case message.cookie >> COOKIE_PREFIX_SHIFT when COOKIE_PREFIX_INTERFACE dp_info.interface_manager.async.packet_in(message) when COOKIE_PREFIX_TRANSLATION dp_info.translation_manager.async.packet_in(message) when COOKIE_PREFIX_ROUTE_LINK dp_info.router_manager.async.packet_in(message) when COOKIE_PREFIX_SERVICE dp_info.service_manager.async.packet_in(message) when COOKIE_PREFIX_CONNECTION dp_info.connection_manager.async.packet_in(message) end end !33
- 35. What is OpenVNet? • Spin-off project from Wakame-vdc • 5 developers • 2279 commits • Written in Ruby • 16512 LOCs (5257 LOCs test codes) • Started March 2013 35
- 36. Why OpenVNet? • There are many products offering network virtualization but not free • Is there any product to freely try out network virtualization? • Wakame-vdc offers network virtualization • Extract virtual network functionality from Wakame-vdc to make an independent package 36
- 37. Advantages of OpenVNet • Users can create complex networks on top of OpenVNet • Keep the physical networks simple Reduce the maintaining cost of the physical networks • Edge-overlay architecture enables creating complex multi-tenant networks No need expensive network switches • e.g.) quickly preparing an isolated network for experiment Freely and easily create/destroy networks 37
- 39. Network model of datacenter Internet Datacenter network Physical/Virtual server clusters DNAT / LB SNAT DHCP DNS 39
- 40. Deployment of agent program Internet Datacenter network Physical/Virtual server clusters DNAT / LB SNAT DHCP DNS Deploy agents for packet control agent agent agent agent agent agent 40
- 41. Message queue Internet Datacenter network Physical/Virtual server clusters DNAT / LB SNAT DHCP DNS agent agent agent agent agent agent Queue Agents communicate to each other through message queue system 41
- 42. Components of OpenVNet Internet Datacenter network Servers vna vna vna vna vna vna Queue vnmgr vnapivnctl DB OpenFlow Controller (Trema-edge) vnaOpenFlow Switch (OpenvSwitch 1.10.0) OpenFlow 1.3 http mysql zeromq 42
- 43. Components of OpenVNet vna (virtual network agent) vnmgr (virtual network manager) vnapi (virtual network API) Agent other components • Configure OpenvSwitch (version 1.10.0) • Include an OpenFlow controller implemented with Trema-edge • Manage the datacenter network • Provide database access back-ended by MySQL • Command vna to do some specific actions e.g.) update flows • WebAPI to talk to vnmgr vnctl (virtual network controller) • Command line interface to use vnapi 43
- 44. Network model of datacenter Internet Datacenter network External network WAN edge network Datacenter physical network LAN edge network Physical/Virtual server clusters General servers Appliance servers Storage servers Resources DNAT / LB SNAT DHCP DNS 44
- 45. Deployment External network WAN edge network Datacenter physical network LAN edge network General servers Appliance servers Storage servers Resources Open vSwitch eth0 eth1 VM vna Open vSwitch eth0 eth1 VM vna public line management line A dedicated line for management Packets for the service go through the public line 45
- 46. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 vna Open vSwitch eth0 eth1 vna public line Suppose that bothVM1 andVM2 exist on the same virtual network VM2VM1 MAC = 00:00:00:00:01 IP = 10.102.0.10 virtual network1 MAC = 00:00:00:00:02 IP = 10.102.0.11 46
- 47. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line virtual network1 ! VM1 = 00:00:00:00:01 VM2 = 00:00:00:00:02 both vna know thatVM1 andVM2 exist on virtual network1 47
- 48. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line VM1 sends ARP request src_ip = 10.102.0.10 dst_ip = 10.102.0.11 src_mac = 00:00:00:00:00:01 dst_mac = ff:ff:ff:ff:ff:ff 48
- 49. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Open vSwitch broadcasts the packet src_ip = 10.102.0.10 dst_ip = 10.102.0.11 src_mac = 00:00:00:00:00:01 dst_mac = ff:ff:ff:ff:ff:ff 49
- 50. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line The other hosts receive the packet src_ip = 10.102.0.10 dst_ip = 10.102.0.11 src_mac = 00:00:00:00:00:01 dst_mac = ff:ff:ff:ff:ff:ff 50
- 51. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Open vSwitch checks the src_mac, then it founds the packet is of virtual network1 ! src_mac = 00:00:00:00:00:01 51
- 52. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Remember src_mac in case of other packets whose destination is 00:00:00:00:00:01 ! dst_mac = 00:00:00:00:00:01 ⇛ output:eth0 52
- 53. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Forward a packet according to the network src_ip = 10.102.0.10 dst_ip = 10.102.0.11 src_mac = 00:00:00:00:00:01 dst_mac = ff:ff:ff:ff:ff:ff 53
- 54. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line ARP reply comes in the Open vSwitch src_ip = 10.102.0.11 dst_ip = 10.102.0.10 src_mac = 00:00:00:00:00:02 dst_mac = 00:00:00:00:00:01 54
- 55. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Open vSwitch knows that the packet should be forwarded to eth0 src_ip = 10.102.0.11 dst_ip = 10.102.0.10 src_mac = 00:00:00:00:00:02 dst_mac = 00:00:00:00:00:01 ! dst_mac = 00:00:00:00:00:01 ⇛ output:eth0 55
- 56. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line The packet is forwarded from eth0 src_ip = 10.102.0.11 dst_ip = 10.102.0.10 src_mac = 00:00:00:00:00:02 dst_mac = 00:00:00:00:00:01 56
- 57. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line The another host receives the ARP reply packet src_ip = 10.102.0.11 dst_ip = 10.102.0.10 src_mac = 00:00:00:00:00:02 dst_mac = 00:00:00:00:00:01 57
- 58. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Remember the source mac address dst_mac = 00:00:00:00:00:02 ⇛ output:eth0 58
- 59. MAC2MAC Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Output the packet to the specificVM src_ip = 10.102.0.11 dst_ip = 10.102.0.10 src_mac = 00:00:00:00:00:02 dst_mac = 00:00:00:00:00:01 59
- 60. GRE Tunnel Open vSwitch eth0 eth1 VM1 vna Open vSwitch eth0 eth1 VM2 vna public line Open vSwitch eth0 eth1 VM3 vna L3 switch Prepare GRE tunnels in case of L3 routing required Use MAC2MAC over GRE tunnels GRE tunnel 60
- 61. Security Groups L3レベルでパケットのフォワーディングルールを 設定できる。 • ユーザによるルールの設定 • コネクショントラッキング • リファレンスを用いたルール指定 OpenVNetで実装されているファイヤーウォール !61
- 62. ユーザによるルールの設定 プロトコル、ポート、IPアドレスを指定する tcp:22:10.1.0.0/24 udp:53:192.168.2.100 icmp:-1:0.0.0.0 • 10.1.0.0/24のネットワークからtcp22番ポートのアクセスを受け付ける • 192.168.2.100からudp53番ポートのアクセスを受け付ける • 全てのicmpパケットを受け付ける（ポート番号はなんでもいい） !62
- 66. コネクショントラッキング VM1 eth0 VM2 eth0 10.0.0.10 10.0.0.11 Open vSwitch vna コントローラで２つのフローを作成する tcp,dl_src=00:18:51:e5:33:66,nw_src=10.0.0.10,nw_dst=10.0.0.11,tp_src=49617,tp_dst=22 actions=goto_table:TABLE_NETWORK_SRC_CLASSIFIER(20) tcp,metadata=TYPE_INTERFACE(0x1),dl_dst=00:18:51:e5:33:66,nw_src=10.0.0.11,nw_dst=10.0.0.10, tp_src=22,tp_dst=49617 actions=goto_table:TABLE_OUT_PORT_INTERFACE_INGRESS(90) 10.0.0.10から11への接続を許可するフロー 10.0.0.11から10への接続を許可するフロー !66
- 67. OpenVNetのテストについて • インスタンス同士の疎通確認がしたい • openvnet-testspec • RSpecで記述 • https://github.com/axsh/openvnet-testspec !67
- 68. OpenVNetのテストについて • ymlによるDBの管理 • シナリオベースでの疎通確認 • 同datapathにいるインスタンス同士 • remote datapathにいる場合 • L3を超える場合とそうでない場合 • vnet同士のルーティング • セキュリティグループ • VNetEdge !68
- 70. ジョブの流れ Jenkins Master Slave3 Slave2 Slave1 br0 br1 VM1 VM2 VM3 Unit test rpmbuild create repo integration test ssh GRE tunnel !70
- 71. !71 HipChat Notification • 社内で使っているChatツール - https://www.hipchat.com • Jenkinsがジョブの結果を通知
- 72. Wakame Users Groupへのおさそい • Wakame-vdcとかOpenVNetについての勉強会です • ２０１４年７月２５日（金）19:00より • 株式会社KDDI ウェブコミュニケーションズ様 （麹町） !72 http://wakameusersgroup.org