Rubyで創るOpenFlowネットワーク - LLまつり
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Rubyで創るOpenFlowネットワーク - LLまつり 2013/08/24 Sat 14:30 JST http://ll.jus.or.jp/2013/program.html#ruby_openflow LLプログラマ向けの発表です
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- 1. インターネットマルチフィード株式会社 技術部 川上 雄也 (@yuyarin) 2013/08/24 LLまつり
- 2. 2 おしながき 1. イントロ(2分) 2. SDNとOpenFlowのはなし(10分) 3. Tremaのはなし(8分) ※簡単のためバージョン間の差異異などに触れないので、この資料料をreferenceにしないでください
- 3. 3 川上 雄也 (@yuyarin) 2008年年4⽉月 株式会社ドワンゴ 研究開発本部 ニコニコ動画のバックエンドシステムの開発 2011年年4⽉月 NTTコミュニケーションズ 2011年年8⽉月 インターネットマルチフィード 技術部 JPNAPのネットワークエンジニア 10/100GbE(広帯域L2網)、DWDM、BGP、鯖・ツール類等 コミュニティ活動 JANOG30&31、InteropTokyo2012&2013 スタッフ wakamonog, ハチロク世代 代表幹事
- 6. 6 その名も SDN48 Software Defined Network
- 7. 7 これまでのネットワーク それぞれのネットワーク機器（ルータやスイッチ）が⾃自律律協調して動作 個々の機器に対してログインして操作(CLI)、個々の機器から情報収集(NMS) Control Plane Data Plane App/Service Control Plane Data Plane App/Service Control Plane Data Plane App/Service CLI/NMS/Tool Router/Switch Router/Switch Router/Switch
- 8. 8 SDNのネットワーク ネットワークの動作をコントローラが集中制御 コントローラのAPIを使ってネットワークの操作や情報収集 Agent Data Plane Switch API Agent Data Plane Switch Agent Data Plane Switch Controller CLI/NMS/Tool Controller
- 9. 9 SDNの何が嬉しい？ ネットワークを集中管理理できる トラフィックエンジニアリングしやすい コントローラなどのソフトウェア＝ネットワーク仕様 ネットワークのバージョン管理理ができる！ アジャイル開発ができる！！ テスト駆動開発ができる！！！ テスト駆動開発ができる！！！！ テスト駆動開発ができる！！！！！ テスト駆動開発ができる！！！！！！ テスト駆動開発ができる！！！！！！！ テスト駆動開発ができる！！！！！！！！
- 13. 13 開流 ` L2 マッチに使える条件の例例 ⼊入⼒力力ポート番号 送信元MACアドレス 宛先MACアドレス Ethernet Type VLAN ID VLAN Priority 送信元IPアドレス 宛先IPアドレス IP Protocol 送信元ポート番号 宛先ポート番号 L3 L4
- 14. 14 開流 アクションの例例 Forward 全ポートに コントローラに スイッチ⾃自⾝身に フローテーブル通り ⼊入ってきたポートに 普通のL2SW通り STPに従ってflood Drop Set-Queue (Enqueue) Modify-Field フィールド書換 VLAN追加
- 15. 15 ⽤用語の説明 フロー MACアドレスやVLAN ID、IPアドレスやポート番号などのフィールド の組み合わせで識識別される⼀一連のパケットの流流れ フローテーブル マッチングルール（ヘッダフィールド）、アクション、統計情報の要 素からなるフローエントリを登録するテーブル Packet-In フローテーブルのエントリにマッチしなかった場合やコントローラで の処理理が必要な時に、スイッチからパケットをコントローラに送ること Packet-Out コントローラからスイッチにパケットを送らせると
- 16. 16 通常のForwardの動作 OFCがForwardのエントリをフローテーブルに登録 OFSWはフローテーブルに従ってパケットをForward Agent Data Plane OFSwitch Agent Data Plane OFSwitch Agent Data Plane OFSwitch Controller OFController FlowTable FlowMod Forward FlowMod
- 17. 17 Packet-InとPacket-Out OFCでの処理理が必要なフローはPacket-Inを発⽣生させて、パケットをOFCに送る フローエントリを作成してOFCに書き込む 処理理したパケットをにPacket-Outで送り返す Agent Data Plane OFSwitch Agent Data Plane OFSwitch Agent Data Plane OFSwitch Controller OFController FlowTable Forward FlowMod Packet-In Packet-Out
- 19. 19 OpenFlowの何が嬉しくない？ (1) OpenFlowはアセンブラのようなもの 普通のスイッチやルータの持っている機能を全部 ⾃自分で書かないといけない スイッチの機能： MAC学習、フラッディング ルーターの機能： NextHop検索索、ARP、MAC書換 ルーティング機能： トポロジーの把握、経路路計算 … ※何を作るかの場合に依ります ※デフォルトのL2SW動作もできます
- 22. 22 OpenFlowの規格とフレームワーク Ver. Framework 1.0 NOX(C++), POX(Python), Trema(C, Ruby), Floodlight(Java) 1.1 1.2 POX1.2(Python) 1.3 Trema-edge(C, Ruby), Floodlight(Java)
- 24. 24 取間 What’s Trema? Full-Stack OpenFlow Framework in Ruby and C
- 26. 26 取間 Tremaのいいところ イベントドリブンで書ける ネットワークエミュレータがついてる 他のフレームワークより少ない⾏行行数で同じ機能を書ける サンプルコードが豊富 開発者が⽇日本⼈人で⽇日本語の記事が多い ⽇日本語の本がある しかも⾃自前でTeXをコンパイルしたらタダ Rubyだ
- 27. 27 取間 TremaとOpenFlow Trema OpenFlow 1.0 Ruby 1.8.7 http://trema.github.io/trema/ Trema-edge OpenFlow 1.3 Ruby 2.0.0-p0 @Ubuntu12.04 64-bit https://github.com/trema/trema-edge
- 28. 28 取間 Trema-edgeのインストール 1. Ubuntu 12.04 (64-bit) を⽤用意する 2. RVMをインストールする curl -L https://get.rvm.io | bash -s stable 3. 必要なパッケージをインストールする sudo apt-get install gcc make libsqlite3-dev libpcap-dev libssl-dev git 4. trema-edgeをcloneする git clone https://github.com/trema/trema-edge.git cd trema-edge 5. Ruby 2.0.0-p0をインストールする rvm install ruby-2.0.0-p0 rvm use 2.0.0-p0 -default 6. trema-edgeをビルドする bundle install rake ./trema --version
- 29. 29 取間 Tremaの使い⽅方 コントローラをデーモンとして起動 コントローラをネットワークエミュレータと起動 ネットワークエミュレータを操作する trema run -d mycontroller.rb trema run mycontroller.rb -c mynetwork.conf trema send_packets -source host1 -dest host2 trema show_stats host1 -r
- 30. 30 コントローラの書き⽅方 イベントハンドラを書いてあげる ネットワークの制御に必要な機能を実装する require ‘MyNetworkLib’ class MyController < Controller periodic_timer_event: <定期実行イベントのハンドラ>, <間隔> def <イベントハンドラ> <イベント処理> end ... private def <ネットワーク制御メソッド> <ネットワーク制御処理> end ... end
- 31. 31 イベントハンドラの例例 handler 発⽣生条件 start コントローラ起動時 switch_ready OFスイッチが起動した switch_disconnected OFスイッチが切切断された packet_in Packet-Inが発⽣生した flow_removed フローエントリが時効で削除された port_status ポートの状態が変わった
- 32. 32 スイッチの操作の例例 handler 発⽣生条件 send_flow_mod_add フローエントリを追加する send_flow_mod_delete フローエントリを削除する send_flow_mod_modify フローエントリを修正する send_packet_out Packet-Outを発⽣生させる
- 33. 33 コントローラの書き⽅方の例例 class MyController < Controller def switch_ready datapath_id action = SendOutPort.new( port_number: OFPP_CONTROLLER, max_len: OFPCML_NO_BUFFER ) apply_ins = ApplyAction.new( actions: [ action ] ) send_flow_mod_add( datapath_id, priority: OFP_LOW_PRIORITY, buffer_id: OFP_NO_BUFFER, instructions: [ apply_ins ] ) end def packet_in datapath_id, message # ... send_flow_mod_add( datapath_id, :match => Match.new( :in_port => message.in_port, ...), :actions => [ StripVlanHeader.new, SendOutPort.new(port_no) ] ) send_packet_out( datapath_id, :packet_in => message ) end # ... end ※内容に意味はありません Packet-Inを起こすアクション マッチするエントリがない場合は Packet-Inを起こすように設定 マッチングルールとアクションの対を 作成してフローテーブルに登録 Packet-Inしたパケットを送り返す
- 34. 34 MAC学習L2スイッチ (1/2) class LearningSwitch < Controller def start @fdb = FDB.new end def switch_ready datapath_id action = SendOutPort.new( port_number: OFPP_CONTROLLER, max_len: OFPCML_NO_BUFFER ) ins = ApplyAction.new( actions: [ action ] ) send_flow_mod_add( datapath_id, priority: OFP_LOW_PRIORITY, buffer_id: OFP_NO_BUFFER, flags: OFPFF_SEND_FLOW_REM, instructions: [ ins ] ) end def packet_in datapath_id, message @fdb.learn message.eth_src, message.in_port port_no = @fdb.port_no_of( message.eth_dst ) if port_no flow_mod datapath_id, message, port_no packet_out datapath_id, message, port_no else flood datapath_id, message end end ⼊入⼒力力ポートでMACを学習 出⼒力力ポートが決まったらフローを 登録してPacket-Out 出⼒力力ポートが未学習だったら フラッディングする デフォルトPacket-In
- 35. 35 MAC学習L2スイッチ (2/2) private def flow_mod datapath_id, message, port_no action = SendOutPort.new( port_number: port_no ) ins = Instructions::ApplyAction.new( actions: [ action ] ) send_flow_mod_add( datapath_id, match: ExactMatch.from( message ), instructions: [ ins ]) end def packet_out datapath_id, message, port_no action = Actions::SendOutPort.new( port_number: port_no ) send_packet_out( datapath_id, packet_in: message, actions: [ action ] ) end def flood datapath_id, message packet_out datapath_id, message, OFPP_ALL end end
- 36. 36 ネットワークエミュレータの設定 trema_switch( "lsw" ) { datapath_id "0xabc" } vhost ("host1") { ip "192.168.0.1" netmask "255.255.0.0" mac "00:00:00:01:00:01" } vhost ("host2") { ip "192.168.0.2" netmask "255.255.0.0" mac "00:00:00:01:00:02" } link "host1", "lsw:1" link "host2", "lsw:2" Open vSwitch lsw Trema Controller phost host1 phost host2 1 2
- 37. 37 テスト駆動開発ができる！ describe RepeaterHub do it "は、⼊入ってきたパケットを他のすべてのポートに転送する" do network { vswitch( "switch" ) { dpid "0xabc" } vhost( "host1" ) { promisc "on" } vhost( "host2" ) { promisc "on" } vhost( "host3" ) { promisc "on" } link "switch", "host1" link "switch", "host2" link "switch", "host3" }.run( RepeaterHub ) { send_packets "host1", "host2" # host2 と host3 がひとつずつパケットを受け取る vhost( "host2" ).stats( :rx ).should have( 1 ).packets vhost( "host3" ).stats( :rx ).should have( 1 ).packets } end end
- 40. 40 こんなかんじで Client1 192.168.0.1 Client2 192.168.0.2 Client3 192.168.0.3 Client4 192.168.0.4 Client5 192.168.0.5 Server1 10.0.0.1 00:00:00:00:00:01 Server2 10.0.0.1 00:00:00:00:00:01 Server3 10.0.0.1 00:00:00:00:00:01 LB Trema
- 41. 41 ポイント サーバ側はIPアドレスもMACアドレスも同じ サーバ増やすの簡単だよ！ 従来のEthernet/IPの仕組みでは出来ないよ！ クライアントの送信元IPアドレスで振り分け 7タプルのハッシュができない アドレス下位8-bit (backet-size 256)で各サーバポー トに振り分けるルールを登録しておく
- 42. 42 demo
- 44. 44 ありがとう ございました