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Wireless openflow with stratosphere experimenter

wireless向けのopenflow拡張をstratosphere experimenterとして仕様化し、そのPoCとして実装したgopenflowについての解説。Linux内部での構成や背景にある考え方について記載しました。

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Wireless openflow with stratosphere experimenter

  1. 1. Wireless Openflow with stratosphere experimenter Hiroaki Kawai <kawai@stratosphere.co.jp>
  2. 2. Wireless openflow Access point Openflow controller Uplink Openflow switch
  3. 3. 無線コントローラ ● 同じ形をしている「無線コントローラ」 ● 一般的な導入目的 ● 設定の集中管理 ● 電波のカバレッジ ● 重複よけ ● 隙間をなくす ● 品質管理・ロードバランス ● メタデータの送受信 コントローラ
  4. 4. WirelessこそSDNしたい ● 移動体にこそ動的にネットワーク変更を与えたい ● 無線コントローラ ● 仕様が閉鎖的 ● プログラムしにくい ● Openflowでアクセスできるようにしてみよう
  5. 5. Wireless openflow Access point Openflow controller Uplink Openflow switch 一見普通のopenflow switchのように見える
  6. 6. よ~く見ると、やっぱり特殊な部分がある
  7. 7. Openflow port ● APはStationを区別できる ● ただしMulticast/Broadcastは、 無線で直接Multicast/Broadcast Openflow switch PC PC AP STA STA GTKPTK 単純に STA = Port とすることもできない
  8. 8. 異なるFrame SRC MACDST MAC eth type ADDR1 ADDR2 ADDR3 ADDR4FC ID Seq 一般形はこんな感じ 無線の受信・送信とペイロードの送信元・送信先の最大4つのアドレスが出現 RA=BSSID TA=SA DAFC ID Seq APへのデータフレーム BSSID = 無線のアドレス(RA) = APのMACアドレス TA = 無線の送信アドレス(SA) = STAのMACアドレス DA = STAが本来送りたかった送信先 こう変換してuplinkに 送る = “integration service”
  9. 9. 異なるFrame ● 無線が有線と等価的に使えるのは、802.11がそう設 計されていて、Integration serviceが働いているため 。 ● 実のところ、802.11は「Distributed system + 各種 サービス」の形をしている ● 各種サービスも、このフレームで動作している ● サービス用のフレームにもアクセスできると面白い
  10. 10. 現実問題 ● Linux wireless netdev が出発点 ● 無線のnetdevとは? ● wext ioctl ベース(旧) ● nl80211 netlink ベース(新)
  11. 11. gopenflow PoC ● Port = netdev ● それ以上は「実装依存」 ● netdevの種類に注意 ● 他のプログラムが並行動作して構わない(むしろ頼 る) ● kernel経由で情報は出し入れする ● 同一phyにnetdevが追加されると、自動的にport追加 ● 既存の ethernet frame 用 oxm との整合性を考慮 ● LWAPP(L2)でフレーミング ● 802.11 match field の oxm を新設 → stratosphere experimenterまだ実装初期なので実験的(将来変わるかも)
  12. 12. Linux mac80211 basics ● 結局etherとして使えるように頑張る(monitor以外) ● 暗号化もカーネル内部で処理される ● 一つのphyに対して複数のnetdevを作れる ● チャンネルは各netdevの要求に応じて変化し続ける ● Mode ● Managed ● AP, AP_VLAN ● Ad-hoc ● WDS ● Mesh ● P2P ● Monitor
  13. 13. Managed ● 基本形。 ● APに接続するSTA側。 ● 一般的にplugするとudevから自動的に、このmode のnetdevが用意される ● 動的な制御が必要で、SSIDやpassphraseは wpa_supplicantのようにnl80211経由で行う。
  14. 14. AP ● Access pointを構築するときに使う。 ● 動的な制御が必要で、hostapdなどでnl80211経由で 制御する。 netdev STA STA STA 横向きのunicastのみapで制御できる。 multicast/broadcastは無線的に届く。
  15. 15. AP_VLAN ● APモードで異なるgroupを作るときに出現。 ● hostapdではdynamic_vlan機能を使って、vlan taggingしてブリッジするような設定にしておくのが 一般的。 ● openflowでは好きに流れを変えればよいだろう。 netdev STA STA netdev STA STA
  16. 16. Monitor ● RADIOTAPデバイス(非ether) ● 実はRADIOTAPフレームでパケット送出もできる ● 制御らしい制御はない
  17. 17. その他 ● Ad-hoc ● IBBS ● 実用上はP2Pで置き換えられていきそうな予感 ● iwで静的に制御できる ● WDS ● 無線peerを作れるが、すぐに実用的に使えるわけではな い。 ● Mesh ● 比較的すぐに実用的に使える ● P2P ● AP, STAの役割を動的に決めるモード ● HW(ドライバ)を超選ぶ ● wpa_supplicant で動作させられる $ iw dev wlan0 ibss join NetworkName 2412 $ iw dev wds0 set peer <MAC address> $ iw dev mesh0 mesh join NetworkName
  18. 18. gopenflow port ● Port は netdev ● Ethernet frame ● 802.11はLWAPP(L2) ● Pipeline field oxm STROXM_BASIC_DOT11=1 となる ● lwapp自体のETH_SRC等は、初期値として802.11フ レーム内部から設定される ● Set-fieldを使って802.11フレームを書き換えずに経路 変更できる ● Monitor の活用 ● 単にethernet frameを送受信するだけでなく、802.11 distributed systemのプログラミング環境として使える ● IoT的なHubとしても活用しやすいだろう
  19. 19. Stratosphere expを使って何ができるか? ● Wifiセンサーデバイスへの対応は簡単になる ● 802.11 multicast で気温のデータを広報とか ● 物品管理とか ● Action frameを使って独自サービスを実装したり ● ドローンの移動に合わせて経路を変えたり ● 同じように BLE 6LoWPAN 対応できるとどうなる? ● 他は? ● →BoF

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  • tomoharusato54

    Apr. 16, 2015
  • ymorioka

    May. 29, 2015
  • iwatsukikaito

    Jun. 23, 2017

wireless向けのopenflow拡張をstratosphere experimenterとして仕様化し、そのPoCとして実装したgopenflowについての解説。Linux内部での構成や背景にある考え方について記載しました。

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