Lagopus day@fukuoka の資料です

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- Lagopusの使い方いろいろ-
河井 彩公子
Lagopus Users Community
NTT 未来ねっと研究所
Network Switch OS “Lagopus Switch”

2. 1
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本日お伝えしたいこと
■ ネットワークはプログラミングできます
-‐‑‒ SDN, OpenFlow
■ サーバアプリやサーバインフラ管理理の流流儀で
ネットワークも管理理できるようになります
■ サーバ上で⾼高速に動作するソフトウェアスイッチ
Lagopusがあります
-‐‑‒ いろんな使い⽅方ができます☺️
-‐‑‒ 意外と簡単にご利利⽤用いただけます☺️

3. 2
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Agenda
■ Software Defined Networking(SDN)とは？
● OpenFlow プロトコル
● SDNを実現するOSS
■ Lagopus SDN/OpenFlow ソフトウェアスイッチとは？
● 構成
● 評価
■ Lagopusを使ってネットワークをプログラミングすると..
● ユースケース (SDN-IX, 無線LAN制御, 透明人間, ユニキャストコピー etc..)
● プログラミングの方法 (ofctl_rest, Ryuアプリプログラミング)
■ Lagopus update
● トンネリングプロトコル対応(GRE, VXLAN)

4. 3
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従来ネットワークの課題
n 多様なユーザニーズを満たすために, 多様なプロトコルが
存在
● 装置仕様の肥大化
● 装置コストの高騰
n ⾃自律律分散が故に動作が複雑
n 装置の制限により提供可能なサービスが限定
●新たな機能追加ができない
●必要のない機能も入っていてとても高価L
n ⼈人⼿手中⼼心のオペレーション
● CLI
● Chef, Puppetしたい...

5. 4
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Software Defined Networking
n ソフトウェアによってネットワーク機器を制御可能と
する技術の総称
● 利用者の要件に応じたネットワーク構築/構成/設定
● 自動化による運用コスト削減
● 汎用ハードウェア利用による設備コスト削減
n ネットワーク機器の制御部をプログラム可能に(OpenFlow)
ネットワーク機器(従来)
制御部は機器ベンダーが提供
制御部と転送部は不可分
制御部
転送部
制御部
転送部
OpenFlow
OpenFlow
プロトコル
制御と転送
を分離
標準化
独自の動作を定義可能

6. 5
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OpenFlow
n L1〜～L4情報の組み合わせで決定されるフロー単位の
経路路制御
OpenFlowコントローラ
OpenFlowスイッチ
フローテーブル
App App App
● どういうパケットだったら(match)
受信ポート番号, パケットヘッダの値(dst, src, 各種ID..)
● どういう処理をする(action)
ヘッダの追加/削除/編集, 転送(ユニキャスト, マルチキャスト, ロードバランシング)
Packet in/out
(コントローラに転送しての処理も可能)
Flow mod
(スイッチに対して処理ルールを設定)
フローテーブルを参照し,
パケット処理

7. 6
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OpenFlow
n どういうパケットだったら(Match)
• Ingress port
• Ethernet source/destination address
• Ethernet type
• VLAN ID
• VLAN priority
• IPv4/v6 source/destination address
• IPv4 protocol number
• IPv4 type of service
• TCP/UDP source/destination port
• ICMP type/code
• ARP operation code
• MPLS label
● L1 (Port), L2 (Ethernet), L3 (IPv4, IPv6), L4 (TCP, UDP)までの
ヘッダを処理可能
etc..(詳しくはOpenFlow Specification参照)

8. 7
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OpenFlow
n どういう処理理をする(Action)
etc..(詳しくはOpenFlow Specification参照)
● Forward
● Drop
● Modify Field
• Physical ports
• Virtual ports : All, Controller, Local, Table, IN_PORT
Normal, Flood
• Set/Add VLAN ID
• Set VLAN priority
• Pop VLAN Header
• Push MPLS/VLAN/PBB header
• Modify Ethernet source/destination address
• Modify IPv4 source/destination address
• Modify IPv4 TCP/UDP source/destination port
複数のアクションの組み合わせ,
複数テーブルを利用したパイプライン処理,
ヘッダ書き換え, パケットコピーも可能

9. 8
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OpenFlow
n どういう処理理をする(Action)
etc..(詳しくはOpenFlow Specification参照)
●
Group
●
Meter
• All (リストに登録された全てのアクションを実施)
• Select (リストに登録されたアクションの中から１つ選んで実施)
• Indirect (特定の１つのポートからパケット送出)
• Fast failover (指定したポートが利用不可な時, グループ内の別ポートから送出)
• Traffic policing

10. 9
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SDNを実現するオープンソース
Cloud
Computing
OSS
Controller
OSS
virtual
switch
Infrastructure
Layer
Application Layer
Business
Applica?ons
Control Layer
Network
Services
Network
Services
Northbound API
Ryu
trema
Southbound API
Open
contrail
White
box
switch
Open network linux
n 様々なコンポーネントがOSSとして登場
● SDNはOSSで十分に体験可能です☺️
API
API

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Lagopus SDN/OpenFlow switch

12. 11
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モチベーション
n NFVの実現には⾼高性能なソフトウェアスイッチが必要
● 低レイテンシ
● ショートパケットでもワイヤレート(64Byte)
● 柔軟・拡張可能なスイッチ設定機構
n キャリアネットワークに適⽤用可能なOpenFlow 1.3対応ソ
フトウェアスイッチがない
● 100万フローエントリへの対応
● 10Gbpsワイヤレート
● 様々なプロトコルのハンドリング
● 運用を容易にする高可用性/保守性
OFS
APP
VM
APP
VM
汎用サーバ

13. 12
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Lagopus概要
n OpenFlow 1.3に最も適応したソフトウエアスイッチ
● 複数のプロトコルフレーム処理の対応
・Ethernet, Mac in MAC, MPLS, PBB, IPv4, IPv6..
● 複数Flow tableやグループテーブルへの対応
● QoS機能 (queue, policer, meter table)
n Intel DPDKを活⽤用した⾼高性能データプレーン
● 10Gbpsを超えるパケット処理・転送性能 (20MPPS以上)(DPDK)
● 100万フローエントリへの対応 (4K flow mod/sec)
n 外部連携API
● CLIやJSONによるスイッチ構成設定
・Flow設定、統計情報・状況把握
SDN/NFVコンポーネントの実現
ソフトウェアパケット処理の適応領域拡大

14. 13
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n X86アーキテクチャに最適化された
データプレーン⽤用ライブラリとNICドライバ
● OSSコミュニティにより開発中
Intel DPDK
アプリケーション
システムコール
パケットコピー
ハードウェア割り込み
Linuxカーネル
サーバハードウェア サーバハードウェア
Linux
カーネル
アプリケーション
特定コアが
集中処理
CPUは様々
な処理を
並列実行
DPDKを利用したアプリケーション従来のアプリケーション

15. 14
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Lagopusの適用先
n ネットワークのエッジノード
● 柔軟な制御や設定が求められるノード
● 多機能で大量のルート数やルールが求められるノード
● 求められるポート数が比較的少ないノード
TOR
Virtual Switch
Hypervisor
VM VM
Virtual Switch
Hypervisor
NFV NFV
Virtual Switch
Hypervisor
VM VM
Gateway CPE
Data Center Wide-‐‑‒area Network Access Network Intranet
Cloud，NFVに対応する
仮想スイッチ
異種NWを接続する
ゲートウェイ向けソフトスイッチ

16. 15
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Control plane
App
App
App
switch configuration datastore
(config/stats API, SW DSL)
FPGA NIC DPDK NIC
DPDK libs/PMD driver
Lagopus soft dataplane
flow lookup flow cache
OpenFlow pipeline
queue/
policer
Flow
table
Flow
table
flow table
Flow
table
Flow
table
Group
table
Flow
table
Flow
table
meter
table
switch HAL
OpenFlow
1.3agent
JSON IF
SNMP
CLI
OVSDB
NET
CONF
L2bridge
L3
(IPv4ICMP)
SDN switch Agent
• Full OpenFlow 1.3.4
support
• Controller-less basic L2
and L3 support
SDN-‐‑‒aware
management API
• OVSDB, REST
• Ansible support
DPDK-‐‑‒enabled soft
dataplane
• Over-10-Gbps
performance
• Low latency packet
processing
• high performance
multi-layer flow lookup
DPDK-‐‑‒enabled
vNIC for NFV
(virtq-‐‑‒pmd)
Switch configuration
datastore
• Pub/sub mechanism
• Switch config DSL
• JSON IF support
Soft-‐‑‒dataplane
aware FPGA NIC
Lagopusの構成

17. 16
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評価
0"
1"
2"
3"
4"
5"
6"
7"
8"
9"
10"
1" 10" 100" 1000" 10000" 100000" 1000000"
Throughput)(Gbps)
flows
10k"flow"rules"
100k"flow"rules"
1M"flow"rules"
Throughput vs flows, 1518 bytes packet L2 switch performance (Mbps)
10GbE x 2 (RFC2889 test)
n 性能評価
● Throughput：10Gbps wire-rate
● Flow rules ：1M flow rules
4000 flow mod / sec
HWスペック
• Dual Intel Xeon E5-2660 (8cores)
• DDR3-1600 64GB
• Intel X520-DA2

18. 17
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Type Action Set field Match Group Meter Total
# of test scenario
(mandatory,
optional)
56
(3 , 53)
170
(0 , 170)
714
(108 , 606)
15
(3 , 12)
36
(0 , 36)
991
(114 , 877)
Lagopus
2014.11.09
56
(3, 56)
162
(0, 162)
714
(108, 606)
15
(3, 12)
26
(0, 26)
973
(114, 859)
OVS (kernel)
2014.08.08
34
(3, 31)
96
(0, 96)
534
(108, 426)
6
(3, 3)
0
(0, 0)
670
(114, 556)
OVS (netdev)
2014.11.05
34
(3, 31)
102
(0, 102)
467
(93, 374)
8
(3, 5)
0
(0, 0)
611
(99, 556)
IVS
2015.02.11
17
(3, 14)
46
(0, 46)
323
(108, 229)
3
(0, 2)
0
(0, 0)
402
(111, 291)
ofswitch
2015.01.08
50
(3, 47)
100
(0, 100)
708
(108, 600)
15
(3, 12)
30
(0, 30)
962
(114, 848)
LINC
2015.01.29
24
(3, 21)
68
(0, 68)
428
(108, 320)
3
(3, 0)
4
(0, 4)
523
(114, 409)
Trema
2014.11.28
50
(3, 47)
159
(0 , 159)
708
(108, 600)
15
(3, 12)
34
(0, 34)
966
(114, 854)
評価
n 機能評価
● Ryu OpenFlow 1.3 Conformance test
(OF1.3の仕様にどのくらい準拠しているか)
https://osrg.github.io/ryu-certification/switch/lagopus

19. 18
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n 2014年年7⽉月31⽇日に公開
http://lagopus.github.io/
n 開発への参加
l コードの提供 -> GitHub Pull Request
l バグレポート -> GitHub Issues
l 議論 -> Developers ML
オープンソース化

20. Copyright©2014
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Lagopus UseCases

21. 20
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UseCase１: OSC Tokyo展示デモ
n 半透明⼈人間カメラ × Lagopus
l 講義中，先生の影が邪魔になって板書しにくい
-> 先生を半透明にしちゃえばよく見える…!
l 撮影，半透明化，表示の３サーバでシステムを構成
l 映像はUDP送受信
l 映像切替をLagopusにオフロード
先⽣生で板書できない… 先⽣生を半透明に！映像加工処理

22. 21
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n 半透明⼈人間カメラ × Lagopus
l パターンA：通常表示
・カメラから受信したパケットを半透明化アプリとモニタに送信
（宛先MAC，IP，portを書き換え複数ポートにアウトプット）
・半透明化サーバからのパケットはdrop
l パターンB：半透明化
・カメラからのパケットを半透明化サーバに送信
・半透明化サーバからのパケットをモニタに送信
（パケットの宛先は適宜書き換える）
カメラ
モニタ1
半透明人間化アプリ
パターンA
パターンB
UseCase１: 本日の展示デモ
モニタ2

23. 22
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n 半透明⼈人間カメラ × Lagopus
● フローテーブルデザイン
・テーブル0：in_portの判断
・テーブル1：モニタ1への出力処理
・テーブル2：モニタ２への出力処理
UseCase１: 本日の展示デモ
Table id=0
match: in_port:1, UDP,
action: 半透明化人間アプリへ
送信, Goto table :1
Table id=1 Table id=2
match: in_port:1, UDP,
action: IP, mac, ポート番号を
変更してモニタ出力,
Goto table :2
match: 半透明化人間アプリか
ら受け取ったパケット,
UDP
action: Goto table :1
match: 半透明化人間アプリか
ら受け取ったパケット,
UDP
action: IP, mac, ポート番号を
変更してモニタ1出力,
Goto table :2
match: in_port:1, UDP,
action: IP, mac, ポート番号を
変更してモニタ出力
match: 半透明化人間アプリか
ら受け取ったパケット,
UDP
action: IP, mac, ポート番号を
変更してモニタ2出力,
異なるcookieを指定し, エントリ
を入れ替え

24. 23
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n 会場無線LAN帯域制御
l 講演中, 後ろに座って内職している人が多い…
-> 後ろに座ってる人のネットワーク遅くしちゃえば, みんな
前に座ってくれるはず..!
l 下りトラヒックをAP毎にポリシングして前に座るほどさくさく
繋がるネットワークを提供
UseCase２: SDN Japan2014
Cisco aironet

25. 24
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n 会場無線LAN帯域制御
UseCase２: SDN Japan2014
• テーブル0：上りトラヒックの制御
• テーブル1：下りトラヒックの制御
• Groupテーブル：各ポートからの入力トラヒックをflooding
• Meterテーブル : 下りトラヒックのdst macに基づきポリシング
● フローテーブルデザイン

26. 25
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n SDN-‐‑‒IX
l IX : インターネットサービスプロバイダ(ISP)間の接続ポイント
- L2方式, L3方式, ルートサーバ方式...
l 接続設定の自動化/ポータル化, API提供
l DDoSトラヒックを削減したい(攻撃を検知したら入り口でdrop)
UseCase 3: Interop2015
Exterier AS
Physical Link
Paths between ASs
Tokyo
Chiba
Networks inside the event venue
SDN-IX!
SDN IXポータル
パス接続要求承認
パス接続要求
設定リクエスト送信
フローエントリ設定
攻撃の流流⼊入⼝口で
トラヒック破棄
運⽤用者

27. 26
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n SDN-‐‑‒IX
l フローテーブルデザイン
UseCase 3: Interop2015
• L2-IX(AS間のVLAN接続)
① 流入ポートからのパケットに対してPUSH VLAN
② SDN-IX間はVLAN IDに応じて転送先を決定
• DDoS緩和
① 攻撃を検知すると, 対象パケットを囮サーバ方向へ出力
② 囮サーバから受け取ったパケットは元の宛先IP(被害サーバ)
にsrc ipを書き換え, 転送
→プライオリティを管理し, 1つのテーブル内で複数処理を実現
AS65002AS65001
被害サーバ
囮サーバ
攻撃元サーバ
攻撃トラヒック(DoS等)

28. 27
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n ユニキャストコピー
● ライブ配信サービスをより柔軟にかつ経済的に実現したい
従来方式：IPマルチキャスト, 衛星ブロードキャスト,
プログレッシブダウンロード etc..
-> 回線環境等に依存せず実現可能なユニキャストコピーで実現したい！
UseCase 4: 多地点映像配信サービス
1
1
1
エンコーダ
デコーダ
ライブ会場等(配信拠点)
IP網
映画館等(受信拠点)
高品質映像配信システム

29. 28
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n ユニキャストコピー
● フローテーブルデザイン
UseCase 4: 多地点映像配信サービス
予め登録したリスト(jsonファイル)内のノードのMACが学習できたらコピーエントリ
を登録(どのエントリよりも高いプライオリティ値を設定)
1
1
1
エンコーダ
デコーダ
Switch
Controller
エンコーダ・デコーダの
IPアドレスリスト登録
ポート番号リスト登録ユニキャストコピー
VNF
Config
file
ユニキャストコピーVNF起動 オペレータ
• ARP処理
• フィルタ処理
• ユニキャストコピー
用エントリ投入処理
エントリ設定
• ユニキャストコピー
処理
- パケット複製処理
- ヘッダ変更処理
ユニキャスト
ユニキャスト
コピー
システム
ユニキャスト
コピーシステム宛
デコーダ3宛
デコーダ2宛
デコーダ1宛

30. 29
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プログラミングの方法
n REST APIを使う
n Controllerアプリを実装する
● プロアクティブな処理
● スクリプトを記述する必要がないので, お試しにはとても便利J
● 外部ツールと連携しやすい
● プロアクティブ＋リアクティブ
● PythonやRuby等のスクリプトを書く必要がある
● Controllerに状態を持たせることもできる
● サンプルアプリが沢山用意されている
ので参考にして頑張る

31. 30
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Lagopus 0.2.4
n 2016/2/11にバージョン0.2.4をリリース
● tunnel向けencap, decap対応しました
- OpenFlow General Tunnel Support

32. 31
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■ ⾼高速なソフトスイッチ”Lagopus”をOSSとして提供
■ ネットワークをプログラミングしてみませんか？
Web : http://lagopus.github.io/
Github : https://github.com/lagopus/
まとめ
SDNを試してみませんか？そして, 開発に参加してみませんか？
Lagopus本とかも後日公開 (予定)
● 既存のサーバで動作可能
● そこそこの性能で動きます
● いろいろ面白い事ができます
● 相談にのります
Mininetでも動くようになりました️
QuickStartを参照すると簡単にインストールできますJ