Lagopus Project (Open Source Conference)

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Lagopus router
UPDATEs
NTT未来ねっと研究所
Lagopus User Community
日比智也 (Hibi Tomoya)

• ネットワークはプログラミングできます
– SDNとかOpenFlow
– サーバアプリやサーバインフラ管理の流儀で
ネットワークを管理できるようになります
• サーバで動作する速いソフトウエアスイッチLagopusがあります!
– オープンソース
– 遅かったら文句ください！
今日覚えていってほしいこと

• なぜ、SDN? OpenFlow？ NFV？
• Lagopusとは？
• SDNソフトスイッチLagopus
• どういうところで使えるの？使っているの？
• その他のソフトウェアスイッチ
• SDNソフトルータLagopus
3
Agenda

4
ネットワークに求められる柔軟性
ユーザの環境変化
サービス・
トラフィック需要の
多様化
技術の進展への
対応
ネットワーク装置
機能A 機能B
機能C 機能D
機能E 機能F
汎用装置
機能A 機能F
汎用装置
機能B 機能C
必要なときに
選択的に
組み合わせて
効率よく提供
したい
フルセット構成最小構成
ニーズや変化に
併せて、
ネットワークを
素早く制御したい
マニュアル操作を基本
とするネットワーク制御
自動化を基本とする
ネットワーク制御
ネットワーク制御の
プログラマビリティ
SDN
ネットワーク機能の
プログラマビリティ
NFV

• 機能ごとに専用ハードウェアを使用
• サイトごとに実機の設置が必須
• 専用ハードウェアの開発は，新興ベンダに
とってはハードルが高く，競争が起こりにくい
従来のネットワークアプライアンス
のアプローチ
BRAS
FirewallDPI
CDN
Tester/QoE
monitor
WAN
Acceleration
Message
Router
Radio/Fixed Access
Network Nodes
Carrier
Grade NAT
Session Border
Controller
PE RouterSGSN/GGSN
汎用ハードウェア上にネットワーク機能をソフトウェアとして実装する設計コンセプト
NFVのアプローチ
大容量の汎用イーサネットスイッチ
大容量の汎用ストレージ
統合的に管理され，
自動的にリモートからインストール
大容量の汎用サーバ
異なるソフトウェアベンダが競争力を発揮できる
先進的なオープンエコシステム
ネットワーク機能
をソフトウェア化
NFV（Network Function Virtulisation）

OSS D-planeの歴史
1995 2000 2005 2010 2015
DPDK
R1.0 OSS LF join
2012 BT vBRAS demo
Research phase
Internal product phase
OSS phase
netmap
XDP
Click
BESS
OVS
Nicira OVN
Lagopus
VPP
P4c

• Lagopusスイッチ(=OpenFlowスイッチ)
– OpenFlowスイッチのソフトウェア実装
– OpenFlow 1.3 + tunnelingをサポート
– I/OにDPDKを採用。高速パケット処理が可
– 汎用サーバを活用
– 2014.7からOSS
• Lagopusルータ(=ソフトウェアルータ）
– 疎結合型のモジュール構成のソフトルータ
– 新しいデータストアを採用(Openconfig)
– L2/L3, L2/L3 Tunnel, IPsec をサポート
– I/OにDPDKを採用。高速パケット処理が可
– 汎用サーバを活用
– 2017.7からOSS (2019.07に v19.07 をリリース)
7
Lagopus とは？

• OpenFlowスイッチのソフトウェア実装
– 汎用x86サーバで動作可能
– OSSとして公開
• 高速なパケット処理と幅広いプロトコルに対応
– > 10Gbps
– OpenFlow1.3＋tunneling
8
Lagopus Switch
OpenFlow コントローラ
コントロールプレーン
OpenFlow
プロトコル
OpenFlow スイッチ
データプレーン
Flow Table
フローパターンアクション
フローパターンアクションカウンター
カウンター
Flow
Table
#2
Flow
Table
#3
Flow
Table
#4

• どういうパケットだったら
– 受信ポート番号，パケットヘッダの値(宛先，ソース，各種ID...)
• どういう処理をする
– パケットヘッダの追加，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...)
– コントローラにパケットを転送して処理も可能
9
OpenFlow？
OpenFlow コントローラ
コントロールプレーン
OpenFlow
プロトコル
OpenFlow スイッチ
データプレーン
Flow Table
フローパターンアクション
フローパターンアクションカウンター
カウンター
Flow
Table
#2
Flow
Table
#3
Flow
Table
#4

• 単純なポートフォワードを実施した場合のスループットを測定
10
性能評価
CPU
E5-2697v2
2.70GHz
NIC Intel X520
メモリ 64GB OS Ubuntu 14.04LTS
CPU
E5-2667v3
3.20GHz
NIC Intel XL710
メモリ 64GB OS Ubuntu 14.04LTS
6.66
8.65
9.28 9.49 9.63 9.77 9.83 9.85 9.86
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Throughput(Gbps)
Packet size (byte)
Lagopus
Wire-rate
7.7
15.5
26.5
34.2
39.2 39.5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Throughput(Gbps) Packet size (byte)
Lagopus
Wire-rate
10GbE 40GbE

IP(Internet Protocol)のデータ転送
A
B
宛先
(IP)
送信元
(IP)
データ
X
１
２４
３
XA
XB IPルータ
進行方向
IPルータによって、
X宛のパケットは
全て3を経由して
転送されます
IPのデータ転送では、宛先のIPアドレスにのみ基づいて
転送先が決定される

OpenFlowで可能になること (例1)
A
B
宛先
(IP)
送信元
(IP)
データ
X
１
２４
３
XA
XB OpenFlowスイッチ
進行方向
X宛のパケットは、3と4に分散し
て転送することができます
OpenFlowのデータ転送では、宛先と送信元のIPアドレス
の両方により転送先が決定できる

OpenFlowで可能になること(例２)
A
宛先
(IP)
ポート
(TCP)
データ
X
１
２４
３ A110
A80
OpenFlowスイッチ
進行方向
メール受信のフ
ローだけをウィル
スチェックにかけ
る
WW
W
Mail
ウィルス
チェック
OpenFlowのデータ転送では、IP以外の多くのヘッダ情報から転送先が決定できる
たとえば、ヘッダからアプリケーションを識別できる

• SDN Japan 2014での実証実験
何ができる？
アクセスポイント
■ A Pの識別(V L A N )
■ V ID 毎にQ o S 制御
ＰｏＥスイッチ
インターネット
アクセスポイント
( ＡＰ)
L a g o p u sの役割

15Copyright©2015 NTT corp. All Rights Reserved.
SDN IX
@ Interop Tokyo 2015 ShowNet
Thanks to NECOMA project
(NAIST & University of Tokyo)

SDN IXの背景
 IX (Internet eXchange)
 インターネットサービス・プロバイダ (ISP) 間の
L2での接続ポイント
• ISP間のパブリックな接続・プライベート接続
 やりたいことや困っていること
 接続設定の自動化とポータル化、API提供
 DDoS トラヒックを削減・止めたい
• リンク帯域を食い尽くすことも
• 入り口でDDoSトラヒックをdrop
• 外部のDPI装置やFlowSpecとの連携
IX
ISP-CISP A ISP-DISP B
SW
SWSW
SW
ISP-EISP F
IX
ISP-CISP A ISP-DISP B
SW
SWSW
SW
ISP-EISP F

 2台のLagopusを設置@大手町と幕張
 アキバで買えるIntel Xeonサーバ
• 2 x Xeon E5 (Sandy-bridge) 8core CPU
• 6 x 10GbE NIC
Lagopus @ ShowNet 2015

Multi-point GRE tunnel for network
redundancy of service function chaining
@ Interop Tokyo 2017 ShowNet

ShowNet2017 トポロジ図
BackBone
出展社網
Function Pool Blue Function Pool Green

 Service Function Chaining with BGP Flowspec
ShowNet2017の概要
Lagopus
コントリビューション

 vosyswとのマルチポイントGRE接続
Lagopusの動作
Function Pool Green
BackBone
出展社網
Function Pool Blue
encap GREdecap GRE
decap GREencap GRE
push VLANpop VLAN
pop VLANpush VLAN
encap GREdecap GRE
decap GREencap GRE
push VLANpop VLAN
pop VLANpush VLAN

ログ配布
 NWシステム内のログを集中させ、適切に処理が行えるインスタンスへ振り分けることが可能。
 大規模なシステムほど、ログの管理やモニタリングの需要は高い。
 送信元・宛先MAC/IPアドレスやポート番号などOpenFlowによるパケット識別を実現。
 仮想マシン（VM）に限らず、ベアメタルサーバ上での運用も可能。
ログ送信
インスタンス
Syslog解析
インスタンス
SNMP解析
インスタンス
NetFlow解析
インスタンス
インスタンス
Lagopus
スイッチ
セキュリティ検疫
インスタンス
死活監視
インスタンス
・・・
(例) AWS上のサービス

• 映像ソースから送られてきた、音声・映像パケットをLagopusにより
複数の配信拠点へコピー＆ユニキャスト／マルチキャストで
配信できるシステム
• 小型の安価なサーバでもHDクラスの映像を最大50拠点へ配信
• 簡易な設定GUIにより運用可能
• 誤り訂正機能にも対応
映像配信（FlowCopyCastの概要)
汎用サーバ / クラウド
制御
アプリ
Lagopus
・・・
FCCシステム
映像ソース
配信拠点
音声・映像
ストリーム

• パケットのコピー
– 全パケットコピーもできるし、あるポート番号のフローだけコピーするなど
• パケットのミラーリング
• パケットのヘッダの書き換え
– Vlanタグ、IPアドレス、MACアドレス、ポート番号などなど
• 異種NW間の接続
• 特定のフローを遮断
• パケットの中身を見てから、上記アクションを実施
• Raspberry Pi でも動作します
– Rawsocket を使えばOK
その他，Lagopusの活用ケース

• DPDK対応高速ソフトウェアルータ。2019/07に v19.07 をリリース
– https://github.com/lagopus/lagopus-router
– https://github.com/lagopus/vsw
– https://github.com/lagopus/iked
• 対応プロトコル
– VLAN, IPv4(+VRF), PBR, IPsec(IKEv1/v2), L3tunnel(IPIP, GRE), L2tunnel(GRE, VxLAN)
Lagopus Router
KVM上でのL3スループットKVM上でのIPsecスループット

• パケット処理部，構成情報管理機
構，プロトコルエージェントを疎
結合で接続
• プロトコル処理制御用のAPIをプ
ロトコル毎に提供
• 詳細は公開中
– http://www.lagopus.org/lagopus
2-design-book/ja/
Lagopus Router アーキテクチャ
Lagopusルータ
Routing
agent
(BGP/OSPF等
の経路交換)
VRRP agent
(冗長構成の
制御)
IKE agent
(暗号化のた
めの鍵交換)
SNMP agent
(設定、統計
情報の提供)
Dataplane
Dataplane framework
Network
Interface
L2
(Bridging)
L3
(Routing)
IPsec
(暗号/復号)
Config datastore
(設定情報の統合管理)
SDN controller/Orchestrator CLI

 Dataplane を構成する要素はクラスとして設計されている
 コンフィグに応じて、各要素のインスタンスが生成され接続する
Lagopus router: Dataplane設計
Dataplane class
L2 VSI
Bridge
L3 VRF
Router
TunnelETHDEV VIF
interfaces {
interface if0 {
config {
device
"0000:05:00.0";
...
}
subinterfaces {
subinterface 0 {
...
YANG ファイル
if0
if0-0
vrf1
if1-0
if0
Dataplane
tif0-0
NIC NIC

 Dataplane のインスタンスの
射影を Linux 上へ tap デバイス
として表示
 Linux アプリケーションは tap
経由で Lagopus router と
パケットの送受信が可能
– その tap の自宛パケットのみ
 tap に対して操作することで、
netlink を介し Lagopus router
が設定を反映
– VRFのルーティングテーブルと同期す
ることで、BGPやOSPF等のプロトコル
に対応
– ルックアップ処理自体は Lagopus
router が実行
Lagopus router: Modularity
if0
if0-0
vrf1
if1-0
if0
Lagopus router Dataplane
tif0-0
if0-0 vrf1 if1-0 tif0-0
netlink
zebra2
Linux user space
strong
Swan
your-own
application ・・・

対応機能&スペック
大項目小項目詳細備考
L2
スイッチング
学習スイッチ，FDBエントリ数65536，
インターフェース数32(スイッチ毎)
複数スイッチスイッチ数256
VLAN VLAN数4096
L3(IPv4)
ルーティング
経路数10万(VRF毎)，インターフェー
ス数32(VRF毎)
BGP EBGP，IBGP zebra2利用
OSPF zebra2利用
VRF VRF数256
NAPT
PBR 5tupleベースルーティング
L3(IPv6) ルーティング
トンネル
IPsec セッション数2048
IKEv1/v2,
strongSwan利用
IP in IP セッション数2048
L2 GRE セッション数2048
L3 GRE セッション数2048
VxLAN
セッション数2048，多地点接続対応
(MAC学習対応，非マルチキャスト)
冗長化 VRRP VRRPv2
ログログ syslog/file/console出力、レベル指定
※薄字は開発中
※赤字は今年度開発分
※Public版は近日リリース予定

https://lagopus.org からアクセスできます
Lagopus ルータ book

セキュアVPN
• SD-WANを実現するIPsecルータとして動作するデモ
• ソフトウェアルータ ”Lagopusルータ” が、高速なL2/L3転
送機能に加え、IPsec(IKEv1/v2)による
セキュアVPN機能をサポート
internet
軽量なベアメタルサーバ上でも
クラウドインスタンス上でも動作
Linuxカーネル向けの完全なIPsec(IKEv1/v2)実装
“strongSwan” との連携機能を Lagopusルータが
持つことで、セキュアなVPN接続を提供

• ・howNet設備の全てのNW機器のログを終端し、モニタリング機能群及び、パブ
リッククラウド(MS Azure)上へIPsecトンネル経由で配送するパケットブローカー
として機能
• ・会期中、ローカルNW/パブリッククラウドの両環境での安定動作を確認
32
ShowNet with Lagopus Switch/Router
ShowNet設備に組み込まれたLagopus
ShowNetにおけるLagopusの役割

今後の方向
Lagopus Switch
 機能追加予定なし
 OpenFlow1.3がマッチするユースケースがあれば提案
Lagopus Router
 ちょっと速いIPsecゲートウェイ
 SD-WAN対応Data-planeのOSS

ご清聴ありがとうございました
34
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