Доклад Руслана Смелянского на семинаре Yandex "SDN: два взгляда на одну технологию" 21 ноября 2013 г.

1. Программно Конфигурируемые Сети:
возможности и реалии
Р.Л. Смелянский
Центр прикладных исследований компьютерных сетей

2. Содержание
1
Проблемы современных сетей
2
Программно-Конфигурируемые Сети
3
Виртуализация Сетевых Сервисов
4
5
Синергия ПКС и ВСС
Примеры

3. Если в 80-е годы
главным было
качество,
а в 90-е реинжиниринг, то
в 2000-е главное
- СКОРОСТЬ
B I L L G AT E S I N B U S I N E S S @ T H E S P E E D O F T H O U G H T
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
3

4. Сеть как платформа сервисов
Ad Insertion
Transcode
Encrypt
Transrate
Protect
Multicas
t
Enhance
Stream
QoS
Translate Compress
Сеть как платформа
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
4

5. Тенденции и требования рынка
Ключевые тенденции





Изменение модели вычислений (outsourcing &
robosourcing);
Global IP Traffic By Type
59.354
60
Fixed Internet
Быстрый рост траффика: к 2016 году объем трафика
возрастет в 6 раз
50
40
46.29
Managed IP
27.434
30
Изменение структуры траффика: к 2016 г. 90 % видеотрафик;
Взрывной рост мобильности;
35.879
Mobile data
20.65
20
10
14.955
4.989
0.237
9.014
6.839
0.546
1.163
11.352
13.189
14.848
6.254
3.806
2.198
0
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Несоответствие темпов роста трафика и темпов роста
доходов операторов
Необходимо сокращать стоимость передачи трафика!
К 2003 г. в Интернет было
сгенерировано 5 экзабайт. Сегодня
такой объем – за 2-3 дня
21.11.2013
Эрик Шмит, Google
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
5

6. Чудовищный рост сложности
Число ежегодно публикуемых RFC
Сложность из-за дополнительных функциональностей таких как поддержка
мобильности,VPN, туннелирование, управление сетями и т.д.
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
6

7. Сеть оператора с ВСС
CPE
DPI
BRAS
DSLAM
Firewall
Carrier Grade
NAT
Access
Monitor
CDN
Edge
Core
WAN Accelerator
DSLAM
IMS, VoLTE, CSCF
OLT
© ON.LAB
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
7

8. Введение новых сервисов затруднено
Реализуем сервис не там где сейчас востребовано, а там где может потребоваться.
Ограничение по масштабированию (функция и железо едины!)
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
8

9. Что такое ПКС
логическая централизация и отделение
управления от собственно передачи
 Реальное управление качеством
передачи данных, инжинирингом
трафика и маршрутизацией
Открытый интерфейс
для приложений
Сетевая операционная система
Аппаратный коммутатор/
 Удобный механизм абстракции и
Мониторинг и построение
топологии/карты сети
Расчет маршрута
по запросу
Управление
маршрутизатор
виртуализации сетевых ресурсов и
сервисов
Данные
 Повышение эффективности
распределения ресурсов и
размещения сервисов в сети
 Упрощение data plane
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
9

10. Техники ПКС
• Реализация ПКС на базе виртуальных
коммутаторов по технологии Overlay
(протоколы VXLAN, NVGRE и пр.)
• ПКС на базе серверов агрегации
трафика
• Реализация ПКС на базе специальных
коммутаторов (протоколы
Openflow, XMPP и пр.)
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
10

11. ПКС на базе OF
RIP
VLAN
OSP OSPF F
IIS-IS
Classic router
ACL
……
21.11.2013
MPLS
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
11

12. ПКС на базе OF
RIP
VLAN
…
21.11.2013
OSPF
Classic
router
IS-IS
ACL
MPLS
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
12

13. ПКС на базе OF
RIP
VLAN
OSPF
Classic router
IS-IS
ACL
…
21.11.2013
MPLS
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
13

14. ПКС на базе OF
Flow Table
TCAM
Switch
VLAN
Controller
RIP
OSPF
IS-IS
ACL
MPLS
…
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
14

15. ПКС на базе OF
Flow Table
MAC
src
MAC
dst
TCAM
*
*
IP
IP
Flow Table Dst
Src
*
Switch
*
00:1f:..
5.6.7.8
TCP
sport
*
TCP
dport
*
*
VLAN
* Controller
port 1
RIP
OSPF
Routing
Rule examples
*
Action
*
port 5
IS-IS
ACL
Switching
*
*
*
*
*
22
drop
MPLS
Firewall
…
00:20.. 00:1f:.. 1.2.3.4 5.6.7.8
20
666
port 7
Flow Switching
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
15

16. ПКС на базе OF
Flow Table
MAC
src
MAC
dst
TCAM
*
*
IP
IP
Flow Table Dst
Src
*
Switch
5.6.7.8
TCP
sport
*
TCP
dport
Action
OSPF
Routing
*
00:1f:..
*
*
*
*
port 5
*
*
*
*
*
22
drop
21.11.2013
20
RIP
* Controller
port 1
Rule examples
00:20.. 00:1f:.. 1.2.3.4 5.6.7.8
VLAN
666
IS-IS
Switching
ACL
MPLS
Firewall
port 7
…
Flow Switching
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
16

17. Flow Table
TCAM
Network operating system
ПКС на базе OF
Controller
Switch
21.11.2013
APP
VLAN
APP
RIP
APP
OSPF
APP
IS-IS
APP
ACL
APP
MPLS
APP
…
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
17

18. ПКС на базе OF
Network operating system
Switch
Controller
Switch
APP
VLAN
APP
RIP
APP
OSPF
APP
IS-IS
APP
ACL
APP
MPLS
APP
…
Switch
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
18

19. Эволюция OpenFlow
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
19

20. ПКС on Overlays vs on OpenFlow
on overlays:
простота виртуализации адресов и
топологии
независимость от организации
физической сети (любая IP сеть)
накладные расходы на процесс
инкапсуляции
невозможность управлять
качеством транспорта
сложность контроля и отладки
инкапсулированного трафика
ограничение конфигурации сети
21.11.2013
on OpenFlow:
производительность (отсутствие
накладных расходов на инкапсуляцию и
работу программных коммутаторов)
управление качеством транспорта
гибкое управление трафиком
автоматизация troubleshooting
виртуализация и абстракция
простое сетевое оборудование
специальное сетевое оборудование
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
20

21. OpenFlow switch
Архитектура OpenFlow NoviSwitch™ 1248
• Features the NoviWare 250 OpenFlow V1.3
switching software implementing all OF 1.3 actions,
instructions and matching fields
• 200 Gbps throughput powered by two EZchip NP4 NPUs
• 48 data plane ports
•
•
20 cages for SFP+/SFP transceivers providing
10GE/1GE connectivity
24 cages fro SFP transceivers providing 1GE
connectivity
• Dedicated Ethernet ports for management and
connection to OpenFlow Controller
• Eight core 1.5 GHz PPC host processor with 8GB
of DDR3 memory
• Optimized TCAM memory supports 125K to 1
OpenFlow v1.3 switch that offer up to 200 gigabits Million entries in flow table
• Up to 1000 flow-mods/second
per sec of genuine wire-speed performance, 1
• Initial configuration loading via XML
million flow entries and over 500 flowmods/sec.
• Dynamic configuration and reporting via CLI
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
21

22. ПКС на базе OF
App
App
Контроллер
App
App
App
Контроллер
Slice2
App
Контроллер
Slice3
Slice1
Слой виртуализации
ПКС устройство
коммутации пакетов
ПКС устройство
коммутации пакетов
ПКС устройство
коммутации пакетов
Простое устройство
коммутации пакетов
Простое устройство
коммутации пакетов
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
22

23. Самоорганизующееся облако (SOC)
App
App
App
App
App
App
Network OS
Network OS
VMs
VMs
Tenant A
Net
Hypervisor
Network OS
Tenant B
Net
Hypervisor
Network OS
VM Control
VM Control
Изолированная
виртуальная сеть
Изолированная
виртуальная сеть
Слой виртуализации
WAN
DC
DC
21.11.2013
© ON.LAB
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
23

24. Взаимодействие облаков в SOC
AS2
AS1
Контроллер
Контроллер
SDN/BGP
SDN/BGP
WAN
AS3
Контроллер
SDN/BGP
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
24

25. Fast shared data storage
21.11.2013
...
Fast shared data storage
...
Fast shared data storage
Distributed data storage
...
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
25

26. Проект В4 Google на OF ПКС сети
Проект B4 WAN призван
исследовать:
•
Подходы к обеспечению
надежности и
эффективной
производительности
•
Гибкий инжиниринг
трафика по сетевым
приложениям
•
Возможность
уменьшения накладных
расходов для
обеспечение надежности
(эффективная
утилизация канала
связи).
21.11.2013
Категории приложений:
1)
Копирование данных пользователя (например, почта, документы, аудио/видео файлы)
2)
Удаленный доступ к хранилищам
3)
Крупномасштабная синхронизация состояния данных между несколькими ЦОД
Эти три класса трафика отсортированы по возрастанию объема, по убыванию чувствительности к
задержкам, и по убыванию общих приоритетов.
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
27

27. Виртуальные Сетевые Сервисы (NFV)
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
28

28. 21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
29

29. Intel DPDK
DPDK = Data Plane Development Kit
http://intel.com/go/dpdk/
•
•
•
•
•
•
•
•
21.11.2013
Intel DPDK – это набор библиотек и драйверов
для быстрой обработки пакетов на платформах
Intel.
Использование больших виртуальных страниц
(huge pages 2mb/1gb).
Размещение объектов равномерно по всем
каналам оперативной памяти.
Адресное пространство карточки доступно из
user_space.
Неблокирующие очереди для передачи пакетов.
Нет прерываний в драйверах DPDK – активный
цикл.
Активное использование SSE инструкций для
обработки пакетов.
Выделение целых ядер процессоров под задачи.
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
30

30. Open vSwitch ускоренный с DPDK
• Open vSwitch - это виртуальный программный
коммутатор, который обеспечивает соединение между
виртуальными машинами и физическими интерфейсами.
– VLAN, SPAN, RSPAN, GRE, sFlow, Netflow, OpenFlow 1.1.
Open vSwitch
Open vSwitch + DPDK
PHY-to-PHY
1.1 Mpps
10 Mpps
VM-to-PHY
0.3 Mpps
4 Mpps
VM-to-VM
0.3 Mpps
2 Mpps
* на 10 Gb канале
** на udp пакетах, 64 байта (самый сложный сценарий)
*** теоретический максимум 15 Mpps
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
31

31. Сеть оператора с ВСС
CPE
CPE-Func
CPE-Func
CG-NAT
DC (Standard High Volume Servers/Storage/Switches)
CG-NAT
DPI
CPE-Func
BRAS
BRAS
DPI
DPI
CPE-Func
BRAS
BRAS
Firewall
Network Function-VMs
Access
WAN-Accl
CDN
CDN
CDN
WAN-Accl
CDN
Monitor
DSLAM
Carrier Grade
NAT
CPE-Func
Core
BRAS
CPE-Func
DPI
WAN Accelerator
Monitor
Monitor
DSLAM
CPE-Func
21.11.2013
© ON.LAB
CG-NAT
CPE-Func
CPE-Func
WAN-Accl
WAN-Accl
CDN
CDN
CDN
BRAS
BRAS
CPE-Func
OLT
Edge
BRAS
CPE-Func
Monitor
CDN
CG-NAT
CPE-Func
Monitor
DPI
CDN
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
32

32. ВСС с плоскостью управления ПКС
BRAS
BRAS
WAN-Accel
CPD
VM + Network Orchestration
Load
Balancer
VM Mgmt
NF-VM
SDN Controller
NF-VM
NF-VM
CG-NAT
NF-VM
NF-VM
Firewall
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
NF-VM
Core
Edge
Access
21.11.2013
© ON.LAB
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
33

33. CDN как NFV
Region
Consumer
Consumers
S1
Data origin
CDN
Consumers
Statistics
S1
NFV
regional
farm
21.11.2013
Controller
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
34

34. CDN как NFV
Region
Consumer
Consumers
S1
Data origin
Consumers
S1
CDN
CDN
Update
CDN
NFV
regional
farm
Controller
CDN orcestrator
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
35

35. Конвейеризация NFV
Consumer
CDN
Message
Router
Firewall
Data origin
vRGW
DPI
BRAS
vSTB
NAT
SIP
RAN Control
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
36

36. Заключение
!
ПКС дает существенные преимущества в управлении и виртуализации ресурсов сети и
качестве сетевых сервисов
!
ВСС позволяют устанавливать сервис там, тогда и в том количестве, которое
востребовано сейчас и в данном месте
!
ПКС и ВСС позволяют сократить время между возникновением потребности в услуге и
выводом уже готового решения на рынок; упрощают эксплуатацию и удешевляют
расходы на инфраструктуру.
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
37

37. «Сетевые технологии и интернет
будущего»
17 декабря
21 января
Аппаратная платформа ПКС
Сетевая операционная система
для ПКС
• Отличие аппаратной платформы ПКС от
платформы сетей традиционной
архитектуры;
• Архитектура гибридных и ПКСкоммутаторов.
• Принцип работы ПКС-коммутатора.
Протоколы OpenFlow, ForCES
• Демонстрация работы OpenFlowкоммутатора
• принцип работы сетевой операционной
системы в ПКС;
• обзор сетевых ОС с открытым кодом.
Тестирование сетевых ОС
• Приложения для сетевых ОС:
возможности для разработчиков
• Реализация приложений для сетевых ОС
в решениях вендоров
РАСПИСАНИЕ СЕМИНАРОВ:
http://arccn.ru
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
38

38. http://arccn.ru/
+7 (495) 240 50 63
smel@arccn.ru
@ArccnNews

39. Конвейеризация ВСС
NFV
enabled
network
Consumer
Suspicious
traffic
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
21.11.2013
Network Controller
DPI orcestrator
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
40

40. Конвейеризация NFV
NFV
enabled
network
Consumer
Suspicious
traffic
Packet mirroring
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
21.11.2013
Network Controller
DPI orchestrator
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
41

41. Конвейеризация NFV
NFV
enabled
network
Consumer
Malware
traffic
Action
Packet mirroring
Data origin
DPI
DPI
DPI
NFV
regional
farm
REST
API
21.11.2013
Network Controller
DPI orcestrator
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
42

42. Virtual Network Function as a Service
(VNFaaS)
Enterprise network functions include:
1) AR - Enterprise Access Router /
Enterprise CPE
2) PE - Provider Edge Router
3) FW - Enterprise Firewall
4) NG-FW - Enterprise NG-FW
5) WOC - Enterprise WAN
optimization Controller
6) DPI - Deep Packet Inspection
(Appliance or a function)
7) IPS - Intrusion Prevention System
and other Security appliances
8) Network Performance Monitoring
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
43

43. Virtual Network Function as a Service
(VNFaaS)
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
44

44. Архитектура NFVплатформы
ВСС pool
Firewall, Encryption, DPI,…
VM
VM
VM
VM
Virtual Switch
High performance
datapath
OS/Linux Kernel
Hardware
• Высокие требования к производительности на всех уровнях
• Легковесное виртуальное окружение
• Высокопроизводительный и настраиваемый виртуальный
коммутатор
• Высокоскоростной сетевой стек ОС
• Специализированное аппаратное обеспечение (например, сетевые
адаптеры)
21.11.2013
Смелянский Р.Л. ЦПИКС
45