狠狠撸

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
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
川上
?雄也 (@yuyarin)
?
??2008年年4?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 NTTコミュニケーションズ
??2011年年8?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

4
今?日のおはなし
?
ネットワークを
Rubyで構築
?

5
ついに来た！
?
ソフトウェアで
制御できる時代！
?

6
その名も
?
SDN48
Software Defined Network
?

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
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
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！！！！！！！！
?

10
開流
?
SDNの代表的な要素技術の１つ
?
OpenFlow
?

11
開流
?
OpenFlowを超カンタンに説明すると
?
パケットの転送や
書換をスイッチに
指?示できる仕組み
?

12
開流
?
もう少し詳しく?言うと
?
条件にマッチした
パケットに対して
特定のアクションを
実?行行させられる

13
開流
?
`
?
L2
?
マッチに使える条件の例例
?
???入?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
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?身に
??フローテーブル通り
???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
?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
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
Packet-InとPacket-Out
?
?? OFCでの処理理が必要なフローはPacket-Inを発?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
?

18
OpenFlowの何が嬉しい？
?
??これまでのネットワーク
??各プロトコルの標準動作やベンダの実装でしかネットワ
ークやパケットを制御できなかった…
??プロトコル志向でしかトラフィック制御できなかった
??OpenFlowのネットワーク
??L2からL4までのヘッダを好きに使って、好きなようにパ
ケットを制御できる！
??フロー志向でトラフィックを制御できる
?

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
?

20
OpenFlowの何が嬉しくない？ (2)
?
??OFSWで実?行行できるのはバイナリマッチに基づい
た特定のアクションのみ
??プログラマブルにするためにはPacket-Inを発?生さ
せないといけない
??OFCでのPacket-Inの処理理はHW処理理でないので重い
??簡単に出来ないことの例例：
??パケット??長ごとにスイッチング
??IPv4アドレスの下1桁の数字のポートに出?力力
??3つのポートのどれか１つににランダムで出?力力

21
OpenFlowはどこで使われているのか？
?
??データセンター内/間ネットワーク
??リンク使?用効率率率がよくなるトラフィック最適化
??ソフトウェア制御による運?用構築の?自動化
??ネットワークの集中管理理
??クラウドネットワーク
??ネットワークの仮想化
??ネットワークの動的構成変更更
?

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)
?

23
取間
?
今回取り上げるのが
?
Trema
?

24
取間
?
What’s Trema?
?
Full-Stack
OpenFlow
Framework
in Ruby and C
?

25
Why Trema?
?
※Trema公式ロゴ
?

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?日本?人で?日本語の記事が多い
?? ?日本語の本がある
??しかも?自前でTeXをコンパイルしたらタダ
??Rubyだ

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
取間
?
Trema-edgeのインストール
?
1.? Ubuntu 12.04 (64-bit) を?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
取間
?
Tremaの使い?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
コントローラの書き?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
イベントハンドラの例例
?
handler
? 発?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
スイッチの操作の例例
?
handler
? 発?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?生させる
?

33
コントローラの書き?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
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?力力ポートでMACを学習
?
出?力力ポートが決まったらフローを
登録してPacket-Out
?
出?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
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
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
テスト駆動開発ができる！
?
describe RepeaterHub do
it "は、?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" }
link "switch", "host1"
}.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

38
ではさっそく
?
なにか
作ってみよう
?

39
ロードバランサ
（超簡易易版）
?

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
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
?

43
みんなもRubyで
つくろう！
?

44
ありがとう
ございました
?

狠狠撸

Rubyで創るOpenFlowネットワーク - LLまつり

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