OpenFlow拡張による仮想ネットワーク上での ブロードキャストの最適化 〇松尾 圭佑† 川島 龍太† 松尾 啓志† † 名古屋工業大学大学院 2015/09/28 東海支部連合大会 発表の流れ 1. 研究背景 • マルチテナント型データセンタ 2. 関連研究 • IPマルチキャスト • ユニキャスト変換手法 3. 提案手法 4. 性能評価 1 マルチテナント型データセンタ 2 オーバレイ方式によるネットワーク仮想化 • テナントごとに専用の仮想ネットワークを提供 VM テナントA VM VM 仮想ネットワーク テナントB VM VM 物理ネットワーク VM VM テナントC VM VM 仮想ネットワーク上でのブロードキャストの問題点 VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM 3 VM VM 物理スイッチ 不要なパケットの発生による通信帯域の圧迫 仮想スイッチ VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM sender 物理マシン 関連研究 4 特定テナントのVM群にのみブロードキャスト パケットを配送 物理ネットワーク上でIPマルチキャストを利用†1 ユニキャスト変換手法†2 †1 M. Mahalingam, D. Dutt, K. Duda, P. Agarwal, L. Kreeger, T. Sridhar, M. Bursell, and C. Wright, \Virtual eXtensible Local Area Network (VXLAN): A Framework for Overlay-ing Virtualized Layer 2 Networks over Layer 3 Networks". RFC 7348, 2014. †2 伊勢幸一，浅羽登志也，高添修，小松康二，”SDN の実践技術 “．株式会社インプレス, 2013． IPマルチキャストの利用 5 VXLAN • 仮想ネットワーク上でのブロードキャスト 物理ネットワークでIPマルチキャストを利用 VM VM VM VM VM VM VM マルチキャストグループ1 VM VM VM マルチキャストグループ2 VM VM VM VM VM VM マルチキャストグループ3 IPマルチキャスト対応のルータやL3スイッチが必要 マルチキャストグループの構築がオーバヘッド ユニキャスト変換手法 6 コントローラ : 専用サーバ 混雑 混雑 VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM VM sender 常にコントローラと同期する必要 専用サーバ付近やネットワーク上流が混雑 提案手法 OpenFlow拡張によるブロードキャスト最適化 • 仮想スイッチのグループ化 • ユニキャスト化 • パケットにトポロジ情報を付与 7 提案手法の概要 8 コントローラ : 代表スイッチ トポロジ情報抽出 代表スイッチ宛 パケット作成 Group1 VM VM VM VM Group2 VM VM VM VM Group3 VM VM VM VM Group4 VM VM VM VM sender トポロジ情報を埋め込んだパケット作成 各仮想スイッチは必要に応じてパケットの複製・転送 メリット・デメリット メリット IPマルチキャストを利用する手法と比較 特別なハードウェアを使用しない 経路中のネットワーク機器がステートレス 専用サーバ方式と比較 送信側スイッチ付近やネットワーク上流部分のパケット数 削減 デメリット • 転送ホップ数の増加 9 性能評価 10 専用サーバ方式と比較 • パケット転送遅延 • ネットワークの各リンクにおけるパケット数 評価環境 物理スイッチ Floodlight 0.90 Mininet 2.2.1 OS CentOS 6.6 (2.6.32) OS CentOS 7.0 (3.10.0) CPU Intel® Core™ i3-530 2.93GHz CPU Intel® Core™ i5-4400 3.10GHz Memory 16GB Memory 16GB 評価トポロジ 11 Br Floodlight Linux Bridge Open vSwitch 2.3.1 Br1 H1 H2 H3 Br2 Br3 Br4 Group1 Group2 Group3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 パケット転送遅延の評価 Floodlight Br1 Br2 Br3 代表スイッチ H1 H2 12 H3 Br4 非代表スイッチ H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 Sender 通常 専用サーバ方式 [packets] ARPの応答時間の比較 提案(代表) 提案(非代表) 100000 • 通常のブロードキャスト 80000 経由オーバヘッドなし 60000 • 専用サーバ方式、提案方式(宛先が代表スイッチ配下) 40000 コントローラ経由 20000 • 提案方式(宛先が非代表スイッチ配下) 0 コントローラ経由、代表スイッチを経由 0 …… 0.4 0.5 0.6 0.7 …… 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 [ms] 各リンク別のパケット数の比較 Floodlight Br1 1 Br2 4 H1 5 H2 13 6 H3 2 3 7 8 H4 H5 12 H6 H7 通常 相対値 3 Br3 13 9 10 11 15 16 H8 H9 H10 専用サーバ方式 19 Br4 14 20 17 18 H11 H12 21 22 23 H13 H14 24 25 H15 H16 提案 各ホストがランダムでブロードキャストを送出 2 1 0 • 各リンクのパケット数を比較 通常のブロードキャスト ③ 1 ②2 専用サーバ方式 3 ④4 ⑤5 ⑥6 ⑦7 ⑧8 ① 提案手法 ⑩ ⑪ 9 10 11 ⑨ ⑫ ⑬ ⑭ ⑮ ⑯ ⑰ ⑱ 12 13 14 15 16 17 18 非宛先ホストにパケットは流れていない ネットワーク上流・送信側スイッチ付近のパケット数削減 ~ 25 19⑲～㉕ まとめと今後の課題 14 まとめ • ユニキャスト化したパケットにトポロジ情報を付加 送信側スイッチ、ネットワーク上流部分でパケット数 削減 今後の課題 • キャッシュ機能 同じフローならコントローラを経由せずに最適化 • ARP等の特定のプロトコルと提案手法のハイブリッド 機能
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