資料 ９ ネットワーク仮想化プロジェクト の成果と今後の展開 中尾彰宏 2016/1/20 新世代ネットワーク推進フォーラム 総会 1 NICTネットワーク仮想化委託研究(2011-2014) ■ 課題ア・イ・ウの位置づけ 課題ウ：新世代ネットワークアプ リケーションの研究開発 新世代 センサーネットワーク アプリケーション ネットワーク内にある各種リソースを利⽤し、これまでのインターネットでは実現困難であった 新世代ネットワーク時代に出現する代表的なネットワークアプリケーションを開発 新世代 コンテンツ配信 アプリケーション 課題イ：サービス合成可能なネット ワークプラットフォームの研究開発 データ 複製 ネットワークサービス仮想統合管理 サービスC向け 仮想ネットワーク ネットワーク仮想化基盤が提供するサービス部品を組み合わせて利活⽤することで、様々 なアプリケーションを開発・実⾏できるようにするサービスプラットフォームを開発 サービスプログラミング サービスコンポーネント管理・実⾏ サービスB向け 仮想ネットワーク サービスA向け 仮想ネットワーク 超低消費 電⼒指向ネットワーク アプリケーション 新世代 トラスタブルネットワーク アプリケーション 新世代 付加価値提供 アプリケーション 認証 放送 モニタ リング キャッ シュ 暗号化 圧縮 位置 情報 QoS 統計 ネットワークプラットフォーム 仮想化GW ネットワーク サービス管理 仮想化ノード 仮想化ノード ネットワーク サービス管理 仮想化GW サーバ クラウド 仮想化ノード 仮想化GW 電気パケット ネットワーク 光パス ネットワーク 計算機 資源 課題ア：統合管理型ネットワーク 仮想化基盤技術の研究開発 （出典：NICT課題149委託研究 公募資料） ストレージ 資源 仮想化ノード 電気パケット ネットワーク 仮想化GW 光パス ネットワーク 計算機 資源 端末 ストレージ 資源 ネットワーク仮想化基盤 サービスごとにカスタマイズされた複数⽅式のネットワークを同時に提供し、 安全性・信頼性・柔軟性等を⼤幅に⾼めつつ、⾼機能化、⼤容量化、及び超低 消費電⼒化を実現する新世代のネットワーク仮想化基盤を開発 2 課題ア 仮想化ノード（VNode/FLARE）のシステム全体図 異なる機能や構成を持つ複数のネットワークを独⽴に同時に⼀つの物理ネットワーク上に構築するネット ワーク分離(Isolation）と、コンポーネントを⾃在に組み合わせて利⽤できるプログラム性 (Programmability) の機能を有する、仮想ネットワークの実⾏基盤の実現を⽬指す 全体アーキテクチャ（東⼤） ・コア/エッジ統合ネットワーク仮想化 ・軽量化エッジネットワーク仮想化ノード〜FLAREの開発 ・Deeply Programmabilityの追求 アクセスポイント 仮想化 エッジ端末仮想化（NEC） ・仮想化ノードスライスのエッジエリア （無線ＮＷ及び無線端末）への延伸 ・複数無線ＮＷ上でのスライス構築 エッジNW仮想化（東⼤） ・仮想マシンクラスター・エッジ端末エミュ レーション ・仮想マシンのスライス多重・分離技術 ・無線アクセスポイントのネットワーク仮想化 アクセスゲートウェイ（富⼠通） ・プログラマとゲートウェイの⼀体提供 ・ネットワークエッジでのプログラマビリティ 活⽤の検討 ・ゲートウェイのスケ―ラビリティ エッジNW仮想化 （FLARE） アクセスゲートウェイ （AGW） NWスライス収容 仮想化ノード （プログラマ＋リダイレクタ） 仮想化ノード 管理装置 クラウド 光インフラ 管理装置 光インフラ網 仮想化ノード プログラマ（NEC） ・⾼いI/Oパフォーマンスとプログラマビリティ の両⽴ ・プロトコルに依存しない実験環境の提供 リダイレクタ（⽇⽴） ・NWリソースアイソレーション ・インフラのプログラマビリティ NW仮想化基盤管理（NTT） ・既存インフラ（トランスポート）と仮想 NWとの連携管理 ・スライス計測によるスライス状態のフィー ドバック ・仮想NWのオペレーション、運⽤ノウハウ ・ベンチマーク開発 3 NICTネットワーク仮想化委託研究 研究開発体制 ■ 開発体制と課題間連携会議の構成 NICT 課題ア・イ・ウ委託推進会議 委託研究 149 ：「新世代ネットワークを⽀える ネットワーク仮想化基盤技術の研究開発」 四半期 課題ア・イ連携会議 毎⽉＋アドホック <実施回数> H24年度：9回 H25年度：4回 H26年度：4回 課題アSteering Committee (SC) 四半期＋アドホック ⽬的：⽅針決定、調停 メンバ： 参加者の実施責任者、アドバイザ 課題ア推進WG <実施回数> H23年度：3回 H24年度：1回 隔週 ⽬的：課題アの研究開発推進に関わる調整、 仕様整理、課題整理 メンバ： 参加企業 NW仮想化研究WG <実施回数> H23年度：13回 H24年度：19回 H25年度：20回 H26年度：11回 課題イ 課題ア NTT 課題ウ KDDI研 東京⼤学 東京⼤学 ⽇⽴ NEC NEC ⽇⽴ 富⼠通 毎週 ⽬的：仮想化基盤に関わる研究課題を議論、 各課題へのフィードバック 他の課題との議論の場としても活⽤ <実施回数> H23年度：18回 H24年度：35回 H25年度：39回 H26年度：35回 4 （参考）委託研究課題ア 打ち合わせ実施回数 研究WG 2011年18回 2012年35回 2013年39回 2014年35回 127回 推進WG 2011年13回 2012年19回 2013年20回 2014年11回 63回 5 NICTネットワーク仮想化委託研究 成果 H23年度 ⽬標 • 全体アーキテクチャの確 ⽴ • リソースアイソレーショ ンの基本構成 • プログラム性と性能を両 ⽴するプログラマ構成法 • アクセスゲートウェイの ⾼速化 • トランスポートNWと仮 想NWとの連携管理 達成点 • プログラマ・リダイレク タ分離ノードアーキテク チャ • 緻密なリソースアイソ レーション • アクセスゲートウェイの 収容多様化、⾼速化 （10G化） • トランスポートネット ワーク制御との連携管理 H24年度 H25年度 H26年度 • エッジNW向け軽量化 仮想化ノードの実現 • アクセスゲートウェイ へのプログラマビリ ティ導⼊ • スライス測定技術の確 ⽴ • エッジ端末でのNW仮 想化制御技術の確⽴ • アクセスゲートウェイ のスケーラビリティ • スライス計測結果から のリソースの動的変更 • 海外連携したテスト ベットの相互利⽤ • 外部情報発信・ユーザ サポート • 研究成果のJGN-X展開 • JGN-Xでの統合実験 • 多数ノードを⽤いた性 能検証 • 複数の他仮想化⽅式と の相互接続、ベンチ マーク評価 • FLAREの開発・実証 • プログラマ⾼速化 （10G化） • プログラマとゲート ウェイの⼀体提供検討 • ⾼精度スライス測定シ ステムの開発 • ⽶国仮想化テストベッ ドGENIとの相互接続 検討 • 研究開発成果のJGN-X 展開（β版） • 動的リソース変更 • AGW-VNode開発 • エッジ端末NW仮想化 制御の設計 • 標準化（ITU-T）， Whitepaper公開 • GENIとの相互接続実 験 • 研究成果のJGN-X展開 • JGN-Xでの統合実験 • 多数ノードを⽤いた性 能検証 • 複数の他仮想化⽅式と の相互接続、ベンチ マーク評価 • GENIとの相互接続実 験 これまで得られた成果（特許出願や論⽂発表等） 新世代ネットワークを⽀える ネットワーク仮想化基盤技術 の研究開発 国内出願 外国出願 研究論⽂ その他研究発表 標準化提案 プレスリリース 報道 展⽰会 受賞・表彰 30 11 7 119 7 14 46 1 6 BestPaperAward 7 日米ネットワーク仮想化研究時系列 Japan US Worldwide 2002-PlanetLab 2008仮想化ノード共同研究 2008GENIKickOff($12M29insWtuWons) （NICT/Utokyo/NTT/NEC/ Hitachi/Fujitsu） 2009GEC4(Mar)GEC5(Jul)GEC6(Nov) 2010GEC7(Mar)GEC8(Jul)GEC9(Nov) plenary 2011仮想化ノード委託研究 2011GEC10(Mar)GEC11(Jul)GEC12(Nov) plenary (Utokyo/NTT/NEC/ Hitachi/Fujitsu/KDDI) 2012GEC13(Mar)GEC14(Jul)GEC15(Nov) plenary 2013GEC16(Mar)GEC17(Jul)GEC18(Nov) 2014仮想化ノード委託研究 2014GEC19(Mar)GEC20(Jul)GEC21(Nov) 最終年度 BestDemo 2015GEC22(Mar)GEC23(Jul)GEC24(Nov) SDN NFV 8 国際連携 ⽶国GENIだけでなく欧州のネットワーク仮想化プロジェクトとも連携し、世界的なネ ットワーク仮想化テストベッドの相互接続を推進 ⇒ 国際接続実験プロジェクト（Slice Around the World）の推進 ⇒ 相互接続⽅式検討（International Federation）：テレコンによる議論の実施 各国の仮想化テストベッドの特徴 ⽇本（VNode） Partitioning Programmability Federation Architecture その他の特徴 ⽶国（GENI） 欧州（Federica, OFELIA, OpenLab, Fed4FIRE, OneLab) GRE Tunnel VLAN VLAN(Federica) L2以上のDeep Programmability L3以上のDeep Programmability Control Plane(Openflow ベース)(OFELIA) Slice Exchange Points ProtoGENI AM API SFA API(OneLab) Resource Isolationを サポート 仮想ノードとして Network Processorも 利⽤可能 後発のGENI Rackは VNodeを参考にしたと 思われる いろいろなテストベッドを 結合(Openlab) 9 GEC22 ⽇⽶欧相互接続実験（課題ア、イ 連携） SEP(Slice Excnange Point)を介した 北⽶（ProtoGENI）、欧州（Fed4FIRE）、⽇本（VNode）の３ドメイン相互接続実験 Developer (Experimenter) Fed4FIRE Europe AM Europe AM API GK Link Sliver NS NS Common API SEP core Control Japan Servers Trans Pacific VLANs Link Sliver NS GK GK19 GK VNode API NS NS GRE ProtoGENI Common API VNode (JGN-X) NS SEP GRE NS NS Common API Utah AM AM API Cross-domain Data Plane GW University of Utah USA Link Sliver NS NS VLAN NS NS 10 Network Functions Virtualisation ETSI ISG NFV 世界を牽引するテレコムオペレータにより、2012年11月 に設立されたネットワーク機能の仮想化を議論する団体 設立提案メンバ • 37 の通信事業者を含む 230 を超えるテレコム企業及びＩＴ企業が参加し標準仕様 の議論 • ２０１６年３月にインタフェースの標準仕様が発行される予定 2013 2014 2015 ▲(10/2013) 基本勧告の発行 ▲(11/2012) 設立 Phase 1 ○オペレータの要求条件の集約 ○提供可能な標準のビジョン作り ○オープンなエコシステムを作る技術要件の開拓 2016 ▲(01/2015) Phase 1全勧告の発行 Phase 2 ○相互接続を可能にする 標準仕様の策定 2015/9 電子情報通信学会総合大会 BT-3 仮想化技術の本格導入を見据えた運用管理の自動化技術 （NTT 清水氏資料） 11 Sliceable Software Defined Data Planes Applications Network Applications North-Bound Interface (NBI) Control Plane Control-Plane Elements Publish API Data Plane Programmable Programmable Data-Plane Programmable Data-Plane Programmable Elements Data-Plane Elements Data-Plane Elements Elements Slices 12 国内研究開発の連携・相乗による進化 5G/IoTonSDN/NFV 5GMF(NetworkSo_warizaWon) DataPlaneProgrammability InNetworkComplexProcessing (FLARE) DataPlaneProgrammability InNodeComplexProcessing (VNode) ControlPlane Programmability MachineBase (OpenFlow) ControlPlane Programmability ProcedureBase (SDN) ControlPlane Programmability ObjectBase (O3Project) 13 NetworkSo_warizaWonに関わる国内技術開発関係マップ ExtremeEdgeNFVforIoT NFV 5GMF NetworkSoIwarizaKon (IoT,M2M,Content,ICN/CCN) FLARE Project ICNProject(s) ControlPlane Programmability O3Project ODENOS Lagopus SDN DeepDataPlane Programmability ForIoT VNode Project 14 ネットワーク仮想化プロジェクトの成果まとめ • 早期よりネットワーク仮想化の重要性を提唱 – GENIと同時期・一部技術は我が国が先行 • SDNとNFVを組み合わせた柔軟なプログラマブル通信基盤を 早期(2008年)に提唱し研究開発・運用まで遂行 • 代表的なプロジェクトの国際的なVisibilityを確立 – VNode – FLARE • 海外（米国・欧州）との密な連携 • 標準化勧告 • 研究開発から事業化へ – （株）FLARENETWORKSの設立 15 FLARE成果まとめ • Performanceと EasyProgrammabilityとLowCostを実現 – ToyBlockNetworking – OSSを簡単に取り込みBlockとして表現可能 – IA上64Bショートパケットで80Gbps超スイッチング処理実現 • DeepProgrammabilityの実現 – L2以上のCleanSlateDeepProgrammingをbaremetalで実現 – POF,P4に2年以上先行し研究開発 • ネットワークノードの仮想化（Slice）による独立の複数ロ ジックを実現 • 商用化 P4:PatBosshart,DanDaly,MarWnIzzard,NickMcKeown,JenniferRexford,ColeSchlesinger,DanTalayco,AminVahdat,George Varghese,DavidWalker,“ProgrammingProtocol-IndependentPacketProcessors”,hgp://arxiv.org/abs/1312.1719 FLAREFLARE:Nakao,Akihiro."So_ware-defineddataplaneenhancingSDNandNFV."IEICETransacWonsonCommunicaWons 98.1(2015):12-19. POF:HaoyuSong,“Protocol-obliviousforwarding:unleashthepowerofSDNthroughafuture-proofforwardingplane,” 16 HotSDN’13,pp.127-132,Aug.2013 Toy-Block Networking GUI 500+ Network Functions Lagopus element Drag & Drop & Connect Data Plane Slice (LXC on NPU) 17 （参考）FLARENode商用網における実証実験 MVNOでの利用 1.A社 • 実証実験期間 :2014/11/20より現在まで • 端末数 :アンドロイド端末 59台 • エンドユーザー :本学学生・教職員 • 可用性(Availability):99.8%(2015/8/30大学 • における予定停電と 2015/10/20MNOにおける設定変更に起因するもので障害 ではない） • トラフィック量 :約 1.7テラバイト (平均約 4.2GB/日) 2.B社 • 実証実験期間 :2015/9/18より現在まで • 端末数 :IoTゲートウェイ 262台 • エンドユーザー :公共交通機関 • 可用性(Availability):100%(現在まで） • トラフィック量平均約 6GB/日 3.C,D社は現在準備中 （2016/3電子情報通信学会 総合大会で発表予定） 29 End-to-End Programmable Network 仮想移動体通信事業者（かそういどうたいつうしんじぎょうしゃ、Mobile Virtual Network Operator, MVNO）は、携帯電話やPHSなどの物理的な 移動体回線網を自社では持たないで、実際に保有する他の事業者から借りて （再販を受けて）、自社ブランドで通信サービスを行う事業者のこと。 自社網をMVNO事業者に提供する側を、移動体通信事業者（MNO）と呼ぶ。 TheInternet ゲートウェイ スマホ MNO網 MVNO網 モバイル網 インターネット http://ja.wikipedia.org/wiki/仮想移動体通信事業者 30 Software Defined Data Plane FLARE（プログラマブルノード） 制御装置 トライラーを取り出しヘッダーとアプリ・デバイス情報をマッピング 同じ通信は同一ヘッダーを持つのでヘッダーを元に通信制御実施 ヘッダー ヘッダーに基づく通信制御を実施 Header ペイロード Payload トレイラｰ除去 制御装置 (So_ware-DefinedNetworkController) PacketMarking ゲートウェイ スマホ FLARE（東大開発プログラマブルネットワーク機器) LTE キャリア網 (NTT Docomo) MVNO網（東大実験網） モバイル網 スマートフォン（ウェアラブル・M2M機器にも適用可） アプリ・デバイスの情報を (最初の)パケットのトレイラｰに付加 ヘッダー ペイロード パケット TheInternet トレイラｰ この部分に情報を付加 インターネット 従来技術の問題 通常パケット自体からは、どのアプリからからパケットが 発せられたかは「正確には」把握できない。 （通信の秘密の制限, 暗号化などにより情報取得が困難） 新規技術 プライバシーは保護しながらスマホからアプリの情報を提供し 31 ネットワーク機器上でそれを検出・通信制御に役立てる エンド・ツー・エンド通信の遅延モデル Upwards Downwards User Equipment Mobile Network Server Application (Incl. Sensors) Control (MME, PCRF, etc) Application ⑪ ① Platform Radio IF RRH ⑥ ⑧ ④ BBU S-GW P-GW ② ⑩ Platform Network IF ③ Radio IF MFH ⑤ ⑨ ⑦ MBH Transport Inter-Domain Network One way latency defined in 5G: ②＋③＋④＋⑤ MFH (Mobile FrontHaul) RRH (Remote Radio Head) MBH (Mobile BackHaul) BBU (Base Band Unit) MME (Mobility Management Entity) S-GW (Serving Gateway) P-GW (Packet Data Network Gateway)PCRF (Policy and Charging Rule Function) AWG-18, Kyoto, Japan 今後の方向性 SDN NFV IoT Apps 5G Machine Learning “Thinking Network” 50
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