こんな夜中にOpenFlowでネットワークをプログラミング!

第1回 OpenFlowって何だ!?

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はじめに

みなさんは単にネットワークという言葉を聞くと,どのようなイメージを持たれるでしょうか。単純にパケットが通過するだけのケーブル的なイメージでしょうか。それとも,ロードバランスやパケットフィルタリングを行う箱のようなイメージでしょうか。

これまでのネットワーク機器はRFC(RequestFor Comment)などの標準で定義されたプロトコルに沿って動作し,ネットワーク機器を利用するユーザはメーカーが用意した記述ルールに従い設定を行うのが一般的でした。このような状況からネットワークは受け身でしか利用できないイメージが定着していると思いますが,次世代ネットワーク制御技術「OpenFlow注1)⁠の登場により状況が変化しつつあります。

注1)
OpenFlow Switch Specification はここ(PDFファイル)で参照できます。

ネットワークをプログラムするOpenFlow

OpenFlowを用いればネットワークの動きをプログラムにより制御することができます。ネットワークの動きを自由にプログラムで記述可能ということは,既存のプロトコルの制約をまったく受けないことを意味します。ユーザはOpenFlowを利用することで何の制約もなく自分の思いどおりにネットワークをコントロールできます。

図1に従来のネットワーク機器では実現不可能なネットワークの構成例を示します。本来はVLAN(Virtual LAN)を用いないかぎり,図1のように1台のL2スイッチに同じIPアドレスを持ったサーバを複数台接続しても正常に通信できません。ところが,OpenFlowではこの構成でも正常に通信させることができます。 実現方法は簡単です。仕組みは後述しますが,IPアドレスが同じであっても送信先L4ポート番号注2が異なる場合はL4ポート番号に対応したサーバにパケットを送信するようにネットワークをプログラムすればよいのです。

図1 従来のネットワーク機器では実現不可能な構成例

図1 従来のネットワーク機器では実現不可能な構成例

注2)
ポート番号という言葉は「ネットワーク機器の物理ポート」「TCPやUDPのポート番号」の2つの意味を持ちます。本稿では,前者を「L1ポート」⁠後者を「L4ポート」と記載します。

OpenFlowスイッチングコンソーシアム

OpenFlowは米スタンフォード大学を中心に2008年に設立されたOpenFlowスイッチングコンソーシアムが提唱している次世代ネットワーク制御技術です。コンソーシアムへの主要参加メンバーは米スタンフォード大学,CiscoSystems,Hewlett-Packard,Juniper Networks,NECであり,OpenFlowへの注目が高まる中,コンソーシアムに参加する企業/大学は増加しています。米スタンフォード大学が推進するCLEAN SLATEプログラムを通してOpenFlowに関与している企業はWebサイトで確認できるだけでも10社注3にのぼり,注目度の高さが伺えます。

コンソーシアムではOpenFlowに関する標準化を行っており,すでにOpenFlowバージョン1.1の策定が完了しています。コンソーシアムでは標準化に合わせて,OpenFlowの実装も積極的に進めています。実装はWeb上でオープンソースとして公開されています。

注3)
Cisco Systems,ドイツテレコム,DoCoMo USA Labs,Ericsson,Google,LightSpeed,MDV,NEC,NSF,Xilinxの10社です(現在はXilinxが抜けてHuaweiが参加しています)⁠

ONF(Open Networking Foundation)

これまでOpenFlow の標準化はOpenFlowスイッチングコンソーシアムを中心に進められてきましたが,OpenFlowの実用化をより促進するため2011年3月21日にONFが発足しました。ONFはSDN(Software-Defi ned Networking)の推進を目標に掲げる組織で,SDNの中核技術がOpenFlowになります。今後,OpenFlowの仕様策定はOpenFlowスイッチングコンソーシアムに代わりONFが実施します。

ONF のボードメンバーはドイツテレコム,Facebook,Google,Microsoft,Verizon,Yahoo!であり,大規模データセンターや大規模WANを保有する企業が中心です。初期メンバーもメジャーな企業が多く,Broadcom,Marvellといったネットワーク機器チップベンダ,Brocade,Ciena,Cisco Systems,Dell,Ericsson,Force10,Hewlett-Packard,IBM,Juniper Networks,NEC,Netgear,Riverbed Technologyといったネットワーク機器ベンダ,Citrix,VMwareといった仮想化ソフトウェアベンダ,NTT(NTTデータ含む)といった大規模WAN保有企業の計17社が参加しています。世界のメジャーベンダが中心となって設立された本組織は今後ネットワークのオープン化を強力に推進していくと予想されます。Data Center Knowledgeの記事にもONFについての話があります。記事ではAmazonの研究者が「OpenFlowによりネットワーク構築サービスのビジネスモデルは崩壊するだろう」と述べています。

各社の取り組み,動向

ネットワーク機器を開発するメーカーもOpenFlowに関心を寄せています。NECは2011年3月9日よりOpenFlow対応製品の販売を開始しました(出荷は5月上旬)⁠アメリカのベンチャーでもOpenFlow対応スイッチの販売が開始されています。

Brocade Communications Systems,CiscoSystems,Hewlett-Packard,Juniper Networks,Netgearといった主要ネットワーク機器ベンダはOpenFlowスイッチのプロトタイプを開発中です。

OpenFlowの導入を積極的に検討している企業もあります。Googleは自社が保有するデータセンタを高度に効率化する方式の一つとしてOpenFlowに興味を持っているようです。Googleはオープンソースで提供されている仮想スイッチをOpenFlowバージョン1.1に対応させるプロジェクトに参加しており,実際に実装の支援も行っています。筆者が属するNTTデータもOpenFlowによるネットワーク設計効率化や運用自動化を目指し研究開発に着手しています。

著者プロフィール

樋口晋也(ひぐちしんや)

(株)NTTデータ 技術開発本部


永園弘(なかぞのひろし)

(株)NTTデータ 技術開発本部

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