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勉強会キット. OpenFlow に代わる第 2 の SDN. Windows Server 2012 R2 で実現する Software Defined Network. 2014/5/26 v1.0. 日本マイクロソフト株式会社 エバンジェリスト 高添 修 https://blogs.technet.com/b/osamut/. はじめに. 本資料は、 Software Defined Network についての説明ですが、 既存の物理ネットワーク機器を入れ替える話は出てきません。 - PowerPoint PPT Presentation
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Windows Server 2012 R2 で実現する Software Defined Network
日本マイクロソフト株式会社エバンジェリスト高添 修https://blogs.technet.com/b/osamut/
勉強会キット
OpenFlow に代わる第 2 の SDN
2014/5/26 v1.0
2
はじめに
本資料は、 Software Defined Network についての説明ですが、既存の物理ネットワーク機器を入れ替える話は出てきません。
Microsoft Azure を含むパブリックなクラウドが取り組む新しいソフトウェアベースのネットワーク制御の仕組みについて解説しています。
ソフトウェアで定義し制御する SDN を、ネットワーク目線ではなくサービスの目線でご理解いただければ幸いです。
3
ステップ 1まずは、このスライドを見て、頭の中でイメージする。ポイントは「オーバーレイネットワーク」と「 SDN 」。
ステップ 2本資料最後に出てくる書籍、もしくは以下のガイドを参考に、
実際にテスト環境を構築してみる。
Windows Server 2012 R2 評価ガイド/ネットワーク仮想化 (SDN) ステップ バイ ステップ評価ガイド (Word、18.2 MB)
http://download.microsoft.com/download/0/7/B/07BE7A3C-07B9-4173-B251-6865ADA98E5D/WS2012R2_SDN_EvalGuide_v1.0.docx
※ ノート PC 2 台でも 簡易テストは可能です。
ネットワークの課題と新しい選択肢の登場
現在のデータセンターネットワークとその課題
VLAN タグ
Top of Rack スイッチ (ToR)
アグリゲーションスイッチ( バックボーンネットワー
ク )
VLAN 数の課題、物理依存作業の課題、 MAC アドレス管理の課題
VM VM
VM VMVM
VM VM VM
VM
VM
VM
VMVM VM
VM
サーバー管理者
ネットワーク管理者
5
ネットワークの仮想化 ( オーバーレイ ) という選択肢の登場
物理ネットワーク設定
VM VM
VM VMVM
VM VM VMVM VMVM VM
カプセル化トラフィック
Blue• VM1: MAC1, CA1, PA1• VM2: MAC2, CA2, PA3• VM3: MAC3, CA3, PA5• VM4: MAC1, CA4, PA7• VM5: MAC2, CA5, PA8Red• VM1: MACX, CA1, PA2• VM2: MACY, CA2, PA4• VM3: MACZ, CA3, PA6
datacenter Policy
Green• VM1: MACa, CA1, PA1• VM2: MACb, CA2, PA2• VM3: MACc, CA3, PA5
• VM4: MACZ, CA3, PA9
WAN を越えて IP アドレスを継続利用6
ネットワークの仮想化とOS 標準機能 NVGRE とは
8
A 社用ネットワーク
仮想化 = あたかも xx のように見せる技術
サーバーの仮想化はあたかも物理サーバーがたくさんあるように見せる技術
ネットワークの仮想化はあたかも物理ネットワークがたくさんあるように見せる技術物理ネットワークとは関係なく自由に IP サブネットを利用可
物理ネットワーク
B 社用ネットワーク
C 社用ネットワーク
・・・オーバーレイ
Windows Server 2012 R2 に標準搭載 ~ NVGRE ~
Hyper-V Hyper-V
ネットワーク A
VSID : 5001
ネットワーク B
VSID : 6001
ネットワーク C
VSID : 7001
• サーバー仮想化のためのネットワーク オーバーレイ技術• ハードウェア非依存• Hyper-V がルーティング
• 24bit の ID を使って パケットをカプセル化• 1677 万以上の
仮想ネットワーク構築• WAN や建屋を超えた
ネットワークも容易物理ネットワーク + VLAN
Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation
9
NVGRE ドラフト Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation
10
( 参考 ) NVGRE パケット構造
11
送信先MAC Address
( 48bit )
送信元MAC Address
( 48bit )
VLAN タグ
( 32bit )
Ethertype
( 16bit )
Version
( 4bit )
IHL
( 4bit )
ToS
( 8bit )
TotalLength( 16bit )
ID
( 16bit )
Flags
( 3bit )
Fragment Offset( 13bit )
TTL
( 8bit )
Protocol 0x2F
( 8bit )
Header Checksu
m( 16bit )
送信元IP Address( 32bit )
送信先IP Address( 32bit )
Flags andVersion( 16bit )
Protocol Type 0x6558( 16bit )
VSID
( 24bit )
送信先MAC Address
( 48bit )
送信元MAC Address
( 48bit )
Ethertype
( 16bit )........
Outer Ethernet Header ( VLAN Tag あり・ 18byte / VLAN Tag なし・ 14byte ):
Outer IPv4 Header ( 20byte ):
GRE Header ( 8byte ) :
Inner Ethernet Header :
FlowID
( 8bit )
0x2F = GRE
マルチテナント データセンター
Hyper-V がルーティングテーブルを持つ Blue 社 Red 社
ネットワークの仮想化技術
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管理用 PowerShellコマンドあり
ルーティングテーブル
BlueVM01 : 10.1.1.1MACAddress :001dd8b71c06VSID : 30Host01 : 192.168.1.11BlueVM02 : 10.1.1.2MACAddress :001dd8b71c11VSID : 30Host02 : 192.168.1.12
RedVM01 : 10.1.1.1MACAddress :001dd8b71c21VSID : 20Host01 : 192.168.1.11RedVM02 : 10.1.1.2MACAddress :001dd8b71c31VSID : 20Host02 : 192.168.1.12
PowerShell を使ったルーティングテーブルの制御 ( 例 )
New-NetVirtualizationLookupRecord -VirtualSubnetID "5001" -CustomerAddress "192.168.1.101" -ProviderAddress "10.1.1.20" -MACAddress "00155D011404" -Rule "TranslationMethodEncap" -VMName "hv3-blue01"
$cred = Get-Credential "dob1\administrator"
Invoke-Command -ComputerName "ml110g6-01" -Credential $cred {Get-VMNetworkAdapter “hv3-blue01” | where {$_.MacAddress -eq “00155D011404”} | Set-VMNetworkAdapter -VirtualSubnetID 5001;}
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PowerShell での実装(結果)
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こだわりとポイント • ハードウェア非依存• 仮想マシンからは透過的• ハイパーバイザーへ実装
( 仮想スイッチ内 )
• コントローラーによる制御が基本( 物理負荷の大幅軽減のため )
• コントローラ―レスのMAC テーブルラーニングに対応(Unicast & Multicast)
• フラグメンテーション済みのパケットのみ物理へ送信(Jumbo Packet 課題への回答 )
• サブネット間通信用の仮想ゲートウェイファンクション
Hyper-V 仮想スイッチ
物理NIC
ポリシー適用・分離・ IP 仮想化
仮想化モジュール
物理に出ていく前に処理を実行
仮想マシン
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ルーティングドメインと呼ばれる仕組みが存在
VSID が異なる仮想ネットワークであっても Routing Domain ID が同一であれば通信可能Routing は仮想化モジュールが実施
複数サブネット内の Routing (異なる VSID 間の通信 )
Routing Domain ID 1 Routing Domain ID 2
サブネット 1VSID 1
サブネット 2VSID 2
サブネット 3VSID 3
サブネット 1VSID 4
サブネット 2VSID 5
サブネット 3VSID 6
PowerShell の表示フォーマットを変えると・・・
※ GW というのが、論理的なゲートウェイファンクション※ 仮想マシンのような実態は無い
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NVGRE ゲートウェイとWindows Server 2012 R2アップデート※ Windows Server 2012 R2 登場で本気度
Gatewayクラスタ
NVGRE ゲートウェイ機能も OS が提供
ブルー社 サイト 1
ブルー社 サイト 2
レッド社 サイト 1
グリーン社 サイト 1
グリーン社 サイト 2
クラウドデータセンター
S2S tunnel
S2S tunnel
S2S t
unne
l
ブルー社仮想ネットワーク
レッド社仮想ネットワーク
グリーン社仮想ネットワーク
S2S
VPN S2S tunnel
S2S tunnel
BGP
o マルチテナントサイト間ネットワーク
o BGP ルート ラーニング & ベストパス ルーティング
o マルチテナント NATインターネットアクセス
o ゲートウェイの可用性
インターネット
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ゴールは Azure そっくりな VPN による接続
仮想ネットワークはサブネット間のダイレクト
通信基盤を提供
フロントエンド Subnet
(10.3.1.0/24)
バックエンド Subnet
(10.3.3.0/24)
IIS Servers
SQL Mirror
DNS Subnet(10.3.2.0/24)
クラウド– 仮想ネットワーク (10.3.0.0/16)
AD
デー
タア
クセ
ス
認証
S2S VPN トンネル
仮想ネットワークゲートウェイ
社内VPN
デバイス
AD / DNS
お客様データセンター(192.168.1.0/24)
192.168.1.6 ( 社内の AD)
利用者
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ダイレクトルーティングという選択肢も提供
社内データセンター
研究開発部門用プライベートクラウド( 仮想ネットワーク )
NVGREゲートウェイ
一般ユーザー用社内ネットワーク
研究開発部門用独自ネットワーク( 非仮想ネットワーク )
VPN ではない接続も可能
21
22
Windows Server 2012 R2 その他の新機能
IP アドレスの動的な認識• 仮想ネットワークでの IP アドレス手動設定
• 仮想ネットワーク上でのネットワーク定義を自由に
• ユニキャスト or マルチキャストでの情報同期
パフォーマンスの向上• NIC チーミングの完全なサポート
• NVGRE タスク オフロードに対応した NIC
OS の仮想ネットワークへの対応強化• NVGRE ゲートウェイ機能の提供• 仮想ネットワークの診断機能の提供
ハイブリッド フォワーディング• Cisco Nexus 1000V
• NEC Programmable Flow
• 他のネットワーク拡張との併用・・・
22
ハードウェアオフロードも開始
OMI-basedtop-of-rack switch
Chipsetextensions
Gateway appliances
ハードウェアを巻き込む新しいネットワーク基盤
【出展】Mellanox ConnectX-3 Pro
【出展】 Emulex NVGRE optimized VNeX
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ネットワークを仮想化しただけだと SDN とは言えないので・・・
System Center というSDN コントローラー
25
SDN コントローラーとして System Center が進化
25
Hyper-V 1 Hyper-V 2 Hyper-V 3 Hyper-V 4 Hyper-V 5
System Center Virtual Machine Manager
の出番
• ソフトウェア的に定義• ソフトウェアで制御
SCVMM によるネットワークの設定 (2段階の設定画面 )
論理ネットワーク
A 社用VM ネットワー
ク
B 社用VM ネットワー
ク
管理用VM ネットワー
ク直接接続
分離 ( 仮想化 ) 分離 ( 仮想化 )
vSwitch
「 VM とサービス」の
VM ネットワーク
「ファブリック」の
論理ネットワーク
SCVMM = System Center Virtual Machine Manager
Customer Address : CA
Provider Address : PA
26
論理ネットワーク設定 =物理ネットワーク側の構成
DNS サーバーやゲートウェイ設定も
※ DHCP サーバー無しで ネットワークを制御
27
VM マシン用のネットワーク環境の管理
IP アドレスプールも各仮想ネットワーク毎に管理
DHCP クライアントにも対応
28
29
ネットワーク仮想化設定済みの仮想マシンテンプレート
テンプレート作成
ネットワーク事前定義
(IP プール化 )
HW スペック事前定義
(SS,S,M,L,XL)
OS 環境事前定義
( 管理パスワードやドメイン参加等 )
Windows & Linux
仮想マシン内には静的な IP アドレスを自動的に割り当てることができる
DHCP クライアントに対しても自動対応
Hyper-V 拡張スイッチ用の Extension が VMM Agent と共にインストールされる
DHCP クライアントにも対応
DHCP クライアントからの要求に反応し、 SCVMM 上のIP プールから自動割り当て
30
31
SCVMM プロファイルの有効活用
各種設定の繰り返し作業を削減人的な設定ミスも削減 ハードウェア プロファイル
(Network を事前設定 )
OS プロファイル( ドメイン参加などを事前指
定 )
SCVMM による NVGRE ゲートウェイ管理と設定
NVGRE Gateway は 4 種類の接続形態に対応
・サイト間 VPN・サイト間 VPN + BGP・ NAT・ダイレクトルーティング
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Linux マシンも Windows Server 同様に自動展開可能
• ホスト名
• IP アドレス
• Root パスワード
• SSH キー
• RunOnce33
オーバーレイネットワークのもう 1 つの価値
ネットワークをサービスとして提供可能に
① Hyper-V & System Center で作る仮想化基盤構築
Hyper-V Hyper-V Hyper-V Hyper-V Hyper-V Hyper-V
System CenterVirtual Machine Manager
( 基盤管理と VM の展開 )
App Controller( セルフサービス ポータル )
CloudA
CloudB
CloudC
CloudD
CloudE
オプション
テンプレートから仮想マシンをクラウドに作れるようにする
35
ここでいうクラウドとは SCVMM 管理下の論理境界~ 仮想マシンはホストではなくクラウドに配置可能 ~
管理画面各クラウドは容量制限可能
サービス展開時
36
② そこに Windows Azure Pack をかぶせて使う
Service Provider Foundation( クラウド管理用の API)
System Center同梱
クラウド管理者 UI
クラウド利用者 UI
Windows Azure Pack(ダウンロード )
SCVMM によるクラウドとテナント管理
仮想マシン
ネットワーク(SDN 連携 )
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Microsoft Azure で培った利用者目線の UI を容易に実現
Microsoft Azure そっくりなインターフェイス
利用者画面
利用を促すために作られた UI の活用38
SDN もそのまま利用可能 ネットワーク設定は利用者の手で可能に
仮想化されたネットワークがサービスになる
39
オーバーレイネットワークのサービス化と SCVMM 管理画面
論理ネットワーク( 物理ネットワークに意味づけ )
A 社用VM ネットワー
ク
B 社用VM ネットワー
ク
管理用VM ネットワー
ク直接接続
分離 ( 仮想化 )
分離 ( 仮想化 )
vSwitch
「 VM とサービス」の
VM ネットワーク
「ファブリック」の
論理ネットワーク
vSwitch 2
40
ここをサービス化利用者が自ら作成 ( 設定 ) し利用可能に
まとめ
42
まとめ
ネットワークの仮想化や SDN は・・・
仮想化エンジニアには、もはや避けて通れない道です。
マイクロソフトの実装は・・・
サーバー仮想化に寄り添うように作られています。 その上で何をするか ? が重要だと思っているからです。
マイクロソフトの SDN はすぐにでも活用できます !!
補足
( 参考 ) Top of Rack スイッチ管理の PowerShell による自動化
データセンター内のサーバー仮想化に関わるネットワーク系の管理は
Windows Server が大幅にカバーしていく
http://www.atpress.ne.jp/view/37155
アリスタネットワークスはマイクロソフト社と緊密に協力して OMI を実装し、 OMI規格に基づき、 Windows Azure のクラウド管理要件を満たす管理を可能にしました。
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Windows Azure Services for Windows Server ステップバイステップ評価ガイド
Windows Server 2012 R2記憶域スペースのアーキテクチャーと設計・管理のベストプラクティス
Windows Server 2012 R2 ネットワーク仮想化 ( SDN )ステップ バイ ステップ評価ガイド
Hyper-V ベースの仮想環境評価ガイド Windows Server 2012 R2 マイグレーションガイド
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