オーケストレーションネットワーク仮想化に向けた技術開発の現状オープンイノベーション中継網シンプル化将来ネットワーク実現に向けたネットワーク仮想化技術将来ネットワークの実現に向け，NTTグループを取り巻く環境変化を踏まえた新たな取り組みが求められています．NTTネットワークサービスシステム研究所では，NFV（Network Functions Virtualisation） /SDN（Software Defined Networking）などのネットワーク仮想化技術を応用し，効率的で柔軟，かつインテリジェントな将来ネットワークアーキテクチャの実現に向けた取り組みを進めています．本稿ではその概要について紹介します．しばたあきらみやさかまさひろ柴田哲良宮坂昌宏おおにしひろゆきはまのたかふみ /大西浩行 /濱野貴文 NTTネットワークサービスシステム研究所自動化を実現することによるOPEX レーション機能の実現に向けた取り（運用コスト）削減，グローバルなキャ組み，次にオープンイノベーション促近年，キャリアネットワークにリア・ベンダとの連携を図るオープン進の観点から，Co-Innovationによる NFV（Network Functions Virtuali- イノベーション促進といったR&Dの新たなサーバプラットフォーム技術 sation）/SDN（Software Defined 方向性を掲げ，さまざまな取り組みをの確立を目指す取り組み，そして最後 Networking）などのネットワーク仮進めています．に中継網のシンプル化に向けた集中仮想化技術の適用に向けた研究開発想化技術を適用することへの期待が高 NTTネットワークサービスシステまっています．NTT研究所では，仮ム研究所では，こうした技術動向を踏想化技術適用によるネットワーク構造まえたうえで，将来ネットワークアーと開発スキームの変革を目指し，図 1 キテクチャの実現に向けた研究開発に示すような，サービス・管理機能のに取り組んでいます．本稿ではその中クラウドへの集約と利用効率向上，転から 3 つの取り組みを取り上げて紹仮想化ネットワークでは，個々の専送系装置のシンプル化＋レイヤ統合介します．最初に，仮想化ネットワー用ハードウェアごとではなく，全体リ化，オーケストレーション機能で運用クの運用をつかさどるオーケストソースを対象とした設備設計をすればサービス・管理機能のクラウドへの集約ネットワーククラウド利用効率と信頼性向上の両立キャリア要求条件（スケーラビリティ等）に対応できる技術の確立事業会社の保守形態に合わせた機能配備ネットワーク機能 A VM ネットワーク機能 B VM 統合コントロールオーケストレータネットワーク機能 C VM 汎用IAサーバ群 VM ネットワークコントローラビッグデータ解析汎用スイッチ・ルータ VM VM 汎用スイッチ・ルータ転送ネットワーク汎用スイッチ・ルータみについて紹介します．ネットワーク仮想化に適したオペレーションの実現に向けた取り組みオーケストレーション機能による運用自動化，OPEX削減自動化，遠隔保守化の拡大サービスやレイヤをまたがった統合制御オープンイノベーション促進（Co-Innovation）転送ネットワークのシンプル化＋装置種別，数の最小化転送装置の機能単純化，現地保守最小化複数レイヤ処理の装置統合化型トランスポート制御技術の取り組汎用スイッチ・ルータモジュール化，インタフェースの標準化推進研究所コア技術を核としたベンダとの協業による開発スピードアップと開発コスト削減特定ベンダへのロックイン回避汎用スイッチ・ルータ図 1 仮想化技術によるネットワーク構造・開発スキームの変革 14 NTT技術ジャーナル　2014.5 VM: Virtual Machine IA: Intel Architecture 特集（a）設備構築【現状】専用装置A 専用装置B 専用装置C （b）故障修理【現状】現用【仮想化ネットワーク】全体リソースでのプロビジョニングをサーバごとの設備増設が必要実施すればよく，増設回数が軽減トラフィックA トラフィックB トラフィックC 【仮想化ネットワーク】予備サーバを柔軟に故障回復に現用故障により片系運用になるため，修理が必要予備現用予備現用トラフィックA+B+C アプリA アプリB アプリC 割り当てられるため，即座の故障駆けつけ等が不要に予備アプリA アプリB アプリC アプリA 故障故障片系運用予備サーバ（アプリA, B, Cの予備系として共用）図 2 仮想化ネットワークによるOPEX削減（a）最適リソース割り当て技術（b）障害原因推定技術サービス条件（信頼性，遅延等）を踏まえた割当ての実現予備現用【VMエラーの場合】同一サーバ上にて故障回復（再立ち上げ）障害原因を踏まえた故障回復の実現現用予備アプリロード VM VM アプリケーションケーションバランサ隔離ゲストOS アプリロードケーションバランサ VM VM 仮想ネットワーク vSwitch vSwitch ハイパーバイサ HV HV ホストOS OS OS サーバハードウェアサーバ 1 サーバ 2 物理ネットワークルータ・スイッチ現用現用 VMエラー【サーバハードウェア故障の場合】別サーバにて故障回復（再立ち上げ）ハードウェア故障現用現用：信頼性要件等により現用・予備系の離隔が必要なアプリ：現用・予備系の遅延（アプリ↕ユーザ間）変動を少なくしたいアプリ図 3 オーケストレーション機能の技術要素良いため，大群化効果により設計・工設，故障回復など）については，オーを割り当てる際には，各汎用サーバの事稼働を削減することが期待できまケストレーション機能により，今まで利用リソースを平準化するだけではなす．また，故障に備えて個々に専用ハー以上に業務の自動化を図る検討を進めく，サービス条件（信頼性，遅延など）ドウェアの予備機を用意しておく必要ています．具体的には，しきい値超過を踏まえた割当てを実施する必要があがないため，用意された予備の汎用を検出後，自動的に増設を実施したり，ります．最適リソース割当て技術では，サーバを故障したサービスに柔軟に割故障検知による自動故障回復を実施し割当てに関する複数のポリシーを設り当てられ，即座の故障駆けつけ対応たりする機能が考えられます．OPEX 定・制御可能とすることで，①信頼性などが不要になることが期待できまの抜本的な削減に向けて，オーケストを重要視するサービスにおいては，現す．このように，ネットワーク仮想化レーション機能について以下の技術確用・予備系のサーバ割当ての際に地理により，OPEX削減を図ることが可能立に取り組んでいます（図 3 ）．的に離隔された場所のサーバを選択，です（図 2 ）． ■最適リソース割当て技術 ②遅延に影響を受けるアプリケーショ仮想化ネットワークの運用（設備増増設や故障回復のために汎用サーバンにおいて，現用・予備系をネット NTT技術ジャーナル　2014.5 15 ネットワーク仮想化に向けた技術開発の現状ネットワーク機能X アプリケーションX ネットワーク機能Z アプリケーションZ プラットフォームプラットフォーム高信頼ハードウェア高信頼ハードウェア高信頼ハードウェア現用予備ネットワーク機能X ネットワーク機能Y アプリケーションY 高信頼ハードウェア現用：信頼性実現機能（b）将来のサーバアーキテクチャ（a）従来のサーバアーキテクチャネットワーク機能Y アプリケーションX アプリケーションY ：拡張性実現機能ネットワーク機能Z アプリケーションZ 個々のサービスに最適な信頼性・拡張性・運用性を提供するサービス共通のプラットフォーム（コア技術）プラットフォーム VM VM VM VM VM VM VM VM VM 汎用ハードウェア汎用ハードウェア汎用ハードウェア汎用ハードウェア汎用ハードウェア予備オーケストレーション汎用ハードウェア図 4 提案するサーバアーキテクチャの上に通信事業者とパートナ企業がワーク遅延が等しくなるようなロケーこれまで通信ネットワークは，ハーションから選択，などの機能を実現すドウェア技術や交換・情報処理技術の培ってきた信頼性，拡張性，運用性を，る技術の確立を目指しています．発展により支えられ，進化してきまし共通の分散処理プラットフォームとし ■障害原因推定技術た．多種多様なネットワーク機器を，て実現する新たなサーバアーキテク仮想化ネットワークは，複数の階層品質や信頼性を満たすようソフトウェチャの確立を提案しています（図 4 ）．（仮想サーバ，実サーバ，仮想ネットアを開発し，通信サービスを提供してこれにより，ネットワークオペレータワーク，実ネットワーク）により実現います．具体的には，ネットワーク機やサービスプロバイダは，サービスアされており，装置構成の管理・状態管器ごとにハードウェアやミドルウェアプリケーションとしての機能ロジック理が複雑化します．障害原因推定技術の選定を行い，その上の個々のサービのみに集中し，効率的かつ早期にアプでは，階層ごとのアラーム等を組み合スアプリケーションで信頼性，拡張性リケーションをネットワークに実装可わせることで，障害発生時の障害個所を実現しており，サービスアプリケー能となります．推定を実施し，それに基づいた障害回ション開発や設備構築，保守体制構築このサーバアーキテクチャの実現に復をすみやかに実現する技術の確立をなどに時間を要しています．通信ネッ向けては，構想段階からNTT研究所目指しています．トワーク上で提供されるサービスの多とパートナ企業がそれぞれの強みを活様化とネットワーク機能のソフトウェかして協力し，共同研究によるCo- ア化がさらに進展する将来ネットワー Innovationを推進します（図 5 ）．本クでは，ネットワーク機器の数・種類，共同研究では，分散処理技術，仮想化近年，NFVではネットワーク機能サービスアプリケーションの開発がさ技術と保守運用技術を 3 社の多角的の仮想化が検討されており，そこではらに増加することが予想されることか視点により精練化し，相乗効果による通信ネットワークにおけるサービスアら，現状の課題解決がまさに重要とな技術創出を目指します．NTT研究所プリケーション機能のソフトウェア化ります．は，サーバに求められるキャリア要件，サービス創出を支える新たなサーバプラットフォーム技術が議論されています．次に，サービス NTTネットワークサービスシステスケールアウト，冗長化構成に関するアプリケーションの早期提供を可能とム研究所では，さまざまな通信ネット分散処理コア技術（エンジン部分）をするための新たなサーバアーキテクワーク機能の共通部分の最大化を目指提供します．この技術は，システムをチャ実現に向けた取り組みについて説して，汎用ハードウェアを必要台数分構成する汎用ハードウェア数の増加に明します．だけ仮想化技術を活用して構築し，そ比例してシステム性能を向上させると 16 NTT技術ジャーナル　2014.5 特集ともに，複数ハードウェアへの適切なとともに，将来的には通信ネットワー続的に求められています．このような負荷分散や，ハードウェア故障時にはクのみでなく，本研究成果を信頼性，環境のもと，通信キャリアにとって，バックアップへの適切な振分先制御を拡張性，運用性を必要とする他分野（例中継網の設備コスト，および保守運用可能とします．パートナ企業は，グローえば金融分野や医療分野）を支える技コストの抜本的な削減が大きな課題とバル市場に基づくシステム要件，サー術として展開し，グローバルな普及やなっています．一般的に，通信キャリバ仮想化技術・オーケストレーション世界標準を目指します．アの中継網では，大容量の光波長パス技術，分散処理コア技術のシステム化技術（基幹ソフトウェア開発力），保守運用技術を提供します．中継網のシンプル化に向けた集中型トランスポート制御技術の取り組みやパケットトランスポートパスを用いて経済的に長距離伝送を行う伝送レイヤの上に，IPやイーサネットを用いこのように，サービスアプリケーインターネットトラフィックを中心て柔軟な転送を行う転送レイヤが構築ションの早期開発を可能とする新たなに，年々増加する通信トラフィックにされます．中継網の抜本的なコスト削サーバアーキテクチャの確立を目指す対応するため，中継網の大容量化が継減を実現するためには，伝送レイヤと転送レイヤの機能配備の見直しによって，中継網をシンプル化する取り組み革新的ネットワークサーバ技術の早期創出相乗効果で新たな技術創出次に，大容量光伝送を活用した転送早期のフィージビリティ確認 NTTコア技術ノードの集約配備や転送レイヤと伝送仮想化技術分散処理技術レイヤの装置統合等，設備量の削減に Co-Innovation 向けた取り組みと補完関係にある，集中型トランスポート制御技術の取り組保守運用技術みについて説明します．多角的視点で技術精練化集中型トランスポート制御を適用し NTT技術のグローバル展開日本アルカテル・ルーセントグローバル市場に基づくシステム要件キャリア向けサーバ仮想化技術，オーケストレーション技術が重要と考えられます． NTT サーバに求められるキャリア要件スケールアウト，冗長化構成に関する分散処理コア技術（エンジン部）富士通分散処理技術のシステム化技術（基幹ソフトウェア開発力）スケールアウト型通信制御サーバの保守運用技術します．トランスポートネットワークコントローラ（コントローラ）を中継網に配備し，IP ・イーサネット転送図 5 Co-Innovationの取り組みレイヤと伝送レイヤのネットワーク制トランスポートネットワークコントローラ中継網保守運用者た中継網アーキテクチャを図 6 に示 IP・イーサネット転送レイヤと伝送レイヤのネットワーク制御をコントローラ上に集約ノード設定インタフェース ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 中継網 IP・イーサネット転送ノード伝送ノード図 6 集中型トランスポート制御を適用した中継網アーキテクチャ NTT技術ジャーナル　2014.5 17 ネットワーク仮想化に向けた技術開発の現状トランスポートネットワークコントローラ（プロトタイプ）リンク1 ⋮ 2 トラフィック常時監視 7 8 トラフィック量基準値超過アラーム経路最適化アプリケーション 0 20 40 60 80 100 リンク利用率（%）リンク1 2 Ryu ⋮ 経路再設定によりトラフィック平準化 7 8 中継網内のIPルーティング制御 IP転送ノードへの経路設定外部IP網とのIP経路交換集中型トランスポート制御共通基盤 0 20 40 60 80 100 リンク利用率（%）ノード設定インタフェース（OpenFlow） IPルーティングプロトコル（外部IP網向けのみ） ⋮ ⋮ 外部IP網 ⋮ ⋮ 中継網 IP転送ノード（OpenFlow スイッチ）伝送ノード Ryu: Ryu SDN Framework 図 7 コンセプト実証デモ網構成御をコントローラ上に集約します．集（1）トウェア「Ryu SDN Framework」を中型トランスポート制御技術は，転送利用し，基本的なIP経路制御機能をレイヤと伝送レイヤの制御プレーンと担う共通基盤部の上で，さまざまな付データプレーンを分離して，レイヤを加機能を自由に組み合わせて利用できまたがった制御を容易にするネットる構成を実現しています．2014年 2 ワーク仮想化関連技術であり，以下の月に開催されたNTT R&Dフォーラム 2 つのねらいがあります． 2014において，本プロトタイプを用 ①　転送レイヤと伝送レイヤのワンいたコンセプト実証デモを実施しましストップ保守運用による運用稼た．コンセプト実証デモの網構成を働の削減図 7 に示します．本プロトタイプを用 ②　サービスレイヤの機能拡充ないて障害リンクの迂回制御，および実どに対応した転送レイヤと伝送測トラフィックをベースにトラフィッレイヤの中継網制御（経路・帯ク量を平準化する経路を選択する経路域制御など）の機能アップデー最適化制御の組合せに対し，集中制御トにかかる期間の短縮・保守稼によるIP経路制御の実現性を実証し働の削減ました． NTTネットワークサービスシステム研究所では，集中型トランスポート今後の展開制御技術をIPレイヤに適用した場合本稿ではNTTネットワークサービの実現性評価を目的として，ルータ間スシステム研究所の仮想化技術への取で自律分散的にIP経路制御を行うIP り組みの一部を紹介しました．今後もルーティングプロトコルを用いずに，将来ネットワークアーキテクチャの実集中制御によってIP経路制御を実行現に向けて，さまざまな技術開発を積するコントローラのプロトタイプを作極的に推進していきます．成しました．本プロトタイプは， NTT研究所発のオープンソースソフ 18 NTT技術ジャーナル　2014.5 ■参考文献（1）久保・藤田・阿川・鈴木：“Ryu SDN Framework —オープンソースのSDN基盤ソフトウェア， ” NTT技術ジャーナル，Vol.26，No.5，pp.1922，2014．（左から）大西浩行/ 柴田哲良/ 濱野貴文/ 宮坂昌宏 NTTネットワークサービスシステム研究所では，将来ネットワークアーキテクチャの実現に向けて，仮想化技術だけでなく，さまざまな新しい技術にチャレンジしていきます． ◆問い合わせ先 NTTネットワークサービスシステム研究所企画担当 TEL 0422-59-3112 FAX 0422-60-7420 E-mail　nskensui lab.ntt.co.jp