一般社団法人 電子情報通信学会
THE INSTITUTE OF ELECTRONICS，
INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS
信学技報
IEICE Technical Report
OpenFlow スイッチを用いたパッチパネルの検討
仲間 修也†
照屋 保幸‡
鳥居 隆史‡†
佐藤 陽一‡‡
†NEC ソフト沖縄株式会社 〒900-0015 沖縄県那覇市久茂地二丁目 2 番 2 号
‡一般社団法人 沖縄オープンラボラトリ 〒904-2234 沖縄県うるま市州崎 14-17 沖縄 IT 津梁パーク 中核機
能支援施設 112 号
‡†日本電気株式会社 〒108-0014 東京都港区芝五丁目 7 番 1 号
‡‡NTT コミュニケーションズ株式会社 〒108-8118 東京都港区芝浦 3-4-1 グランパークタワー16F
E-mail: †{shuya.nakama, yasuyuki.teruya}@oolorg.mygbiz.com ‡†[email protected] ‡‡[email protected]
あらまし 沖縄オープンラボラトリでは，会員向けに各種検証や PoC（Proof of concept）を行う為のテストベッド
を構築し，運用している．また，テストベッドは，セミナーやハンズオン等においても活用され，人材育成にも利
用されている．テストベッドを構築するに当たり，SDN 技術やクラウド技術を有効活用し，拡張性，柔軟性，自動
化の観点から，機能開発，拡張を行っている．本発表では，テストベッドの概要と，その中で用いている OpenFlow
スイッチを用いたパッチパネルに関して説明する．
キーワード SDN， OpenFlow， クラウド， OpenStack， 自動化
1. は じ め に
2. テ ス ト ベ ッ ド と は
インターネットやスマートフォンを代表とするデ
OpenStack[2]と SDN を 連 携 さ せ た 検 証 ・ 評 価 や PoC
ータ通信のトラヒックは増加を続けている ．近年では
をオンラインで実行するためのプラットフォームとし
さ ら に ，IoT（ Internet of things）や ビ ッ グ デ ー タ 解 析 ，
て，沖縄オープンラボではテストベッドを構築してい
機 会 学 習 に よ る 人 工 知 能 の 実 用 化 等 ， ICT 高 度 化 技 術
る．テストベッドは現在沖縄オープンラボの会員向け
の進展が目覚ましく，それを支える基盤であるネット
のサービスとして提供されている ．
ワ ー ク や ク ラ ウ ド 技 術 も 変 革 を 迫 ら れ て い る ．SDN や
2.1. モチベーション
クラウド技術の特徴はネットワークや計算資源を抽象
・ SDN 装 置 を 用 い た 検 証 環 境 の 提 供
化 し ，API 等 を 提 供 す る こ と で ，プ ロ グ ラ ム か ら 利 用・
SDN は 通 信 事 業 者 や 大 規 模 デ ー タ セ ン タ で 使 わ れ
制御を容易にする点にある．これによりアプリケーシ
るというイメージも強いが，応用次第で様々なシステ
ョンの特性に合った網，計算資源の利用がより柔軟に
ム で 使 う こ と が で き る 技 術 で あ る ． し か し 現 状 ， SDN
かつ人間の操作を介さずに自動で制御できるようにな
装置は通常のネットワーク装置よりも高価で敷居が高
り ，新 し い 機 能 開 発 や コ ス ト の 低 減 が 期 待 さ れ て い る ．
く，ユースケースやアプリケーションが普及しないと
一 般 社 団 法 人 沖 縄 オ ー プ ン ラ ボ ラ ト リ [1]で は ，オ ー
い う 問 題 が あ る ．そ こ で ，SDN 装 置 を オ ン ラ イ ン で 提
プ ン・ソ ー ス・ソ フ ト ウ ェ ア を 中 心 と す る SDN と ク ラ
供 し ， 装 置 を 購 入 し な く て も SDN と ク ラ ウ ド
ウ ド を 融 合 さ せ る こ と で ， ICT 基 盤 技 術 が よ り 使 い や
（ OpenStack）が 連 携 し た シ ス テ ム や ア プ リ ケ ー シ ョ ン
すくなることを目指し，テストベッドの構築・運用を
の評価検証が可能になれば，幅広いユースケースが実
行っている．テストベッドの運用に際しては，各種検
現されることが期待できる．
証等で構成変更，設定変更が頻繁に発生するため，そ
・ 物 理 ネ ッ ト ワ ー ク の 制 御 と OpenStack（ ク ラ ウ ド 制
れらに伴う人手による作業を極小化し ，少ない人的リ
御）を連携する仕組みの提供
ソースで効率的に運用できる仕組みを導入することを
OpenStack の 仮 想 ネ ッ ト ワ ー ク 制 御 （ Neutron） は 論
目標にしている．特に検証ごとに発生する機器構成の
理 的 な API の み で ，物 理 的 な ネ ッ ト ワ ー ク を 制 御 す る
接 続 変 更 に 関 し て は ，パ ッ チ パ ネ ル の 代 用 を OpenFlow
インタフェースは定義されていない．物理的なネット
ス イ ッ チ で 実 現 し （ 以 下 OF-Patch）， 構 成 変 更 を プ ロ
ワ ー ク 装 置 を 制 御 す る の は SDN コ ン ト ロ ー ラ と さ れ
グラマブルに出来るように工夫を取り入れている ．
ている．しかしそれでは物理的なネットワークをソフ
本発表では 2 章でテストベッドの概要を説明し，3
ト ウ ェ ア で 制 御 で き る と い う SDN の メ リ ッ ト を 使 い
章 で OF-Patch の 概 要 を 述 べ ，4 章 で 実 装 方 式 に つ い て
こなすことができない．ネットワークの状態をリアル
詳 細 を 述 べ る ．5 章 で OF-Patch の 評 価 結 果 に つ い て 述
タ イ ム に 把 握 し ， IT・ ネ ッ ト ワ ー ク リ ソ ー ス の 制 御 に
べる．
利 用 す る た め に は ， OpenStack と 物 理 ネ ッ ト ワ ー ク 制
御を連携させる仕組みが必要である．
・ 常 設 の 沖 縄 オ ー プ ン ラ ボ 版 ShowNet の 提 供
テムを恒久的に維持しておくことは現実的ではないた
毎 年 開 催 さ れ て い る Interop の ShowNet で は ， 最 新
め，検証が終わったシステムの保存や，構築したシス
の機器を相互接続して大規模なネットワークが実現さ
テムのスナップショットを保存しリストアしたいとい
れている．各社のエンジニアはここで貴重な経験をす
う要望がある．本テストベッドでは，構築したシステ
ることができ，装置ベンダやオペレータはマルチベン
ムを丸ごとバックアップ・リストアできる機能を提供
ダの装置との接続検証をすることができる．しかし
する．
ShowNet は Interop の 期 間 だ け 設 置 さ れ る テ ン ポ ラ リ
・他拠点リソースの活用
な環境であり，期間が終われば解体されてしまう．常
本テストベッドの物理リソースには，沖縄オープン
設 の ShowNet が あ れ ば ，機 器 を 持 ち 込 ん で い つ で も 検
ラボが所有するリソースだけでなく，協賛企業を含め
証や評価をすることができ，ベンダだけではなくユー
た他社や研究機関のリソースをネットワーク経由で接
ザにとっても価値を提供できる．
続して利用する機能を備える．これにより，単に使え
2.2. テストベッドの機 能
るリソースが増えるだけでなく ，広域ネットワークや
・サ ー バ と SDN 装 置 を 組 み 合 わ せ た 環 境 を オ ン ラ イ ン
インタークラウドの検証が可能になる ．他拠点との接
提供
続 は イ ン タ ー ネ ッ ト 経 由 で VPN を 利 用 す る 方 法 と ，広
テストベッドのユーザは，従来のクラウドのように
域網との連携も視野に入れている ．
オンラインでリソースを利用することができる ．本テ
3. OF-Patch
ス ト ベ ッ ド の 特 徴 は ，仮 想 化 さ れ た リ ソ ー ス で は な く ，
OF-Patch と は ， 従 来 の パ ッ チ パ ネ ル を SDN 技 術 で あ
物理的な装置単位でリソースを利用できることにある ．
る OpenFlow[3]を 用 い て ，OpenFlow ス イ ッ チ に て 実 現
た と え ば SDN 装 置 と し て ， NEC 製 品 に す る か ， Pica8
したものである．従来のパッチパネルはルータやスイ
製品にするかを選択することができる ．仮想ネットワ
ッチ，サーバ等の機器をパッチパネルに先行配線して
ークの論木的な検証であれば，どの装置であるかは意
おき，接続構成を変更する場合，パッチパネルで局所
識しなくてよいが，物理的な装置に依存する検証評価
的に切り替えるものである．パッチパネルは手動で切
をしたい場合には十分ではない．本テストベッドはそ
り 替 え る が ， OF-Patch は OpenFlow ス イ ッ チ に 置 き 換
のようなニーズにこたえることができる ．
え，それをソフトウェアで制御することにより機器同
・ OpenStack シ ス テ ム の 自 動 構 築
士の接続構成の変更を行う．このため機器同士の接続
テストベッドのユーザが利用するサーバ装置・ネッ
トワーク装置を選択すると，サーバ群に対して自動的
構成を遠隔よりプログラマブルに変更可能となる ．
3.1. 必 要 性
に OpenStack シ ス テ ム が イ ン ス ト ー ル さ れ る ．そ の 際 ，
沖 縄 オ ー プ ン ラ ボ ラ ト リ で は OpenStack/SDN の テ ス
ユ ー ザ は OpenStack の バ ー ジ ョ ン （ Folsom， Grizzly，
トベッドを提供している．検証環境では機器の変更，
Havana・ ・ ） や ， Neutron プ ラ グ イ ン な ど の 選 択 を 行
機器の接続構成の変更などが頻繁に発生するが，従来
う こ と が で き る ． OpenStack シ ス テ ム の 構 築 は ， 以 前
は物理的な配線を手動で差し替えて変更するため ，技
よりも改良されてきたものの，まだ手間のかかる作業
術者が現地へ行き配線の変更を行う必要があり，遠隔
である．本テストベッドではこの作業を自動化するこ
地に検証環境がある場合は移動する時間やコストがか
とで，ユーザ作業の軽減を目指している．また，あら
かっていた．また，検証環境では一時的な環境を構築
か じ め テ ス ト ベ ッ ド で 用 意 し た OpenStack シ ス テ ム で
することが多く，配線が複雑に絡まり，配線にタグが
は な く ， ユ ー ザ 独 自 の ク ラ ウ ド 基 盤 や OpenStack バ ー
ついていない，タグが間違っている，接続先が分から
ジョンをインストールすることも可能である ．
ない配線が存在することも良くあり，手動で配線を差
・テストフレームワーク
し替えるため，接続間違いや，ルーズコンタクトを起
OpenStack か ら VM を 起 動 し ，VM 上 で テ ス ト ア プ リ
こすリスクが高い．テストベッドではこれらの問題を
ケーションを動かすことでネットワークの検証・評価
解決し，遠隔よりプログラマブルに機器の接続構成の
を行うフレームワークを提供する ．これにより，ユー
変更を行う必要がある．このため，沖縄オープンラボ
ザはテストの内容に集中することができる ．また，こ
ラ ト リ で は SDN 技 術 を 用 い た OpenFlow パ ッ チ パ ネ ル
のフレームワーク上に様々なテストアプリケーション
を開発した．
が公開されることで，ユーザはその中から自分たちの
3.2. OF-Patch の課 題
実施したいテストやユースケースを見つけて再利用す
テ ス ト ベ ッ ド は 多 数 の サ ー バ ，ス イ ッ チ ，テ ス タ を 組
ることができる．
み 込 ん で お り ，OF-Patch は そ れ ら を 繋 ぎ こ む た め 多 数
・バックアップ・リストア
の ポ ー ト が 必 要 に な る ． 通 常 の OpenFlow ス イ ッ チ 単
オンラインシステムであるため ，一度構築したシス
体での使用はポート数が不足するため複数の
OpenFlow ス イ ッ チ を 組 み 合 わ せ て １ つ の 大 き な パ ッ
は 48 ポ ー ト で あ る た め Leaf ス イ ッ チ は 最 大 48 台 と 決
チパネルとして見せる必要がある ．複数のスイッチを
ま る ．こ の 構 成 で Leaf ス イ ッ チ 48 台 ，各 40 ポ ー ト で
組み合わせるためスイッチ間の接続構成の方式と ，ど
最 大 1920 ポ ー ト を パ ッ チ 可 能 な パ ッ チ パ ネ ル と な る ．
のスイッチを経由するかの経路制御，集約スイッチへ
の Uplink 配 線 で は ト ラ フ ィ ッ ク 集 約 の 方 式 の 検 討 が
必要となる．これらは出来る限り検証環境のトラフィ
ックに影響を与えない方式で実装を行う必要がある ．
複数のトラフィックを集約するため， 検証環境毎のア
イソレーションが必要であり，別の検証環境の影響を
受け，帯域が圧迫されることが無いよう検討する必要
もある．また，遠隔操作での機器接続構成の視覚的な
把握や変更操作を容易に行うためグラフィカルユーザ
インターフェースが必要になる．
図 1 Leaf-Spine 方 式
4. OF-Patch の 実 装
本 章 で は ，OF-Patch の 具 体 的 な 実 装 方 法 に 関 し て 述
べる．
4.1. OF-Patch の方 式
OF-Patch を 大 規 模 化 す る た め に は 複 数 の OpenFlow ス
4.1.2.
Leaf–Spine 間 のトラフィック多 重 方 式
Leaf ス イ ッ チ の 10 本 分 の 1Gbps ポ ー ト を Uplink 用
の 10Gbps ポ ー ト 1 本 に 多 重 す る た め ， 通 信 元 の 機 器
が 接 続 さ れ た Leaf ス イ ッ チ で ト ラ フ ィ ッ ク を 多 重 し
イッチを組み合わせて一つの大きなパッチとして動作
て Spine ス イ ッ チ へ 送 り ，Spine ス イ ッ チ で そ れ ぞ れ の
させる必要がある．複数スイッチを組み合わせるトポ
ト ラ フ ィ ッ ク を 通 信 先 の 機 器 が 接 続 さ れ た Leaf ス イ
ロ ジ と し て Leaf–Spine 方 式 [4]を 採 用 し ，Leaf-Spine 間
ッ チ へ 振 り 分 け る 必 要 が あ る ． ま た ， 通 信 先 の Leaf
のトラフィック集約方式，経路制御方式について以下
スイッチで通信先の機器が接続されたポートに振り分
に述べる．
ける必要がある．トラフィックの多重方式は従来のパ
4.1.1. Leaf-Spine 方 式
ッチパネルのように検証環境に影響を与えないよう考
Leaf-Spine ト ポ ロ ジ に お い て は ， Spine ス イ ッ チ と
慮 す る 必 要 が あ り ， VLAN 等 で の 多 重 は タ グ 分 フ レ ー
Leaf ス イ ッ チ の 2 階 層 の 構 成 を と り ， 複 数 の Spine ス
ムサイズが増加するため検証環境の帯域に影響を与え
イ ッ チ に 対 し ， Leaf ス イ ッ チ は 全 て 接 続 さ れ る ． Leaf
て し ま う ．ま た ，検 証 環 境 が VLAN を 使 用 し て い る 場
ス イ ッ チ を ま た が る 通 信 は 一 旦 Spine を 介 し て か ら 宛
合 に ，OpenFlow ス イ ッ チ が 2 重 タ ギ ン グ に 対 応 し て い
先 の Leaf ス イ ッ チ に 伝 達 さ れ る ． Spine ス イ ッ チ が 複
る 製 品 で な い 場 合 に VLAN を 使 用 で き な い 懸 念 な ど が
数 あ る の で ， ど の Spine ス イ ッ チ を 通 る 経 路 を 選 択 す
あ る ．検 証 環 境 に 影 響 を 与 え な い Leaf–Spine 間 の ト ラ
るかは課題となる．
フ ィ ッ ク 多 重 方 式 と し て MAC ア ド レ ス 書 換 え 方 式 を
OF-Patch と し て 用 い る 場 合 は Leaf ス イ ッ チ に 検 証
採 用 し た ．こ れ は ，送 信 元 MAC ア ド レ ス ，送 信 先 MAC
対象のサーバ，スイッチ等の機器を接続する．
ア ド レ ス を OF-Patch の 内 部 的 な 管 理 ア ド レ ス に 書 き
OF-Patch の 物 理 的 な 構 成 例 を 図 1 に 示 す ．図 1 の 通 り ，
換 え ， Spine ス イ ッ チ で 管 理 ア ド レ ス を 基 に そ れ ぞ れ
標 準 的 な 1Gbps OpenFlow ス イ ッ チ （ 1Gbps ポ ー ト が
の ト ラ フ ィ ッ ク ご と に 各 Leaf ス イ ッ チ へ 転 送 を 行 う ．
48 ポ ー ト ，Uplink 用 10Gbps ポ ー ト が 4 ポ ー ト ）を Leaf
通 信 先 の Leaf ス イ ッ チ で 管 理 ア ド レ ス を 基 に 元 の
ス イ ッ チ と し て 使 用 し ，標 準 的 な 10Gbps OpenFlow ス
MAC ア ド レ ス に 書 き 直 し て 検 証 機 器 へ 転 送 を 行 う ．こ
イ ッ チ （ 10Gbps ポ ー ト が 48 ポ ー ト ） を Spine ス イ
の 方 式 の 場 合 ，MAC ア ド レ ス の フ ィ ー ル ド を 書 き 換 え
ッチとして使用した構成を想定している ．従来のパッ
るのみであるためフレームサイズの増加が無く検証環
チ パ ネ ル と 同 様 に 各 ポ ー ト は 1 ポ ー ト to 1 ポ ー ト 接 続
境 の 帯 域 に 影 響 を 与 え な い ．ま た ，MAC ア ド レ ス の フ
で ポ ー ト 間 は 1Gbps の 帯 域 を 保 証 す る ． Leaf–Spine 間
ィ ー ル ド 書 換 え は OpenFlow1． 0 か ら 対 応 し て い る 基
の 接 続 に つ い て は ， Leaf ス イ ッ チ の 40 本 の 1Gbps ポ
本 機 能 で ， 標 準 的 な OpenFlow ス イ ッ チ で 基 本 的 に 備
ー ト を Uplink 用 10Gbps ポ ー ト 4 本 を 使 っ て Spine ス
えている機能であるため，現在市場に出回っている多
イ ッ チ へ 接 続 す る ． 10 本 の 1Gbps ポ ー ト を Uplink 用
く の OpenFlow ス イ ッ チ を OF-Patch に 使 用 可 能 と 考 え
10Gbps ポ ー ト 1 本 に 割 り 当 て る こ と で ， 各 ポ ー ト
る ．MAC ア ド レ ス を 全 て 内 部 的 な 管 理 ア ド レ ス に 変 換
1Gbps の 帯 域 を 保 証 す る ．Leaf ス イ ッ チ の 各 Uplink 用
するためデータベースのテーブルのレコード数 の増加
ポ ー ト を そ れ ぞ れ 別 の Spine ス イ ッ チ に 接 続 す る こ と
が懸念される．通常スタンドアロンのマシンでデータ
で Spine ス イ ッ チ は 4 台 と 決 ま る ． 各 Spine ス イ ッ チ
ベ ー ス を 動 作 さ せ た 場 合 ，10 万 レ コ ー ド 程 デ ー タ が あ
る と 検 索 に 数 秒 か か る よ う に な る ．現 在 ，OF-Patch は
対しポート接続の設定変更指示を行う．データベース
200 ポ ー ト 規 模 で 運 用 し て お り 管 理 ア ド レ ス は 常 時 2
に つ い て は グ ラ フ デ ー タ ベ ー ス で あ る OrientDB[5] を
千 レ コ ー ド 程 で 検 索 は 数 十 msec と 言 う 状 況 で あ る ．
用いており，現在主流のリレーショナルデータベース
4.1.3.
経路制御方式
Spine ス イ ッ チ は 最 大 4 台 あ り ， Leaf ス イ ッ チ か ら
に比べ高速に配線の経路計算をおこなうことができる ．
OpenFlowController に は Ryu[6]を 用 い て 開 発 を 行 っ て
Spine ス イ ッ チ に 上 げ る 際 に ，ど の Spine ス イ ッ チ を 経
いる．
由するか経路を選択する必要がある．例えば 1 番目の
4.2.2.
Spine ス イ ッ チ か ら 順 に 埋 め て い く 方 法 や 各 Spine ス イ
OF-Patch Manager API
OF-Patch Manager は 上 位 ア プ リ に 対 し API を 提 供 し
ッチに均等にトラフィックを振り分ける方法等がある ．
ている．テストベッドのリソース管理機能からこれを
一 つ の Spine ス イ ッ チ に 片 寄 せ す る と ， そ の ス イ ッ チ
使用し，テストベッドに組み込み，検証機器の接続構
に 障 害 が 発 生 し た 場 合 に 影 響 が 大 き い ． OF-Patch は
成 変 更 の 自 動 化 を 実 現 し て い る ． ま た ， OF-Patch GUI
Leaf–Spine 間 の 帯 域 使 用 率 に 応 じ て 各 Spine ス イ ッ チ
も 本 API を 利 用 し て い る ．下 記 の 機 器 接 続 構 成 情 報 の
に均等にトラフィックを振り分ける方式を採用した ．
取 得 ， 更 新 の 2 つ の REST API を 実 装 し て い る ．
デ ー タ ベ ー ス 上 Leaf–Spine 間 の Link に 帯 域 使 用 率（ 使
・ 機 器 接 続 構 成 情 報 の 取 得 API
用 量 ／ 容 量 ）を 設 定 す る ．具 体 的 に は 分 母 に Leaf-Spine
Method： GET
間 の 帯 域 で あ る 10Gbps を 設 定 し ，分 子 に Leaf ス イ ッ
URL： http://[host_name]:[port]/ofpm/logical_topology
チ の 1 ポ ー ト 分 使 用 す る 毎 に 1Gbps を 加 算 す る こ と で
URL Param： 機 器 リ ス ト
重み付けを行う．辺の重みを基に経路選択を行うダイ
・ 機 器 接 続 構 成 の 更 新 API
ク ス ト ラ 法 を 用 い て ，Leaf-Spine 間 の Link に 設 定 し た
Method： PUT
重み（帯域使用率）を用いて経路選択を行う ．帯域使
URL： http://[host_name]:[port]/ofpm/logical_topology
用率の算出について，現在 1 ポート使用する毎に単純
Body： JSON 形 式 で 機 器 リ ス ト ， 接 続 リ ス ト を 転 送
に 1Gbps を 加 算 し て い る が ，今 後 ，ポ ー ト の ト ラ フ ィ
4.2.3.
動 作 フロー
ックを測定し実測に基いた値を加算することで ，より
OF-Patch の 動 作 フ ロ ー は 接 続 動 作 時 ， 切 断 動 作 時 ，
正確なトラフィック均等振り分けを行う課題がある ．
OpenFlow ス イ ッ チ が OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ に 接 続
4.2. OF-Patch Manager の設 計
し た 時 の 3 パ タ ー ン あ り ，接 続 動 作 は Leaf ス イ ッ チ を
4.2.1.
モジュール構成
図 2 に OF-Patch の モ ジ ュ ー ル 構 成 を 示 す ．
跨 ぐ 場 合 の パ ッ チ 接 続 ， 同 一 Leaf ス イ ッ チ 内 で の パ
ッチ接続の 2 パターンがある．図 3 に接続時の動作フ
ローを示す．
(a)LeafSW を 跨 ぐ 場 合
(b)同 一 LeafSW 内 の 場 合
図 3 接続時の動作フロー
図 2 OF-Patch の モ ジ ュ ー ル 構 成
OF-Patch は ， OF-Patch GUI， OF-Patch Manager，
同 一 Leaf ス イ ッ チ 内 で の パ ッ チ 接 続 で あ る か ， Leaf
ス イ ッ チ を 跨 ぐ 接 続 で あ る か の 判 断 は OF-Patch
OpenFlowController （ OFC ）， OpenFlowSwitch （ OFS ）
Manager に て ， デ ー タ ベ ー ス 内 に 格 納 し て い る 接 続 情
の 機 能 か ら 構 成 さ れ る ．図 2 の 太 枠 で 示 す モ ジ ュ ー ル
報 よ り プ ロ グ ラ ム に て 判 断 す る ． API を 使 用 す る 側 は
に つ い て 開 発 を 行 っ た ．OF-Patch GUI モ ジ ュ ー ル に つ
単純に接続元機器，接続元ポートと接続先機器，接続
い て は ， Web ブ ラ ウ ザ 上 で 動 作 す る ア プ リ ケ ー シ ョ ン
先 ポ ー ト の 情 報 を OF-Patch Manager へ 要 求 す る の み で
であり，グラフィカルな表示を行いユーザビリティな
ある．
イ ン タ フ ェ ー ス を 実 現 す る ． OF-Patch Manager は
以 下 ， 図 3 (a)の Leaf ス イ ッ チ を 跨 ぐ 接 続 時 動 作 フ ロ
OF-Patch GUI か ら の 設 定 指 示 を 受 け ，デ ー タ ベ ー ス へ
ーについて説明する．
の デ ー タ 登 録 を 行 う と と も に ， OpenFlowController に
1． 接 続 要 求 を 受 信
2． Leaf ス イ ッ チ を 跨 ぐ 場 合 の パ ッ チ 接 続 の 場 合 は
に 宛 先 Leaf ス イ ッ チ に パ ケ ッ ト を 送 る た め ，内 部 的 な
Patch link を 接 続 元 Leaf ス イ ッ チ ， 経 由 す る Spine ス
MAC ア ド レ ス を マ ッ チ 条 件 に 宛 先 を 決 め る フ ロ ー を
イ ッ チ ， 接 続 先 Leaf ス イ ッ チ の 3 組 生 成 し ， 接 続 元 ，
設定する．
接 続 先 そ れ ぞ れ の Leaf ス イ ッ チ に 表 2 Leaf ス イ ッ チ の
フ ロ ー テ ー ブ ル No.2 の パ ケ ッ ト イ ン を OpenFlow コ ン
トローラへ通知するフローを設定する
3． OF-Patch GUI へ 応 答
表 1 Spine ス イ ッ チ の フ ロ ー テ ー ブ ル
No．
Match
Action
1
Priority=200
*（ 全 て ）
Drop
2
Priority=800，
In_port，
Output
Idle_timeout=800
Src_mac
4． 接 続 元 機 器 か ら の 通 信 が 発 生
5． マ ッ チ す る フ ロ ー が あ る か 検 索 さ れ る ． 初 回 の 場
合 ， 2.で 設 定 し た パ ケ ッ ト イ ン フ ロ ー が マ ッ チ す る
6．OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ へ パ ケ ッ ト イ ン 通 知 が 発 生
する
表 2 Leaf ス イ ッ チ の フ ロ ー テ ー ブ ル
No
Match
Action
．
7． OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ よ り OF-Patch Manager へ
1
Priority=200
*（ 全 て ）
Drop
パ ケ ッ ト イ ン 情 報（ Leaf ス イ ッ チ の dpid，イ ン ポ ー ト ，
2
Priority=400
In_port
CONTROLLER
送 信 元 MAC ア ド レ ス ，送 信 先 MAC ア ド レ ス ）を 通 知
3
Priority=600，
In_port
Drop
する
Idle_timeout=600
8．dpid，イ ン ポ ー ト 情 報 を 基 に Patch link 情 報 を 検 索
する
9．dpid，イ ン ポ ー ト ，送 信 元 MAC ア ド レ ス ，送 信 先
4
Priority=800
In_port
Output
5
Priority=800，
In_port，
Output，
Idle_timeout=6553
Src_mac
Mod_src_mac，
MAC ア ド レ ス を 基 に 内 部 MAC ア ド レ ス を 生 成 す る
5
10． 送 信 先 Leaf ス イ ッ チ ， Spine ス イ ッ チ ， 送 信 元
Leaf ス イ ッ チ の 順 で OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ へ フ ロ ー
設 定 要 求 を 行 う ．こ の と き 設 定 す る フ ロ ー は ，Leaf ス
イ ッ チ に 対 し て は ，表 2 Leaf ス イ ッ チ の フ ロ ー テ ー ブ
ル No.5 の フ ロ ー を 双 方 向 で 設 定 す る ． Spine ス イ ッ チ
に 対 し て は ，表 1 Spine ス イ ッ チ の フ ロ ー テ ー ブ ル No.2
のフローを双方向で設定する．
11． OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ よ り ， 各 OpenFlow ス イ
ッチへフローを設定する．
以 下 ，図 3 (b)の 同 一 Leaf ス イ ッ チ 内 接 続 時 動 作 フ ロ
ーについて説明する．
1． 接 続 要 求 を 受 信
2．同 一 Leaf ス イ ッ チ 内 で の パ ッ チ 接 続 の 場 合 は Patch
link を Leaf ス イ ッ チ 1 つ 分 の 1 組 の み 生 成 す る
3． OpenFlow コ ン ト ロ ー ラ へ フ ロ ー 設 定 要 求 を 行 う ．
こ の と き 設 定 す る フ ロ ー は 表 1 Leaf ス イ ッ チ の フ ロ ー
テ ー ブ ル No.4 の 単 純 な ポ ー ト to ポ ー ト の フ ロ ー を
双方向で設定する．
4． Leaf ス イ ッ チ へ フ ロ ー を 設 定 す る
4.2.4.
フローテーブル設 計
OF-Patch の Spine ス イ ッ チ と Leaf ス イ ッ チ に 設 定 す
る フ ロ ー に つ い て 記 載 す る ．Leaf ス イ ッ チ に 設 定 す る
フ ロ ー に つ い て は 同 一 Leaf ス イ ッ チ 内 で パ ッ チ リ ン
ク 接 続 す る 場 合 と ，Leaf ス イ ッ チ を 跨 い で パ ッ チ リ ン
ク 接 続 す る 場 合 の 2 パ タ ー ン が 存 在 す る ． Spine ス イ
ッ チ に つ い て は Leaf ス イ ッ チ か ら 上 が っ て き た 複 数
パッチリンクがトランクされた通信を パッチリンク毎
4.2.5.
Mod_dst_mac
データスキーマ
OF-Patch の デ ー タ ベ ー ス と し て ， 機 器 情 報 ， 機 器 に
属 す る ポ ー ト 情 報 ，物 理 配 線 情 報 ，OF-Patch 用 ス イ ッ
チ 上 の パ ッ チ リ ン ク 情 報 ， 内 部 MAC ア ド レ ス 情 報 を
持つ．
機 器 情 報 と し て は 機 器 名 ， 機 器 の タ イ プ ， OF-Patch
用 ス イ ッ チ で あ る 場 合 DatapathID 情 報 ， OFC の IP，
ポート情報を保持する．ポート情報としてはポート名
と ポ ー ト 番 号 ，ど の 機 器 に 属 す る か の 情 報 を 保 持 す る ．
物理配線情報は機器のポートとポート間 ，内部バスリ
ンク情報は機器と機器に属するポート間の接続情報を
両 方 向 で 持 つ ．パ ッ チ リ ン ク 情 報 と し て 接 続 元 ポ ー ト ，
接 続 先 ポ ー ト ，OF-Patch 用 ス イ ッ チ 情 報 ，接 続 元 機 器
名とポート，接続先機器名とポート，シーケンスナン
バ ー 情 報 を 持 つ ．シ ー ケ ン ス ナ ン バ ー は 同 一 Leaf ス イ
ッ チ 内 の 接 続 で は 1 の み ，Leaf ス イ ッ チ を 跨 ぐ 場 合 は ，
接 続 先 Leaf ス イ ッ チ の パ ッ チ リ ン ク が 1， 経 由 す る
Spine ス イ ッ チ の パ ッ チ リ ン ク が 2， 接 続 元 Leaf ス イ
ッ チ の パ ッ チ リ ン ク が 3 と な る ． 内 部 MAC ア ド レ ス
情 報 は 接 続 元 Leaf ス イ ッ チ の 機 器 名 ，イ ン ポ ー ト 情 報 ，
発 信 元 MAC ア ド レ ス ，宛 先 MAC ア ド レ ス ，内 部 MAC
ア ド レ ス を 持 つ ．Leaf ス イ ッ チ の 機 器 名 ，イ ン ポ ー ト ，
発 信 元 MAC ア ド レ ス ，宛 先 MAC ア ド レ ス を 基 に 内 部
MAC ア ド レ ス を 生 成 す る ．
4.2.6.
OF-Patch GUI
ユ ー ザ が OF-Patch を 操 作 し て ， 機 器 の 接 続 構 成 の 変
更 を 容 易 に 行 え る よ う GUI を 開 発 し て い る ． 本 GUI
は，各機器の名称と機器に属するポートおよびパッチ
を確認した．ほぼ当初の設計通りの実効速度が出たと
リンクの表示を行う．機器のポートとポートをクリッ
考える．今後は精度の高い測定器を用いての測定の実
クすることでパッチリンクによる接続操作が行える ．
施を検討している．
また，パッチリンクをクリックすることで切断操作が
5.3 遅 延
行える．スクロール操作で拡大・縮小が行え，機器，
現 在 ， OF-Patch Manager の 接 続 構 成 更 新 API を 叩 き
ポート，パッチリンクをマウスオーバすることで各種
端 末 間 を OF-Patch Manager 上 接 続 し た あ と ，端 末 か ら
情報を表示できる．
通信が発生し，端末間の通信が可能となるまで，約 3
秒 程 度 の 遅 延 が 発 生 す る ．こ れ は OF-Patch Manager が
Packet-in し た 最 初 の パ ケ ッ ト に 対 し て ， MAC ア ド レ
ス を 学 習 し ， 各 OpenFlow ス イ ッ チ に フ ロ ー を 設 定 す
るまで処理に時間がかかる為である．フローが一旦設
定された後は通常のフォワーディング ・プレーンのみ
の遅延となる．
6. ま と め
本 稿 で は ，沖 縄 オ ー プ ン ラ ボ ラ ト リ で 構 築・運 用 し て
いるテストベッドについて紹介し，その中で用いてい
る OpenFlow ス イ ッ チ を 用 い た パ ッ チ パ ネ ル に つ い て
図 4 OF-Patch GUI
5. 動 作 検 証 お よ び 評 価
説 明 し た ． 従 来 の パ ッ チ パ ネ ル を SDN 技 術 で あ る
OpenFlow を 用 い て ， OpenFlow ス イ ッ チ に て 実 現 す る
今 回 開 発 し た OF-Patch に つ い て ， 動 作 検 証 を 行 い ，
方式を検討し，実装してテストベッドに組み込み運用
4 章 で 述 べ た 設 計 通 り 動 作 す る こ と を 確 認 し た ．ま ず ，
を行っている．今後の課題として，ミラーポートへの
市 販 の OpenFlow ス イ ッ チ で Leaf-Spine の ト ポ ロ ジ を
転送機能やトラフィックモニタ機能等の検討をおこな
構 成 し ， 各 Leaf ス イ ッ チ に 試 験 用 の 端 末 を 接 続 す る ．
うことが上げられる．また，遅延の改善やテストベッ
OF-Patch Manager の デ ー タ ベ ー ス に 機 器 情 報 ， 配 線 情
ドでの運用を通して機能改善を行っていく．
報 を 登 録 す る ．次 に OF-Patch Manager の 接 続 構 成 更 新
謝辞
API を 叩 き 2 台 の 端 末 間 を OF-Patch で 接 続 す る ．端 末
本研究の一部は，沖縄県の「クラウドオープンネッ
が 互 い に 通 信 可 能 で あ る こ と を ping を 用 い て 確 認 し
トワーク国際研究開発拠点形成事業」による補助を受
た ． 通 信 可 能 で あ る と き ， Spine ス イ ッ チ ， Leaf ス イ
けて実施しています．沖縄オープンラボでは，上記研
ッチに期待するフローが設定されていることを確認し
究成果を世界中のコミュニティへと公開することによ
た．
りさらに成果を進化・発展させてまいります ．
5.1 拡 張 性
問合先
OF-Patch は Spine ス イ ッ チ 4 台 ，Leaf ス イ ッ チ 48 台 ，
最 大 1920 ポ ー ト の パ ッ チ パ ネ ル と な る 設 計 を 行 っ て
一般社団法人 沖縄オープンラボラトリ
〒 904-2234
沖 縄 県 う る ま 市 州 崎 14-17
い る ． テ ス ト ベ ッ ド で は 当 初 ， Spine ス イ ッ チ 2 台 ，
沖 縄 IT 津 梁 パ ー ク
Leaf ス イ ッ チ 4 台 の 構 成 で OF-Patch を 構 築 し た ．そ の
中 核 機 能 支 援 施 設 112 号
後 ，機 器 の 増 加 に 伴 い ポ ー ト の 拡 張 が 必 要 に な り Leaf
TEL： 098-989-1940
ス イ ッ チ を 1 台 追 加 し 拡 張 を 行 っ た ．Leaf ス イ ッ チ を
E-mail： [email protected]
FAX： 098-989-1943
追 加 す る 場 合 ，デ ー タ ベ ー ス に 情 報 を 登 録 し ， Leaf ス
イ ッ チ を Spine ス イ ッ チ に 接 続 す る だ け で 容 易 に
OF-Patch を 拡 張 す る こ と が で き る ．現 在 ，テ ス ト ベ ッ
ド で は 200 ポ ー ト 規 模 で 運 用 を 行 っ て お り ， 今 後 さ ら
に拡張していく予定である．
5.2 ス ル ー プ ッ ト
iPerf を 用 い て OF-Patch の Leaf ス イ ッ チ を 跨 ぐ ，
Spine ス イ ッ チ 経 由 で の ホ ス ト 間 の 通 信 速 度 の 測 定 を
実 施 し た ．測 定 方 法 と し て は ホ ス ト 間 で 10 秒 間 に 転 送
できたデータ量を基に通信速度を算出する方法で，5
回 測 定 の 平 均 速 度 で 約 941Mbps の 実 効 速 度 が 出 る こ と
文
献
[1] www.okinawaopenlabs.org
[2] “OpenStack” https://www.openstack.org/ .
[3] “OpenFlow Switch Specification ”
https://www.opennetworking.org/ja/sdn-resources-ja/
onf-specifications/openflow/ .
[4] http://ccr.sigcomm.org/online/files/p63 -alfares.pdf
[5] “OrientDB”
http://www.orientechnologies.com/orientdb/ .
[6] “Ryu SDN Framework” http://osrg.github.io/ryu/ .
[7] “iPerf” https://iperf.fr/ .
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