Schichtung virtueller Maschinen zu Labor- und Lehrinfrastruktur

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Susanne Beutel
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1 Tobias Guggemos, Vitalian Danciu, Dieter Kranzlmüller MNM-Team Ludwig-Maximilians-Universität München Schichtung virtueller Maschinen zu Labor- und Lehrinfrastruktur DFN-Forum 2016 in Rostock 1

2 Rechnernetzpraktikum 20+ Studenten Praktikumsaufbau für einen Studenten + zusätzliche zentrale Komponenten, wie DNS-Server Spezialaufbauten für Testate PC05 PC06 PC07 R01 R02 R03 R04 3

3 Rechnernetzpraktikum Bei 20 Studenten entspräche das 140 PCs mit 320 NICs weder raum- noch kosteneffizient Virtualisierung der Infrastruktur 4

4 Verbindungen Hostplattform (Hypervisor) Gruppe 01 Gruppe 02 PC15 PC16 PC17 PC25 PC26 R11 R12 R13 R14 R21 R22 R23 5

5 Technische Lösung: Portgruppen in vswitch Hostplattform (Hypervisor) PC PC16 PC17 PC PC R11 R12 R13 R14 R21 R22 R23 Gruppe 01 Gruppe 02 6

6 Komplexität Hostplattform (Hypervisor) Gruppe 01 Gruppe 02 PC15 PC16 PC17 PC25 PC26 R11 R12 R13 R14 R21 R22 R

7 Probleme Bei Vollvermaschung einer Instanz entspräche das: k 2 n2 n + 1 virtuelle Netze k Instanzen n Netzkomponenten je Instanz Bei k = 20 und n = 7 ergibt das 421 virtuelle Netze potenziell quadratisch steigender Managementaufwand 9

8 Anforderungen 1. Erzeugung aus Modell 2. Heterogene Modelle 3. Wahlfreiheit der Hostplattform 4. Archivierung 5. Skalierbarkeit 6. Isolation 7. Unabhängigkeit bei Lastkontrolle/-verteilung 8. Beliebige Adressierbarkeit 9. Nutzerzugang 11

9 Idee: Gekapseltes Labor Virtuelles Labor 1 Virtuelles Labor 2 Virtuelles Labor n PC05 PC06 PC07 PC05 PC06 PC07 PC05 PC06 PC07 R01 R02 R03 R04 R01 R02 R03 R04 R01 R02 R03 R04 Virtuelle Netze VM Virtuelle Netze VM... Virtuelle Netze VM Virtuelles Netz Physische Maschine 12

10 Schichtung von VMs (i+1)-vm (i+1)-vm... Virtuelles Netz (i-topologie) i-vm 13

11 Entwurf Erzeuge i-vm Startvorgang i-konfiguration Erzeuge & Konfiguriere Netzkomponenten Erzeuge (i+1)-vm i-topologie- Spezifikation (i+1)- Maschinen- Spezifikation Schalte Schnittstellen der (i+1)-vm 14

12 Infrastrukturbeschreibung #How many routers and PCs should be created NO_OF_ROUTERS=4 NO_OF_PCS=3 #Bridge definitions BRIDGES="(1,2) (1,3) (1,4) (1,5) (2,3) (3,4) (3,6) (4,7)" PC05 PC06 PC07 R01 R02 R03 R04 15

13 Infrastrukturbeschreibung #How many routers and PCs should be created NO_OF_ROUTERS=1 NO_OF_PCS=2 #Bridge definitions BRIDGES="(1,2,3)" PC02 PC03 R01 16

14 Erzeugung Konfiguration #How many routers and PCs should be created NO_OF_ROUTERS=4 NO_OF_PCS=3 #Bridge definitions BRIDGES="(1,2) (1,3) (1,4) (1,5) (2,3) (3,4) (3,6) (4,7)" 1-VM -- etc -- hostname -- hosts -- network `-- interfaces `... `-- init.d `-- rnp_vms `-- xen -- allvms.sh -- bridges.sh `-- domains -- pc05 -- disk.img `-- pc05.cfg -- pc06 ` pc07 ` router01 ` router02 ` router03 `... `-- router04 `... 1-VM Konfig Erzeuge 2-VM 1-VM Topologie Spezifikation 2-VM- Maschinen- Spezifikation 17

15 Aktuelles Setup 0-VM: Hostplattform (Hypervisor) 1-VM Instanz: Gruppe 01 1-VM Instanz: Gruppe 02 PC05 PC06 PC07 PC05 PC06 R01 R02 R03 R04 R01 R02 R03 18

16 Aktuelles Setup KVM Hypervisor (0-VM) 128GB RAM 16 Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2630L 1.80GHz 1 Golden Image (1-VM) mit XEN Hypervisor 7 x 2-VM 9 Bridges (8 für die Infrastruktur + 1 Management) ca. 15GB (enthält 7 x 2-VM mit 1,5GB ) 24 Studenten 1-VMs mit Backing_File = Golden Image ca. 20MB Startgröße eine öffentliche IP-Adresse 19

17 Ergebnis Jeder Student hat die exakt gleiche 2-VM-Infrastruktur Zugriff über die 1-VM (via. SSH oder X) Gleiche IP- und MAC-Adressen Gleiche Bridges Management der 1-VMs. Student ist für seine 2-VM- Infrastruktur selbst verantwortlich Managementaufwand steigt linear mit Anzahl von Instanzen Ermöglicht neue, bisher unmögliche, Versuche auf der virtuellen Infrastruktur (vor allem auf Schicht 2) (noch) bessere und skalierbarere Lehre möglich 20

18 Weitere Einsatzmöglichkeiten Lehre Prüfungen und Testate elearning Laborinfrastruktur Simulation von Software Defined Networks Simulation von großen Infrastrukturen (z.b. Rechenzentren) Industrie Prototypisierung von Infrastruktur Infrastruktur2Go Kapselung von Kundeninfrastrukturen in Rechenzentrum 21

19 Network Function Virtualization mit Funktionsgruppierung Kunde 1 Kunde 2 2-VM... VNF 1 VNF 2 VNF 1 1-VM i-topologie VNF Manager Daten i-topologie VNF Manager 0-VM Server im (externen) Rechenzentrum 22

20 Laufende Arbeiten Erweiterung der deklarativen Sprache zur Erzeugung von Infrastruktur um Angaben zu Konfiguration der einzelnen Komponenten Zentralen Komponenten/Diensten Automatische Zuweisung von Adressräumen Veränderung der Infrastruktur zur Laufzeit Effizientes Load-Balancing zwischen physischen Hosts 23

21 Zusammenfassung Komplexität = k 2 n2 n + 1 Komplexität = k + n + 1 Tobias Guggemos MNM-Team Ludwig-Maximilians-Universität München 26

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