The Use of OpenFlow Switch Instances for Virtual Testbed Isolation

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1 ERLANGEN REGIONAL COMPUTING CENTER [ RRZE] The Use of OpenFlow Switch Instances for Virtual Testbed Isolation Hakan Calim, Bülent Arslan, Susanne Naegele-Jackson 8. DFN-Forum Kommunikationstechnologien, Lübeck, Juni 2015

2 EINFÜHRUNG Hardware Features und Technik

3 Zentraler Fokus der Arbeit Es gibt inzwischen viele Hersteller, die OpenFlow Switches anbieten Schwerpunkt dieser Arbeit ist allerdings kein Vergleich von OpenFlow Switches und deren Eigenschaften Fokus liegt auf einem einzigen Switch Feature: Möglichkeit der Unterteilung eines Hardware Switches in einzelne isolierte Einheiten (Instanzen) Einsatz solcher Switch Instanzen am Beispiel von GTS (GÉANT Testbeds Service) 3

4 OpenFlow Open Standard der Open Networking Foundation (ONF) durch standardisiertes open interface hersteller-unabhängiger Zugang zu Flow Entries in Switches dadurch Trennung von Control und Data Plane möglich d.h. In OpenFlow Switches verbleibt Packet Forwarding (Data Plane) im Switch Routing Decisions (Control Plane) werden von einem separaten Server (Controller) übernommen gezieltes Traffic Management möglich Software Defined Networking (SDN) 4

5 OpenFlow Technik (I) Klassisch: Control Plane und Data Plane in jeder Netzkomponente Embedded Operating System Spezialisierte Hardware OpenFlow: Control Plane und Data Plane getrennt Jede Netzkomponente ist direkt mit einem Controller verbunden of instances of testbeds 5

6 OpenFlow Technik (II) Kommunikation zwischen OF Switch und Controller über OF Protocol OpenFlow Controller nimmt Änderungen im Flow Table vor ruft Statistiken ab Netzkomponente liefert Verkehrsdaten an Controller meldet Topologieänderungen schickt Paketanfragen Source: I. Turus, OpenFlow Technology Investigation, GN3 JRA1 T1&2, Copenhagen, Nov

7 OpenFlow Technik (III) Für ankommende Pakete ohne Flow Table Eintrag: OF Switch generiert Packet_in message für Controller Controller entscheidet wie das Paket (und alle Folgepakete dieses Flows) behandelt werden soll Controller nimmt entsprechenden Eintrag in Flow Table vor Folgepakete werden direkt von OF Switch gemäß Eintrag weiterverarbeitet 7

8 Untersuchung von OpenFlow Hardware (I) Untersuchung von OF Hardware Switches Hybrid Mode in OpenFlow Switches: Erlaubt das Betreiben des Switches für OpenFlow und gleichzeitig auch die Durchleitung von klassischem Verkehr (Standard Layer 2 Switching) Diese Unterteilung allein liefert aber nur eine OF Instanz Anzahl der unterstützten OF Controllers: Viele Switches unterstützen mindestens zwei OF Controllers i.a. hat einer dieser Controllers aber dann Back-up Funktion 8

9 In dieser Untersuchung werden OpenFlow Switch Instanzen betrachtet, die die Unterteilung eines OF Switches in mehrere OF Einheiten erlauben, die separat mit eigenen voneinander unabhängigen Controllern unterstützt werden können 9

10 Vorteile von Switch Instanzen Switch Hardware steht mehreren Benutzern gleichzeitig zur Verfügung Switch Instanz erlaubt Nutzern isolierte Sicht/Zugang auf Switch Switch Instanz verhält sich wie Switch, für Nutzer transparent Durch Einsatz von vielen Instanzen sind komplexere Netz-Topologien für Experimente möglich theme name of lecturer 10

11 Untersuchung von Hardware (II) Hersteller Switch Controllers Instanzen Brocade Pica8 Juniper NEC NetIron MLX, XMR, CER, CES series OVS läuft als Prozess in PicOS TM und liefert so OpenFlow Interface MX80, MX240, MX480, MX960 IP8800/S3640, PF5240, PF5248 PF5820 Bis zu 3 Controllers: Equal, Master, Slave Slave, Master, Other Virtual Switches mit eigenen Controllers Mehrere Controllers nur mit Virtual Switch Instances (VSI) HP 5900 series bis zu 64 Controllers auf einem Switch Bis zu 3 mit Konfiguration Equal Instanzen nur mit Other Konfiguration 2 16 Instanzen bei VSI Konfiguration 64 Instanzen mit eigenem Controller, generell max. 128 Instanzen möglich, max. 3 Controllers pro Instanz 11

12 OPENFLOW INSTANZEN Anwendungsmöglichkeiten Beispiel: GÉANT Testbeds Service (GTS)

13 GÉANT Testbeds Service (GTS) Neuer Dienst in GÉANT Benutzer haben die Möglichkeit, sich eine individuelle Netzumgebung zusammenzustellen Zugang über Weboberfläche Auswahl von Ressourcen, die dann automatisch dem Nutzer zugeordnet werden Netzumgebung ist von anderen Benutzern isoliert 13

14 GTS Ressourcen Derzeit auswählbare Ressourcen: Virtuelle Maschinen (VMs) Virtuelle Circuits (VCs) OpenFlow Instanzen (OFXs) Internet Access Gateway (IAGW) Externes Interface (zu einer anderen Domain) Coming soon: Fat-VMs für hohe RAM/CPU Anforderungen VMs mit verschiedenen OS-Flavors VMs mit pre-loaded OVS Bare Metal Servers Speicher/Backup 14

15 Testbeds und Ressourcen Eine Testbed-Instanz ist selber auch eine Ressource Testbeds können daher auch kombiniert werden Jede Testbed-Instanz wird von einem Testbed Control Agent (TCA) verwaltet 15

16 Ressourcen und Minions Für jede Ressource gibt es spezielle Remote Control Agents (RCA), sogenannte Minions Minions ermöglichen Aufgaben wie Reserve Activate Deactivate Release Query 16

17 GTS Infrastruktur (I) Derzeitige Standorte: Amsterdam, Bratislava, Ljubljana, Prag Weitere Standorte im Aufbau: London, Poznan, Mailand Central Server Facility (CSF) in Prag (Servers und VMs für GTS Core Service Agents) Lab mit zwei Standorten für Entwicklung Anbindung an ExoGENI/USA 17

18 GTS Infrastruktur (II) Ein typischer GTS Standort hat Standard Equipment, z.b. Dell Server HP 5900 OpenFlow Switch Juniper Router Standorte sind über GÉANT Lambdas verbunden über die die Virtual Circuits provisioniert werden Ist herstellerunabhängig und kann leicht ausgebaut und für neue Anforderungen erweitert werden 18

19 Aufbau eines Testbeds User registriert sein Projekt und definiert VPN Credentials Testbed wird als neuer Typ angelegt Beschreibung der Testbed Topology mit Domain Specific Language (DSL) (mit Groovy Programming Language Syntax) 19

20 Domain Specific Language (DSL) Beschreibt Ressourcen, Testbed Topologie und Attribute Netze können dadurch objektorientiert und skalierbar beschrieben werden Nutzer können damit leicht iterative Sequenzen beschreiben Triangle { description = "Triangle using Groovy language iterators to define adjacencies." id = "t1" } def hosts = [] def links = [] 3.times { idx -> } def h1 = host { } hosts << h1 def l1 = link { } links << l1 adjacency h1.p1, l1.src id = "host$idx" port { id = "p1" } port { id = "p2" } id = "link$idx" port { id = "src" } port { id = "dst" } 3.times { idx -> adjacency hosts[(idx + 1) % 3].p2, links[idx].dst } theme name of lecturer 20

21 DSL Beispiele: Zwei Hosts verbunden mit Link: HostsLine { description = PRG host linked with BRA host" }} host { id="h1" location= prg" port { id="port1" } } host { id="h2" location="bra" port { id="port2" } } link { id="l1" port { id="src" } port { id="dst" } } adjacency h1.port1, l1.src adjacency h2.port2, l1.dst OpenFlow Switch Instanz: ofx { id="ofxbra" location="bra" fabricipv4=" " fabricsubnetmaskv4=" " controllerport="9966" controlleripv4=" " port { id="p1"} port { id="p2"} port { id="plju"} port { id="pcontrol" mode="control" } } Definiert eine OF Instanz in Bratislava mit IP Controller Port für die Instanz ist Port pcontrol (mode= CONTROL ). 21

22 OpenFlow Instanzen in GTS (I) An jedem Standort ist ein HP OpenFlow Switch 5900 OpenFlow Switch mit Firmware für OpenFlow Spezifikation 1.3 Eine OpenFlow Instanz auf dem Switch umfasst 6 Ports Der Benutzer beschreibt in seinem Testbed auch eine VM für den Controller Benutzer kann beliebige Controller Software installieren über sein Internet Access Gateway 22

23 OF Instanzen in GTS (II) Zwei voneinander unabhängige Nutzer definieren Testbed A und Testbed B Jedem Testbed werden OF Instanzen zugeteilt Jedes Testbed hat eigenen Controller 23

24 Weitere Informationen GTS auf der TERENA Networking Conference TNC 2015 in Porto am Ausstellungsstand von GÉANT und von 10:30 11:00 Uhr Posterpräsentation Training Videos, Dokumente, Support Workshop in Kopenhagen im Oktober ( ) 24

25 ERLANGEN REGIONAL COMPUTING CENTER [ RRZE] Thank you for your attention! Regionales RechenZentrum Erlangen [RRZE] Martensstraße 1, Erlangen Acknowledgement The GÉANT Testbeds Service (GTS) was funded by the European Commission under Grant Agreement No (GN3plus). The authors acknowledge the contribution of all project partners for their input. The work in this paper was conducted for the German NREN DFN.

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