KRnet 2015 Tutorial, Seoul, 2015. 6. 23 OpenStack 을이용한 NFV 인프라구축 kt 융합기술원 NFV Project 김남곤
Contents 1 NFV Overview 2 NFV 표준화 (ETSI NFV, OPNFV) 3 OpenStack Overview 4 NFV on OpenStack 5 Conclusion
01 The Changes: Mobile Phone, Network (?) Phone H/W & S/W Tightly-couple Loosely-couple Network 3G LTE RNC SGSN GGSN RNC S-GW P-GW NET App. Controller 초고속인터넷 L2-Aggregation OLT SER
02 NFV (Network Function Virtualization): 개념 특징 HW와 SW 일체형기존 Network(NW) 장비 (Physical appliance) NW 장비의 HW와 SW 기능을분리 대용량범용서버와가상화기술을적용 virtualized appliance 로 NW 장비구현 HW는 commodity 화, SW는중소규모 ISV에개방 CAPEX/OPEX 절감 / 서비스혁신
02 NFV (Network Function Virtualization): 인프라요소기술 Network 서비스는 S/W 로구현하여클라우드내의가상머신이제공 네트워크인프라는기존의 Non-SDN 네트워크와 SDN 네트워크모두활용가능 SDN 은 NFV 를구현하기위해활용가능한요소기술중하나 NFV Cloud Non- SDN SDN
02 NFV (Network Function Virtualization): 네트워크변화 Network Changes for Operator Network Change for Customer Internet CO Simple Low Cost Lean Operation Easy evolution Campus Enterprise Internet SMB Firewall /NAT CO DPI Cloud Cache Source: Network Functions Virtualisation, BT, 2012.10 http://www.ietf.org/proceedings/86/slides/slides-86-sdnrg-1.pdf Campus Enterprise SMB
02 NFV (Network Function Virtualization): 기대효과 1 HW 인프라비용및에너지절감 장비간의통합을통한규모의경제실현 2 Fast Time-to-Market 소프트웨어중심의개발 3 비용절감및서비스혁신 개방형 Virtual appliance 마켓 ( 중소규모 SW 벤더참여 ) Key Enabler 대용량범용서버 Cloud computing 기술 ( 가상화, 고속패킷처리, 자동화 /HA 등 )
NFV 표준화현황
02 NFV 표준화 : History 2014 년 2월 : 5차 ISG Meeting (Sophia Antipolis) 5월 : 6차 ISG Meeting (Okinawa, JP) - 드래프트 Document 에대한 Working Group 승인 7월 : 7차 ISG Meeting (Santa Clara, US) 11월 : 8차 ISG Meeting (Scottsadale, AZ) - NFV Phase-2 진행계획도출 (2년간 28개 Documents) - Document 에대한 Release 승인 2013 년 1월 : 1차 ISG Meeting (Sophia Antipolis) 7월 : 3차 ISG Meeting (Bonn) - 세개의 high level ISG output 의최종수정에합의 - PoC (Proof of Concepts) 제안 10월 : 첫번째 ISG 공식 output 출판 (10.05) - E2E Reference Architecture, Requirementss, Use Cases 2차 Carrier White Paper 출판 (10.15) 11월 : 4차 ISG Meeting (Sunnyvale) - PoC framework 및프로세스소개 - Call for PoC (Operator 와벤더가연합한형태의 PoC) NFV Phase-2 진행중 - 상호운용성에집중 2015 년 - IETF, ONF 등다른표준단체와협력 1 월 : NFV Phase-1 종료 - 11 개의 ETSI Group Specification 출판 2 월 : 9 차 ISG Meeting (Prague, CZ) 5 월 : 10 차 ISG Meeting (Sanya, CN) 6 월 : NFV IFA WG interim Meeting (San Jose, USA) 7 월 : 11 차 ISG Meeting (San Jose, USA) 3 월 : BT-Verizon 간비공식 Meeting 4 월 : ONS 에서 Carrier 간협의 6 월 : Carrier Cloud Summit - NFV 라는용어에합의 - BT 가 NFV 의가능성을보임 9 월 : Orange 주최 Carrier Planning Meeting - 9 개 Carrier 참여 - ETSI 를포럼으로선택 2012 년 10 월 : ETSI NFV ISG 공표 - NFV White Paper 출판 (13 개 Carrier 참여 )
02 High-level NFV Framework Virtualized Network Functions (VNFs) VNF VNF VNF NFV Infrastructure (NFVI) Virtual Infrastructure Virtual Computing Virtual Storage Virtual Networking Virtualization Layer Physical Infrastructure 고성능서버고용량스토리지고용량이더넷스위치 NFV Mgmt & Orchestration VNF 기존의가상화되지않은네트워크기능의가상화된형태를지칭 하나의 VNF 는여러컴포넌트로구성될수있음 각컴포넌트는하나의 VM 에서동작하거나, 모두다른 VM 에서동작할수있음 NFV Infrastructure (NFVI) VNF 의실행을지원하는물리적 / 소프트웨어적자원의집합 하부자원에대한관리및최적화 Mgmt. & Orchestration Platform 컴퓨팅 / 스토리지 / 네트워킹자원의 Infra Manager 를통한자원제어및접근권한관리 NFV 서비스와 VNF 에대한라이프사이클관리
NFV Reference Architectural Framework NFV 프레임워크를구성하는기능블록들과그들사이의참조포인트를정의 특정기술에국한되지않고, 기능레벨에집중 Orchestrator NFV 인프라와소프트웨어자원에대한 orchestrator 과 management 를담당 NFVI 상에네트워크서비스의실체화를담당 VNF Manager VNF 의 lifecycle 관리를담당 서로다른 VNF 들을관리하는여러개의 VNF Manager 가동시에동작할수있음 Virtualized Infrastructure Manager 컴퓨팅, 스토리지, 네트워크자원에대한관리를담당 VNF 에대한자원할당관리 NFV 인프라에대한관리 ( 성능, 장애관리등수행 )
ETSI NFV Phase-1 (2013.01-2014.12) Technical Steering Committee Chaired by Technical Manager : Don Clarke (BT) Assistant Technical Manager : Diego Lopez (TF) Other members: ISG Vice Chair + WG Chairs + Expert Group Leaders Programme Managers : Zong Ning (Huawei), Francois Menard (Aeponyx) Working Group Architecture of the Virtualisation Infrastructure Co-Chairs: Steve Wright (ATT) + Yun Chao Hu (HW) Expert Group Performance & Portability Chair: Francisco Javier Ramón Salguero (TF) Working Group Management & Orchestration Co-Chairs: Raquel Morera (VZ) + vacant Expert Group Security Chair: Igor Faynberg (ATT) Working Group Software Architecture Co-Chairs: Fred Feisullin (Sprint) + Marie-Paule Odini (HP) Working Group Reliability & Availability Co-Chairs: Naseem Khan (VZ) + Markus Schoeller (NEC) BT = British Telecom HW= Huawei TF = Telefonica VZ = Verizon
02 ETSI NFV Phase-1 (2013.01-2014.12) ETSI NFV INF 4 WG / 2 EG Status NFV requirement를토대로현재도메인내부의 functional block과 Compute Domain reference point에대한정의작업진행중 NFV requirement doc를기반으로 NFV를위한 hypervisor 구조와 Hypervisor Domain 요구사항정리중 Datacenter NW, transport NW과함께 VM에 disc volume 할당을위한 Infrastructure SAN/NAS을위한 storage NW도검토중 Network Domain MANO와의인터페이스로 E2E NW controller가제안됨 SWA (VNF SW architecture) MANO (Management and Orchestration) REL (Resiliency) PER (Performance & Portability Best Practices) VNF 의 SW architecture 요구사항, function/interface, VNF type 및 attribute 정의중 NFV management 및 orchestration 을위한 Information model 과 VNF lifecycle 관리플로우정의중 NF Resiliency class 정의를위한 metric 분석진행중 Failure detection/failure prevention/remediation 에대한 architecture 모델및요구사항정의중 Performance 향상을위한 feature 리스트와 portability template 정의 NFV 관련 workload 를분류후 use case 를맵핑하고 bottleneck 분석과성능최적화기법분석 SEC (Security) NFV 도입에의한잠재적인취약점및솔루션정리중
ETSI NFV Phase-2 (2015.01-2016.12) NFV EVE WG TSC Network Operators Council (NOC) Working Group IFA WG REL WG TST WG SEC WG WG EVE (Evolution and Ecosystem) IFA (Interface & Functional Architecture) REL (Resiliency) PER (Performance & Portability Best Practices) SEC (Security) Status NFV 기술의진화, 새로운요구사항및에코시스템발굴 NFV 기능의인터페이스및구조에대한규격개발 기존의 SWA, MANO, INF 워킹그룹이합쳐짐 NFV 기능의오류, 동작모니터링, 오류방지기능이포함되는규격개발 기존의 PoC 진행, 개발과오픈소스활용관련활동지원 OPNFV 활동과의연계를통해요구사항반영등 NFV 구조에서보안관련규격개발
04 NFV use cases Use Case 참여 Telco 내용 1 Mobile Core Network and IMS NTT Docomo, Telecom Italia, Verizon, Orange, KDDI, Vodafone, Telefonica 2 Mobile Base Station KDDI, China Mobile 무선네트워크구성요소중 EPC, IMS 와관련네트워크기능가상화 모바일네트워크구성요소중 TCO 와에너지소모측면에서높은비중을차지하는 RAN (Radio Access Network) 노드가상화 3 Home Environment Verizon 홈단말의 SW 화를통해고객단말비용및유지보수비용절감 4 Fixed Access Network Functions BT, Telefonica DSL 표준을구성하는 remote 노드와고객모뎀을단순화하고 복잡한처리는클라우드가담당하도록하여에너지소비를낮춤 5 CDNs DT, Orange, BT CDN 가상화를통해 Peak 시간에기반한기존의하드웨어기반 CDN 구성이아닌융통성있는자원용량제어 6 NFVIaaS: Network Functions Virtualization Infrastructure as a Service Telecom Italia 기존의 Iaas 상에서의 VNF 의 lifecycle 관리기능에더불어 NaaS 기능을통해가상의 NFV Infra 를고객에게제공 7 VNFaaS: Virtual Network Function as a Service AT&T 기업고객이원하는네트워크기능을가상화를통해제공 ( 기업고객은물리적인네트워크관리비용이들지않음 ) 8 Service Chains (VNF Forwarding Graphs) Verizon, AT&T 서로다른 VNF 들을동적으로연결하여다양한형태의 End-to-End 서비스구성 9 VNPaaS: Virtual Network Platform as a Service AT&T NFV 를위한 Infra 와 VNF 의 Set 을서비스로제공, 고객이원하는형태의서비스를직접구성하여활용
OPNFV (Open Platform for NFV) NFV 를위한 Telco 수준의, 통합된, 오픈소스레퍼런스플랫폼제공 - Open standards & software 을기반한 NFV 솔루션의 ecosystem 형성 - NFV 관련타 Open Source community 와협력 / 조율창구역할수행 - NFV 기술을활용한신제품과서비스출시를앞당겨줄 Telco 수준의통합된오픈소스기반레퍼런스플랫폼확립목표 (Linux Foundation 이 OPNFV 결성 )
02 세부과제 OPNFV 세부과제목록 (2015.5.2) Requirements, Integration & Testing, Collaborative Development, Documentation 등의영역으로구분되어활발히제안되는상황 Requirements Integration & Testing Collaborative Development Documentation Fault Management (Doctor) Continuous Integration (Octopus) Software Fastpath Service Quality Metrics OPNFV Documentation Virtualized Infrastructure Deployment Policies (Copper) Bootstrap/Get-started (BGS) ONOS Framework (ONOSFW) Resource Management (Promise) IPv6-enabled OPNFV High Availability for OPNFV (Availability) Data Plane Acceleration (DPACC) OpenStack based VNF Forwarding Graph Data Collection for Failure Prediction (Prediction) Resource Scheduler (RS) Model Oriented Virtualization Interface (Movie) Multi-Site Virtualized Infrastructure (Multisite) Characterize vswitch Performance for Telco NFV Use Cases OPNFV System Configuration And Reporting (OSCAR) Testbed infrastructure (Pharos) Base system functionality testing (FuncTest) Platform Performance Benchmarking (Qtip) Deployment Template Translation (Parser) Infrastructure verification (Yardstick) Smooth Upgrade (Escalator)
OpenStack Overview
Cloud Computing 클라우드컴퓨팅 - 서버, 스토리지, 네트워크, SW 등 ICT 자원을필요시인터넷을통해서비스형태로이용하는방식 Hybrid Cloud Private Cloud Bridge Public Cloud < 서비스운영형태에따른 Cloud 분류 > 사용자요구에의한필요속성 - 탄력성 : 자원을필요한만큼동적으로 Scale in/out - 리소스풀 : 자원을가상화하여중앙집중관리하고, 개별사용자에게독립적자원제공 - 사용한만큼만비용지불 서비스유형 - IaaS (Infrastructure as a Service): 인프라자원 (ex. 리눅스, 윈도우서버 ) 제공 - PaaS (Platform as a Service): 개발에필요한환경을서비스형태로제공 - SaaS (Software as a Service): 사용자가원하는소프트웨어를임대 / 제공
OpenStack IaaS 형태의클라우드컴퓨팅오픈소스프로젝트 - 2010년 7월 Rackspace 사와미국항공우주국이오픈스택오픈소스프로젝트를시작 - 2012년창설된비영리단체인 OpenStack Foundation 에서유지, 보수 - 아파치라이선스하에배포됨 6 개월주기배포 (Release) - 최초버전인 Austin 을 2010 년 10 월 21 일에배포한후 6 개월간격으로새버전배포 - 가장최신버전은 2015 년 4 월 30 일에배포된 Kilo
OpenStack Services Compute (Nova) - VM 생성관리기능을제공하며 Hypervisor 를관리 - Hypervisor 는호스트컴퓨터에서다수의운영체제를동시에실행하기위한논리적플랫폼 Networking (Neutron) - VM들간통신을위한네트워킹환경제공 Storage (Swift, Cinder) - 클라우드스토리지서비스제공 - 블록스토리지 : Cinder, 정형성데이터저장에적합 - 오브젝트스토리지 : Swift, 비정형성데이터저장 Identity Service (Keystone) - 사용자및서비스에대한 인증서비스 제공
OpenStack Services
OpenStack Logical Architecture Horizon Nova-api Q Neutron -Agent Novacompute Neutronserver Q Neutron -Plugin Keystone
OpenStack Physical Architecture horizon Nova-api Public Internet (External Control) eth1 Controller eth0 keystone mysql rabbitmq Nova-scheduler Neutron-server Internal Control eth0 eth0 eth0 eth0 Network Node Neutron-l3-agent Compute Node Compute Node Compute Node Neutron-dhcp-agent Nova-compute Nova-compute Nova-compute Neutron-*-plugin-agent Neutron-*-plugin-agent Neutron-*-plugin-agent Neutron-*-plugin-agent eth2 eth1 eth1 eth1 eth1 Internal Data Public Internet (External Data)
NFV on OpenStack
Telco Working Group Mission - Telco/NFV Use Case 및이에대한지원기능요구사항정의 요구사항을정의하고우선순위를결정 OpenStack 프로젝트들에대한요구사항입력조율 - OpenStack 프로젝트기반의 NFV 적용에대한논의 ETSI NFV Telco WG OPNFV OpenStack
NFV Support in OpenStack Kilo Compute (Nova) - Libvirt (KVM) NUMA 기반스케줄링 게스트 vcpu pinning Large 페이지지원 Networking (Neutron) - ML2/Open vswitch port-security security group 과 default anti-spoofing rule을지정된포트에대해서 disable Source: RedHat Stack, 2015.05 http://redhatstackblog.redhat.com/2015/05/11/whats-coming-in-openstack-networking-for-the-kilo-release/
Case Study Case study presentation with simple VNF example
Conclusion NFV - 미래 Telco 인프라의핵심기술 OpenStack - 두터운사용자층을바탕으로대표적인 NFV 인프라 (NFVI) 가될것 Next Step - Vendor: 다양한가상 Network Appliance 개발 - Telco: 다양한 Network Appliance 를수용할수있는 NFV 오픈생태계구축