SDN Narmox Spear Architektura referencyjna do zastosowania kilku połączeń WAN oraz zasada podłączania sieci NIE-SDN do sieci SDN

Transkrypt

1 SDN Narmox Spear Architektura referencyjna do zastosowania kilku połączeń WAN oraz zasada podłączania sieci NIE-SDN do sieci SDN Narmox Sp. z o.o. narmox.com spear.narmox.com tutorial.narmox.com youtube.narmox.com

2 Spis treści Informacje wstępne... 3 Zagadnienia... 3 Jak podłączyć router (WAN) do sieci SDN?...3 Jak mierzyć jakość łącza WAN?... 3 Jak realizowane jest przełączanie ruchu z jednego routera na drugi?...3 Od czego można uzależnić przełączanie ruchu z jednego routera na drugi?...4 Jak przełączyć ruch skierowany do niedostępnego routera na drugi router?...4 Jak przełączyć ruch z niestabilnego łącza WAN na drugie łącze WAN?...4 Jak jednocześnie wykorzystać dwa łącza WAN?...4 Jak przełączyć część ruchu z przeciążonego łącza WAN na drugie łącze WAN?...5 Topologie... 6 Topologia podstawowa... 6 Topologia HA (High Availability)... 7 Podłączenie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą jednego linka logicznego...8 Podłączenie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą kilku linków logicznych...9 Zasada działania rozdzielania ruchu między routerami... 2

3 Informacje wstępne Dokument zawiera proponowane podłączenie dwóch łącz WAN do sieci SDN przy zastosowaniu kontrolera Aruba VAN SDN Controller oraz aplikacji SDN Narmox Spear. Dodatkowo zawiera propozycję przyłączenia sieci NIE-SDN do sieci SDN. Wyjaśnia także ogólne zasady działania aplikacji SDN Narmox Spear na przykładzie zaproponowanej topologii. Zagadnienia Jak podłączyć router (WAN) do sieci SDN? Każdy router podłączony do sieci SDN powinien zostać zdefiniowany w aplikacji SDN Narmox Spear. Router może być podłączony do sieci SDN kilkoma linkami. Należy wskazać adresy MAC/IP routera oraz porty (linki), którymi jest on podłączony do sieci SDN. Aplikacja zarządza ruchem na wskazanych linkach w taki sposób, aby zapobiec powstawaniu pętli. Jeden z linków jest linkiem aktywnym, którym ruch jest przesyłany do routera. Pozostałe linki przepuszczają jedynie ruch powrotny od routera do sieci SDN. W przypadku awarii aktywnego linka jego rolę przejmuje jeden z pozostałych (sprawnych) linków. Jak mierzyć jakość łącza WAN? Aplikacja SDN Narmox Spear może badać łącze WAN routera poprzez cykliczne (co sekundę) wysyłanie pakietów kontrolnych ICMP. Pakiety ICMP są wysyłane przez router do wskazanych hostów (adresów IP). Na podstawie liczby gubionych pakietów określana jest jakość łącza WAN routera. Jakość łącza przyjmuje wartości w zakresie od % do %. Jeśli router jest niedostępny dla aplikacji, wówczas aplikacja przyjmuje, że jakość łącza WAN wynosi %. Jak realizowane jest przełączanie ruchu z jednego routera na drugi? Załóżmy, że hosty w sieci mają ustawiony router pierwszy (R) jako swoją bramę domyślną. Aby przekierować ruch skierowany do routera R na router drugi (R2), aplikacja SDN Narmox Spear wpisuje do switcha SDN regułę OpenFlow, która pakietowi skierowanemu do routera R podmienia adres docelowy MAC na adres routera R2. 3

4 Od czego można uzależnić przełączanie ruchu z jednego routera na drugi? Działanie Akcji podmieniającej adres MAC można uzależnić od sytuacji w sieci oraz od rodzaju ruchu np.: dostępności routera, stanu linków (up/down), obciążenia linków, jakości połączenia WAN routerów, dostępności switchy SDN, daty / godziny / dnia tygodnia, zawartości przesyłanego pakietu: MAC/IP, Port, TCP/UDP/Any. Jak przełączyć ruch skierowany do niedostępnego routera na drugi router? W aplikacji SDN Narmox Spear należy uzależnić Akcję przekierowania ruchu (podmiany MAC) od dostępności routera lub stanu linków łączących router z siecią SDN. Jak przełączyć ruch z niestabilnego łącza WAN na drugie łącze WAN? W aplikacji SDN Narmox Spear należy uzależnić Akcję przekierowania ruchu (podmiany MAC) od jakości połączenia WAN routera. Gdy router jest niedostępny dla aplikacji SDN Narmox Spear, wówczas uznaje się, że jego łącze WAN ma jakość %. Jak jednocześnie wykorzystać dwa łącza WAN? W aplikacji SDN Narmox Spear należy utworzyć Akcję podmiany adresu MAC, która zadziała tylko dla wybranego ruchu np.: dla wybranej grupy hostów źródłowych (podając IP oraz maskę dopasowania), dla wybranego ruchu docelowego (np. adresu sieci z innej lokalizacji). W efekcie część ruchu będzie kierowana do routera pierwszego (R) a cześć do drugiego (R2). 4

5 Jak przełączyć część ruchu z przeciążonego łącza WAN na drugie łącze WAN? W aplikacji SDN Narmox Spear należy utworzyć Akcję, która dokona zmiany adresu MAC routera tylko dla wybranej grupy hostów (np. określonej przez adres IP oraz maskę dopasowania). Następnie należy uzależnić wykonanie Akcji od obciążenia linka prowadzącego do routera (np. >5Mbps). 5

6 Topologie Topologia podstawowa Elementy składowe topologii oraz założenia: 2 routery NIE-SDN (R, R2) dwóch operatorów WAN, switch SDN (S) wpięty do 2 routerów za pomocą pojedynczych linków logicznych (R, R2), logiczny punkt styku sieci NIE-SDN (S2) z siecią SDN, hosty mogą być wpięte zarówno do części SDN jak i części NIE-SDN. Powyższą topologię przedstawia Rysunek. Rysunek : Topologia podstawowa Rysunek 2: Topologia podstawowa + agregacja linków Redundancję linków do routerów (R, R2) oraz linków łączących sieć SDN (S) do sieci NIE-SDN (S2) można zrealizować poprzez agregację linków (Rysunek 2). 6

7 Topologia HA (High Availability) Topologia z Rysunku 2 zawiera agregacje linków zapewniające redundancje połączeń między switchem S a pozostałymi urządzeniami (R, R2, S2). Jednak nie zapewnia ona redundancji switcha S. Na Rysunku 3 przedstawiono topologię, która zwiększa niezawodność switcha S poprzez jego wirtualizację za pomocą Virtual Switching Framework (VSF). W niniejszym rozwiązaniu switch S jest switchem logicznym, złożonym z dwóch switchy fizycznych SA oraz SB. Z punktu widzenia aplikacji SDN Narmox Spear, topologia z Rysunku 3/4 nie różni się od topologii z Rysunku /2, gdyż logiczny switch S przysłania fizyczne switche SA i SB. Dzięki zastosowaniu logicznego switcha S możliwa jest też agregacja linków podłączonych do switcha SA i SB (mimo, że są to fizycznie oddzielne urządzenia). Rysunek 3: Topologia HA (warstwa fizyczna) 7 Rysunek 4: Topologia HA (warstwa logiczna)

8 Podłączenie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą jednego linka logicznego Rysunek 3/4 prezentuje podłączenie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą jednego linka logicznego. Jeden link logiczny może zawierać kilka zagregowanych linków fizycznych z punktu widzenia kontrolera SDN jest to jeden link. Takie podłączenie nie wymaga żadnych specjalnych konfiguracji po stronie aplikacji. W ten sposób można podłączać dowolną liczbę sieci NIE-SDN o ile nie są one wzajemnie połączone (nie tworzą pętli) Rysunek 5. Rysunek 5: Wiele sieci NIE-SDN wpiętych jednym linkiem logicznym (nie może powstać pętla) 8

9 Podłączenie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą kilku linków logicznych Bezpośrednie wpięcie sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą kilku linków logiczny może spowodować powstanie pętli. Aby temu zapobiec należy w aplikacji SDN Narmox Spear dodać obiekt, który poinformuje aplikację o punktach styku sieci SDN z siecią NIE-SDN (podobnie jak router wpięty do sieci kilkoma linkami). Można do tego celu wykorzystać obiekt Router/Punkt styku z włączoną opcją całkowitego blokowania ruchu na nieaktywnych linkach. Obiekt będzie reprezentował sieć NIE-SDN z kilkoma punktami styku. W danym momencie tylko jeden z linków (tzw. aktywny ) będzie przepuszczał ruch (z i do sieci NIE-SDN). Cały ruch na pozostałych linkach zostanie zablokowany. Gdy link aktywny ulegnie awarii, wówczas aplikacja przełączy ruch na jeden z pozostałych linków (zmieni link aktywny ). Na rysunku 6 przedstawiono sposób podłączenia sieci NIE-SDN do sieci SDN za pomocą kilku linków logicznych. Rysunek 6: Sieć NIE-SDN podłączona kilkoma linkami logicznymi (sposób zapobiegania pętlom przez aplikację SDN Narmox Spear) 9

10 Zasada działania rozdzielania ruchu między routerami Rozdzielanie ruchu między routerami R i R2 polega na podmianie w pakiecie skierowanym do routera R adresu docelowego MAC na adres MAC routera R2. Podmiana adresu realizowana jest przez operacje OpenFlow wpisane do switcha SDN. Konfigurowanie switcha SDN (dodawanie/usuwanie wpisów OpenFlow) wykonywane jest przez aplikację SDN Narmox Spear i uwarunkowane jest od sytuacji w sieci. Aplikacja SDN Narmox Spear pozwala na łatwe programowanie akcji OpenFlow w oparciu o model trigger/condition/action. Użytkownik może zdefiniować Wyzwalacze (triggers), Warunki (conditions) oraz Akcje (Actions). Przykładowy scenariusz: wszystkie hosty mają ustawioną bramę domyślną na router R ruch w kierunku sieci.2../6 ma odbywać się przez router R2 w przypadku przeciążenia łącza R, część ruchu (wybrane hosty) ma być kierowana przez router R2 w przypadku awarii połączenia WAN R, cały ruch ma być kierowany przez R2 w przypadku awarii połączenia WAN R2, cały ruch ma być kierowany przez R Dla zrealizowania powyższego scenariusz w aplikacji SDN Narmox Spear można utworzyć następuj obiekty: Wyzwalacze (Triggers) Wyzwalacze to obiekty logiczne, które otrzymują stan TRUE/FALSE w zależności od sytuacji w sieci. T_R_LOW_QUALITY stan TRUE jeśli jakość WAN routera R jest niska (np. < 99%) T_R2_LOW_QUALITY stan TRUE jeśli jakość WAN routera R2 jest niska (np. < 99%) T_R_TRANSFER_ABOVE stan TRUE jeśli link do R jest przeciążony (np. >5Mbps) Warunki (Conditions) Warunki to obiekty logiczne, które otrzymują stan TRUE/FALSE w zależności od wartości wyrażenia logicznego zawierającego stany Wyzwalaczy, Akcji i innych Warunków. C_ALL_TO_R2 stan TRUE, gdy T_R_LOW_QUALITY C_PART_TO_R2 stan TRUE, gdy T_R_TRANSFER_ABOVE and not T_R2_LOW_QUALITY C_DEST_LOC_TO_R2 stan TRUE, gdy not T_R2_LOW_QUALITY

11 Akcje (Actions) Akcje to obiekty logiczne, które otrzymują stan TRUE/FALSE w zależności od stanu przypisanych Warunków oraz wykonują określoną czynność np. dodają wpis OpenFlow do tablicy switcha, wykonują log, wysyłają wiadomość . A_ALL_TO_R2 na switchu S podmień docelowy MAC R na MAC R2 i wyślij na port podłączony do routera R2 (czyli przekieruj cały ruch z R na R2) Warunek: wykonaj gdy warunek C_ALL_TO_R2=TRUE (słaba jakość łącza WAN na R) A_PART_TO_R2 na switchu S podmień docelowy port MAC R na MAC R2 ale tylko dla hostów pasujących do wybranej podsieci (np..../24) (czyli przekieruj niektóre hosty z R na R2) Warunek: wykonaj gdy warunek C_PART_TO_R2=TRUE (przeciążenie łącza do R) A_DEST_LOC_TO_R2 na switchu S podmień MAC R na MAC R2 ale tylko dla ruchu skierowanego do konkretnej sieci (.2../6) (czyli ruch skierowany do wybranej lokalizacji kieruj przez router R2). A_DEST_LOC_TO_R2 A_PART_TO_R2 A_ALL_TO_R2 C_DEST_LOC_TO_R2 C_PART_TO_R2 C_ALL_TO_R2 T_R2_LOW_QUALITY T_R_TRANSFER_ABOVE T_R_LOW_QUALITY Warunek: wykonaj gdy C_DEST_LOC_TO_R2=TRUE (łącze R2 nadaje się do przesyłu) opis słowny sytuacji R i R2 drożne ruch do lokalizacji.2../6 wychodzi przez R2 reszta przez R słaba jakość R cały ruch wychodzi przez R R przeciążone część ruchu (hosty..2./24) wychodzi przez R2 (odciążenie R) ruch do lokalizacji.2../6 wychodzi przez R2 reszta przez R R przeciążone, słaba jakość R cały ruch wychodzi przez R słaba jakość R cały ruch wychodzi przez R2 słaba jakość R, słaba jakość R2 (sytuacja patowa) cały ruch kierowany przez R2 słaba jakość R, przeciążenie R cały ruch wychodzi przez R2 słaba jakość R, słaba jakość R2, przeciążenie R (sytuacja patowa) cały ruch kierowany przez R2 Rysunek 7: Tablica stanów dla opisanego scenariusza