2019 Fiscal Year Research-status Report
Visualizing Network Processing in NFV Infrastructures and Developing Analytical Methods for NFV Management
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19K11940
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
川島 龍太 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00710328)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | NFV / DevOps / ネットワーク監視 / 可視化 / DPDK |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ソフトウェアを中心とした次世代ネットワークの中核となるNFV（ネットワーク機能仮想化）ノードについて、統一的な方法でノード内部の詳細なメトリクス収集を行う基盤システムの基本設計を行い、そのプロトタイプシステムであるNFV-VIPPの開発を行った。その研究の成果について、ネットワークの運用管理に関する主要国際会議であるIEEE/IFIP CNSM 2019併設のワークショップにて発表した。
NFVノードでは、仮想マシン/コンテナ形式の仮想化されたネットワーク機能 (VNF) が同時に複数展開される。さらに、階層化されたソフトウェア抽象化によって、NFV ノード内部におけるパケット処理が不明瞭になる。トラブルシューティングに必要なパケット転送パス、パケットドロップ/遅延箇所の特定が困難になるため、従来からの運用管理手法に基づいたネットワークの運用管理は現実的ではない。現在、通信事業者が自ら VNF を開発する事例が増えているが、前述した理由のため、経験豊富な開発者にとっても高性能な VNFの開発は困難である。さらに、代表的なパケット処理高速化機構であるDPDK (Data Plane Development Kit) は、CPU、メモリ、NICなどのハードウェア資源を占有するため、やはり既存の運用管理手法ではNFV ノードの性能要因をチェックできない。そこで本研究では、NFVノード内部の実装に関連するメトリクスを対象とした、統合的なメトリクス収集フレームワーク (NFV-VIPP) を提案している。本フレームワークはVNF内部のメトリクスを他のコンポーネントに対して透過的に公開することで、既存のNFVノードを対象とした運用管理システムを補完することができる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、３つの研究課題を設定してそれぞれについて独立に取り組みを進める計画を立てている。今年度においては、「DPDKのリソース使用方法や処理モデルに特化したNFVノード状態指標の考案」という研究課題に集中的に取り組んだ。DPDKの導入によって、既存のツールによって得られる表面的な情報（CPU使 用率やメモリ使用量等）はノード内部の状態把握には役立たなくなるため、DPDKが内部でどの様にリソースを使用しているか、どの様な仕組みでパケット処理を行っているかを解析する事により、 ノードの負荷と相関のある新たな指標を探り出すのが本研究課題の目標である。
今年度の達成状況として、目標通りNFV ノード内部の詳細情報を取得するための状態指標を考案し、プロトタイプシステムを開発してその効果を実証することができた。具体的には、DPDKの Rx-Process-Tx ループ（パケット処理ループ）における消費サイクル数を監視することで、過負荷状態の予兆を正確に捉えることができた。本プロトタイプは、実際的なパケット処理を行うデー タプレーンと監視プレーンを分離する設計を採用することによって、 10 Gbps級の通信トラフィックにも対応可能できるようになった。また、Zabbixなどの既存の監視ツールと連携する機能も備えることで、一般的なネットワーク管理者によるNFVノードの内部状態を考慮した運用管理を可能にするシステム構成にもなっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究課題として、「NFVノード内部でのパケット処理課程や所要時間などを把握する仕組みの実現」があげられる。今年度の取り組みによって、NFVノードの負荷状態を捉えることはできるようになったが、依然としてNFVノード内部においてパケットが実際にたどった経路やパケットドロップが発生した箇所およびその要因の把握は困難なままである。したがって、現在のプロトタイプシステムをベースとして、この問題に対応できるようにさらなる調査・開発を行う必要がある。
具体的には、NFVノード内部におけるパケットの追跡をリアルタイムで実現する方法を考案する必要がある。特に、本研究では10 Gbps級のトラフィックを対象とするため、極めて効率的な方法によってデータプレーン上のパケット処理を監視する必要がある。さらに、ベアメ タル/VM/コンテナ形式の VNF に対応するための仕組みも考案する必要がある。提案手法の仕組みを各VNF内部に直接展開する方法が考えられるが、既存のVNFへの影響を最小限に抑える必要があり、この点も大きな研究課題となる。最終的には、取得した情報をサーバ側で一元的に処理し、ネットワーク運用に活用する必要がある。例えば、OpenStack やKubernetesなどのオーケストレーションツールと連携し、NFVノードの状況に応じて適応的にVNFのマイグレーションやオートスケーリングを行うための方法論なども今後の検討課題となる。
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Research Products
(2 results)
