Buku Komunitas SDN-RG

Deployment and Operation of Wide Area Hybrid Openflow Network

Galih Nugraha Nurkahfi

Abstrak Pendekatan untuk membangun hybrid wide-area OpenFlow network adalah sesuatu hal yang penting untuk pembangunan secara bertahap dari teknologi OpenFlow ke WAN yang sudah eksis sebelumnya, karena sangat tidak praktis dan efisien untuk membangun wide-area network dengan teknologi OpenFlow secara sekaligus. Disatu sisi yang lain, desain, deployment dan operasional sejenis hybrid OpenFlow network sering kali dibuat dengan intuisi tanpa pengetahuan teknis yang mendalam, dalam tulisan ini dibahas aspek teknis dan arsitektur dari hybrid OpenFlow network secara sistematis, berdasarkan pengalaman penulis paper dalam membangun testbed SDN bernama RISE (Research Infrastructure for large-Scale network Experiments) diatas JGN-X, sebuah testbed jaringan komputer berskala nasional di Jepang.

I. Introduction

Teknologi SDN mempunyai beberapa kemampuan, yang menjadi keunggulan sehingga menjadikan teknologi ini menjadi teknologi jaringan komputer masa depan.

• Teknologi SDN menyediakan fleksibilitas dalam mengatur jaringan, teknologi ini menyediakan kemampuan untuk mengontrol packet forwarding dalam perangkat-perangkat switch dalam satu jaringan komputer yang berada dalam satu administrasi, secara terpusat melalui satu buah controller yang terpusat.
• Teknologi SDN juga menyediakan fitur untuk membuat slice logical network yang terpisah satu sama lain, yang mengakomodasi keberadaan production network dan experimental network dalam satu physical network.
• Kedua fitur diatas menyediakan kebutuhan bagi researcher dan developer dalam bidang Future Internet(FI) dan New Generation Network(NwGN)
• Tulisan ini membahas development dan deployment dari Research Infrastructure for Large Scale Network Experiment(RISE) yang dilakukan oleh beberapa institusi pendidikan dan riset di Jepang.

Awalnya establishing testbed ini dilakukan di campus network, karena beberapa alasan:

• Kampus menyediakan environment percobaan yang lebih real dibandingkan dengan hanya enviromment laboratorium, dengan keberadaan traffic real yang ada.
• Skala jaringan kampus tidak terlalu besar sehingga lebih mudah dibuat dan dioperasikan.

Namun dari sudut pandang deployment teknologi NwGN, network kampus memiliki keterbatasan dari segi skala, maka selanjutnya eksperimen ini dijalankan di lingkungan WAN yang mempunyai skala lebih besar, yaitu dibangun diatas JGN-X, yang merupakan pengembangan dari JGN network(japan gigabit network) yaitu testbed jaringan skala besar milik National Institute of Information and Communications Technology (NICT), yang dijalankan mulai dari tahun 1999, JGN-X sendiri merupakan suatu testbed jaringan yang khusus digunakan untuk mengembangkan NwGN.

Mengapa RISE memanfaatkan keberadaan testbed JGN-X ini, ada dua alasan untuk hal ini:

• Pihak developer testbed RISE Tidak usah membeli akses WAN yang mahal untuk ‘hanya’ membangun openflow testbed.
• Adanya keperluan untuk menjalankan hybrid network untuk mensimulasikan transisi dari traditional network ke OpenFlow network(OFN), dalam situasi ini openflow network dibangun diatas traditional network yang sebelumnya sudah ada.

Selanjutnya dari hasil deployment dan operasi, maka selanjutnya pihak developer RISE membagi pengetahuan yang diperolehnya kepada pengelola REN(Research education network) yang lain. Untuk hal yang terkait dengan operasional testbed, Operasional dilakukan dengan memberikan network slice dan controller masing-masing kepada para researcher yang mempergunakan testbed ini, untuk menjalankan percobaan layanan.

II. Pertimbangan-pertimbangan untuk mendeploy dan menjalankan RISE

Berikut adalah beberapa hal yang menjadi pertimbangan-pertimbangan untuk menjalankan testbed RISE

• Keamanan Membangun testbed yang digunakan bersama oleh para researcher di kampus harus memperhatikan aspek security, mengingat banyak orang yang mengakses sistem untuk berbagai macam kebutuhan development.
• Service continuity Teknologi baru yang dibangun, biasanya belum bisa dibuktikan kehandalannya untuk penerapan skala besar dan dalam jangka waktu gyanpanjang, teknologi testbed yang dideploy harus dipastikan bisa dijalankan secara berkelanjutan di sebuah environment jaringan berskala besar.
• Sisi ekonomi Membangun testbed memerlukan pembelian perangkat-perangkat baru yang mendukung teknologi SDN, dalam hal ini joint research dengan perusahaan yang memproduksi perangkat jaringan untuk menghemat pengeluaran dana, bisa dilakukan, cara ini akan memberikan keuntungan bagi kedua belah pihak, pihak vendor mendapatkan keuntungan dengan terujinya perangkat yang mereka produksi secara scientificsedangkan pihak researcher mendapatkan perangkat untuk keperluan riset secara 'gratis'.
• Keunggulan Openflow Menghadirkan fleksibilitas dan kemudahan dalam melakukan implementasi infrastruktur jaringan berbasis SDN diatas traditional network, memudahkan manajemen dari satu titik pusat kontrol dan keberadaan fitur network slicing memudahkan virtualisasi jaringan untuk berbagai macam keperluan.

Pembangunantestbed harus bisa dilakukan dalam skala yang lebih besar dari sekedar network kampus, karena kelak teknologi ini, memang akan dijalankan diatas jaringan berskala besar, seperti internet ataupun WAN, maka dari itu dibuatlah testbed dengan skala wide area network yaitu RISE.

III. Kebutuhan teknologi untuk membangun Openflow network di wide area network

Berikut adalah apa saja yang diperlukan untuk membangun OpenFlow network dalam skala WAN

• Fungsi dari openflow Fungsi dasar dari openflow adalah menjalankan kontrol packet forwarding yang sangat fleksibel, namun disatu sisi openflow adalah teknologi yang masih terus berkembang dan memiliki berbagai macam masalah, dalam studi kasus pertama yang diujicobakan diatas OpenFlow network berskala WAN adalah advance traffic engineering. Setiap host di edge OFN menggenerate packet dan traffic engineeringnya dioperasikan oleh Openflow protocol. Tiap users di edge, diberikan akses satu atau lebih physical ports seperti yang terlihat pada gambar, tiap user diberikan satu identifier di layer 2 dengan menggunakan Vlan ID 802.1q vlan tags, dengan keberadaan vlan tags ini kita bisa membuat slicing network berdasarkan users. Vlan tags ini diatur oleh administrator OFN.
• Teknik deployment pada openflow network Pada paper ini disebut suatu istilah yaitu Existing virtual network(EVN) untuk sebuah virtual network yang mengakomodasi OpenFlow network, dengan kata lain ini adalah tunnel yang dibuat diatas traditional physical WAN untuk menjalankan OpenFlow Network. Secara teknis tunnel ini yang akan membungkus frame layer 2 dari OpenFlow switch di edge ke OpenFlow switch lain di edge yang bersebrangan tanpa ada modifikasi frame etherent. Ada berbagai macam teknologi untuk menjalankan teknologi wide area ethernet ini, MPLS based atau Ethernet tunneling based, ip based dan lain sebagainya. Topologi tunnel yang dibuat untuk melakukan pemisahan adalah sebagai berikut, dimana dalam satu buah OpenFlow switch dibuat satu buah tunnel untuk memisahkan traffic antar user, hal ini untuk mencegah MAC address learning yang terlalu banyak, diagramnya bisa dilihat pada dua gambar di bawah ini. OpenFlow packet kemudian diberi identitas tunnel dengan tiga kemungkinan cara seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

• Wide area Ethernet Ada berbagai macam teknik untuk menerapkan teknologi wide area ethernet, yaitu:

  i. 802.1q Tagged VLAN Menambahkan 12 bit vlan tag pada header Ethernet, ini adalah implementasi vlan yang umumnya diterapkan untuk segmentasi jaringan virtual .

  ii. 802.1ad Q-in-Q Melakukan tagging vlan pada frame yang sudah ditag, jadi dalam satu header frame ada dua buah tag vlan, yaitu tag outer dan tag inner.

  iii. Mac-in-Mac Enkapsulasi sebuah frame dengan header frame yang lain.

  iv. EoMPLS Ethernet over MPLS, merupakan teknologi (multi protocol label switching)MPLS Layer 2 atau disebut juga virtual private line services(VPLS).

Dibawah ini adalah perbandingan antara teknologi-teknologi wide area ethernet, berdasarkan kondisi apakah seorang user dapat menggunakan vlan tagging atau tidak dan juga berdasarkan apakah EVN menjalankan MAC learning atau tidak.

IV. Desain dan deployment RISE

• Desain RISE Teknologi Ethernet untuk EVN, menggunakan Q-in-Q, 1 vlan untuk mengidentifikasi users ports dan satu lagi untuk mengidentifikasi tunnel ID antara 1 buah OpenFlow switch ke EVN switch.

• Arsitektur dasar RISE Dalam arsitektur dasar RISE, terdapat buah OpenFlow switch dan satu buah switch tradisional pada setiap site di testbed JGN, satu dari dua OpenFlow switch disebut edge OpenFlow switch(E-OFS) dan yang lain disebut distribution Openflow switch(D-OFS)

  E-OFS menyediakan koneksi langsung ke user dan menyediakan vlan tagging per user port, frame yang keluar dari E-OFS dan masuk ke D-OFS diberikan vlan tagging sekali lagi dan terbentuklah tunnel antar user domain antar site yang berbeda.

  

• Topologi Rise Berikut adalah gambar topologi RISE yang dibangun diatas testbed JGN-X, gambar topologi ini, hanya menampakan OpenFlow network di sisi edge saja, dari sini bisa kita lihat site-site RISE ada diberbagai kota-kota yang ada di jepang, dan satu site lagi ada di Los Angles Amarika serikat.

V. Kesimpulan

Dalam paper ini dikemukakan design, teknologi dan pengembangan RISE, wide area OpenFlow network testbed Pengembangan testbed selanjutnya :

• Penggunaan MPLS untuk teknologi Tunneling di WAN.
• Peningkatan Penggunaan dari masing-masing slices jaringan SDN.
• OpenFlow testbed inter-connections.

VI. Referensi

Yoshihiko Kanaumi, Shu-ichi Saito, Eiji Kawai, "Deployment and Operation of Wide-area hybrid Openflow Networks", in IEEE/IFIP 4th Workshop on Management of the Future Internet, 2012