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初めての“ネットワーク仮想化”入門

2013/04/22


 サーバやストレージなど様々なIT資源が仮想化していくなか、よりフレキシブルな仮想化環境を実現するために欠かせないネットワーク領域における仮想化技術。現在様々なアプローチが検討されており、その技術はいまだ進化の過程にある。そこで今回は、発展途上にあるネットワーク仮想化の基礎知識と最新動向を詳しく紹介していく。

ネットワーク仮想化

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ネットワーク仮想化とは?

 「ネットワーク仮想化」とは、サーバやストレージ領域における仮想化同様、ネットワーク機器を仮想化することで物理的なネットワークを一切変更することなくネットワーク構成を柔軟に変更できるようにする仕組みのことを指す。サーバ仮想化によってリソースの再配置が容易になった現在、ネットワーク領域においてもリソースの柔軟な再配置が求められるようになっている。
 ネットワーク仮想化の発想は、何も最近のものではない。以前からある代表的なネットワーク仮想化技術に、ネットワークを論理的に区分けするVLAN(Virtual Local Area Network)がある。VLANを利用してネットワークを論理的に分割することで、例えば部署によって高いセキュリティレベルを確保したり、特定のネットワークを企業同士で共同利用したりすることが可能なネットワークが構築できることはご存じの通りだろう。

■仮想環境の課題とネットワーク仮想化“2つ”のアプローチ

 サーバ仮想化技術は、1台のサーバを複数の仮想的なサーバとして分割し、個別のOSやアプリケーションを動作させることが可能な技術として2004年頃に登場した。その後、仮想マシン(VM)の稼働領域を単一の物理機器を超えて移動させることが可能なライブマイグレーションと呼ばれる技術が2010年頃に登場。この技術のおかげで、OSやアプリケーションを停止させることなく、自由に物理サーバ間を移動させることができるようになり、万一の障害発生時やメンテナンス時などに重宝する技術として広く取り入れられるようになった。 このライブマイグレーションを実装するためには、仮想マシンが移動した後でも、IPアドレスやデフォルトゲートウェイなど同じネットワーク設定で利用できるようにしておく必要があり、フラットなレイヤ2ネットワークで構成する必要がある。
 しかし、物理的なレイヤ3スイッチなどが介在した場合は、物理スイッチに設定されているポートプロファイルの自動付け替えなどが必要となるなど、従来のVLANでは対処できない問題もあり、VLANに代わるネットワーク仮想化のアプローチが要求されるようになってきた。また、クラウドコンピューティングが広がる過程で、事業者を中心に大規模なサーバ仮想化環境が求められるようになっており、図1にあるような様々な課題が顕在化してきている状況にある。

図1 仮想化環境の周りにある課題
図1 仮想化環境の周りにある課題
サーバ仮想化は導入したものの、なんだかネットワーク周りであれこれ制約が・・・・。
結局サーバは仮想化で簡単に立ち上がるようになったけど、ネットワーク側の作業は変わらない・・・
資料提供:日本アイ・ビー・エム

 現在、これらの課題をうまく解決しながら、より柔軟性のある仮想環境を実現するために、様々な方法が議論されている。特にネットワーク仮想化議論の中心になるのが、既存の資産を活かしながら技術拡張を行うアプローチと、まったく新たな方法でこの課題を解決しようというアプローチだ。

既存技術を拡張するアプローチ

 既存のVLANを使ってネットワークを論理的に分割するためには、イーサヘッダに12ビット長のVLAN ID(VID)を付与することが必要であり、VIDは最大4094個まで割り当てることが可能だ。しかし、クラウド事業者をはじめとした大規模なクラウド環境においては、VIDの数が足りなくなるという課題が顕在化してきた。しかも、既存の環境にはルータなどのレイヤ3機器が存在していることが一般的であり、このような機器を越えてライブマイグレーションを行うためには、物理スイッチに設定されているポートプロファイルの自動付け替えなど、ネットワーク側からライブマイグレーションを支援するための技術が必要になる。そのために、VLANを拡張した様々な技術が開発され、その中心的なものが「VXLAN」や「NVGRE」「STT」と呼ばれるプロトコルだ。
 これらは、上位レイヤのプロトコルで既存のネットワークに仮想ネットワークを作り出すことから、「仮想オーバーレイ方式」と呼ばれている。

新たな技術によるアプローチ

 既存技術の拡張に先立って、ネットワーク制御のあり方を抜本的に見直し、柔軟なネットワーク制御を可能にしようという動きも現れた。例えば、レイヤ2ネットワークでは、パケットのループを防止するためにネットワーク経路をSTP(Spanning Tree Protocol)によって明示的に遮断しなければならないという論理的な限界があり、ネットワークを織物のように張り巡らせて有効活用する「イーサネットファブリック」という考え方の議論も活発になされるようになっていた。
 そんな議論の過程を経る中で、ネットワーク仮想化における新たな技術が登場することになった。これが、ソフトウェアによって自由にネットワークを制御しようという「SDN(Software-Defined Network)」と呼ばれる考え方であり、その代表的な仕組みとして注目されているのが「OpenFlow」だ。
 このOpenFlowを採用した方式のことを、仮想オーバーレイ方式に対して「ホップバイホップ方式」と呼ぶ場合もある。

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