1 つの記事でクラウドネットワークを理解する

企業のデジタル変革により、クラウドコンピューティングの発展が促進されました。中国情報通信研究院の統計によると、中国のクラウドコンピューティング市場は2020年に爆発的な成長を遂げ、成長率は56.6%に達しました。クラウドに移行する企業では、クラウドコンピューティングリソースを動的かつオンデマンドで提供する必要があります。クラウドリソースは、柔軟性があり、ローカルで応答し、単一のクラウドプロバイダーにロックインされることを回避し、高い信頼性を備えている必要があります。そのためには、クラウドリソースを接続するネットワークが迅速に提供でき、ビジネスニーズに応じて柔軟に調整できることが求められます。

事業者は、クラウドプライベートネットワーク、クラウド専用線、SD-WANなどのクラウドネットワーク統合サービスを開始し、クラウドネットワークインフラの統一的な計画と構築を強化しました。大規模ネットワークとの連携により、パブリッククラウド、プライベートクラウド、ハイブリッドクラウドなどの接続シナリオでは、クラウドネットワークに対する要件がさらに高まっています。クラウドネットワークには、「ワンストップ受付、自動起動、統一された運用と保守、オンデマンドのセルフサービス」などの新しいビジネスニーズを満たすクラウドネットワーク統合機能が必要です。

クラウドコンピューティングのシナリオでは、クラウドネットワークは次の 3 種類のトラフィックを効率的に伝送する必要があります。

東西トラフィック: データセンター内のサーバー間のトラフィック。仮想マシン間のストレージデータの相互通信、移行、同期を可能にします。
データセンター間トラフィック: 異なるデータセンター間のトラフィック。
南北トラフィック: データセンター外のアクセスポイントまたはデータソースとデータセンター内のサーバー間のトラフィック。

クラウドコンピューティングネットワークのコンセプト

クラウドネットワークは仮想化技術に基づいており、ネットワーク機能を開放して、クラウド移行およびクラウド利用のプロセスにある企業に「クラウドエッジエンド」相互接続サービスを提供します。クラウドネットワークは、オンデマンド、弾力性、ユビキタス性、測定可能な、クラウド中心のアプリケーションおよびテナント指向の仮想化ネットワークインフラストラクチャです。

クラウドコンピューティングは、ネットワークサービスであり、企業のテナントとアプリケーション向けのサービスネットワークです。従来のネットワークと比較すると、クラウドネットワークの一般的な機能は、共有、弾力性、セルフサービス、オンデマンドプロビジョニングです。クラウドネットワークは、ある程度、CT と IT の統合の産物です。

クラウドネットワークアーキテクチャ

図1: クラウドネットワークシステム

クラウドシナリオのトラフィックに応じて、クラウドネットワークは一般に、データセンター内ネットワーク、データセンター間ネットワーク、データセンターアクセスネットワークの 3 つの部分に分割されます。

1. データセンター内のネットワーク

データセンター内のネットワークは、サーバーやその他のリソースの高速アクセスのニーズを満たすために、主に同じデータセンター内で東西トラフィックを伝送します。一般的には、CLOS アーキテクチャに基づく 2 層の Spine-Leaf アーキテクチャを採用しています。

データセンタークラウドネットワーキングの基盤は、ネットワークリソースの仮想化です。ネットワーク要素とネットワークデバイスの仮想化により、リソースを柔軟かつ完全に共有できます。同時に、ネットワーク仮想化によりネットワーク機能が開放され、さまざまな機能やリソースが API にカプセル化されて顧客に提供されるため、顧客はクラウド、ネットワーク、端末のリソースを統一的に管理できるようになります。データセンタークラウドネットワークでは、通常、4 ～ 7 層のプロトコルネットワーク要素が NFV テクノロジーを使用して実装されます。クラウドネットワークは、ソフトウェア仮想化を通じてクラウドテナントにネットワーク機能を提供します。

データセンタークラウドネットワークでは、SDN を使用して制御プレーンと転送プレーンを分離し、制御層の柔軟性を高め、データ転送層をより標準化します。集中制御により、ネットワーク管理者はコントローラの API を介してプログラムを記述し、サービスの自動展開、サービスの展開サイクルの大幅な短縮、オンデマンドの動的な調整を実現できます。データセンタークラウドネットワークは、クラスタリングを使用して拡張をサポートし、ネットワーク仮想化と組み合わせて、各ユーザーに弾力性のあるネットワークを提供し、統一されたネットワークオーケストレーションと制御を実現します。

クラウドネットワーキングでは、ネットワークアドレスを最適化し、ネットワークパフォーマンスを向上させるテクノロジが使用されます。アドレス指定にはオーバーレイテクノロジーを使用します。ネットワーク性能の面では、ネットワーク機器の形状を再構築することで、データ転送機能を継続的に向上させています。クラウドネットワークのオーケストレーションには、次の2つの側面が含まれます。(1) ネットワーク機能の仮想化：標準サーバーを通じてネットワーク機能を仮想化します。クラウドコンピューティングのビジネスニーズに応じて、NFV ネットワーク要素のライフサイクルを管理し、オンデマンドで NFV リソースを動的に作成、削除、拡張し、ビジネスのトラフィックモデルに応じて対応する転送テーブル項目または転送ルールを発行して、ビジネスメッセージの正しい転送を保証します。（２）ネットワークサービスの仮想化：オーバーレイ技術により物理ネットワークを抽象化し、複数の独立した仮想ネットワークサービスを分割してテナントに提供することで、異なるテナントが独自のネットワーク環境を独立して管理できるようにします。

図2: データセンタークラウドネットワークの機能アーキテクチャ

データセンタークラウドネットワークの機能アーキテクチャは、下から上に、ネットワーク要素転送層、ネットワーク要素制御層、クラウド管理プラットフォームの 3 つの層で構成されます (図 2 を参照)。

ネットワーク要素転送層は、データセンタークラウドネットワークの基盤であり、ネットワークデータプレーン機能を提供します。転送層は汎用 CPU に基づいており、ソフトウェアプログラミングを通じてネットワークデータパケットを転送します。また、VxLAN や NVGRE などのトンネルテクノロジーを通じて、大規模なテナントの分離と再利用も実装します。

ネットワーク要素管理および制御層は、ネットワーク要素転送層に転送テーブルエントリを提供し、各ネットワーク要素の制御プレーンを集中的に処理します。ネットワーク要素制御層は、ネットワーク要素転送プレーンから独立しています。転送テーブルエントリを生成した後、制御層は転送テーブルエントリをデータプレーンに均一に送信します。

クラウド管理プラットフォームは、ネットワーク要素のオーケストレーション、認証、課金などの機能を提供し、テナントのさまざまなネットワーク要素の構成と起動や削除などのライフサイクルイベントを管理し、構成とイベントを管理および制御層に送信し、対応するネットワーク要素の転送テーブル項目を更新し、最後にビジネスニーズに応じてさまざまなネットワーク接続機能を提供します。

2. データセンター相互接続ネットワーク (DCI)

データセンター間のネットワークは、同じクラウドサービスプロバイダーの異なるデータセンター間のネットワークや、異なるクラウドサービスプロバイダーのデータセンター間のネットワークなど、異なるデータセンター間の南北トラフィックを伝送します。クラウドコンピューティングサービスの多様性とアクセスのランダム性により、DCI にはサービス分離と多様なアクセス方法という特性が求められます。 DCI 相互接続には通常 3 つの方法があります。

1 つはフロントエンドネットワーク相互接続（ネットワークレイヤー 3 相互接続とも呼ばれます）で、異なるデータセンターがフロントエンドネットワーク (出力) を介して相互接続されます。
2 つ目はレイヤー 2 相互接続です。これは、異なるデータセンター内のサーバーのネットワークアクセス層に大規模なレイヤー 2 相互接続ネットワークを構築し、サーバークラスターや仮想マシンの動的移行のニーズに対応します。
3 番目のタイプはバックエンドネットワーク相互接続であり、SAN、DWDH、SDH などのテクノロジを使用して、データセンター間のバックエンドストレージネットワーク相互接続を実現します。

実装レベルから見ると、DCI はバックボーンネットワークとアクセスネットワークに分けられます。バックボーンネットワークは、ネットワーク全体のトラフィックのインテリジェントなスケジューリングと高速転送を担当する専用の転送プレーンを構築します。アクセスエッジは、さまざまなビジネスの分類されたアクセスとサービスの差別化を実現します。クラウドの可用性ゾーンとネットワーク出力アーキテクチャは疎結合されており、それぞれが最適な方向に発展して、クラウドの可用性ゾーンの外部の出力スケジューリングプラットフォームを形成します。

データセンター間の相互接続では、複数のクラウドと複数の異種環境間の相互接続を解決する必要があります。 MPLS VPN と SD-WAN は、マルチクラウド相互接続の重要なテクノロジーです。 MPLS VPN はインターネットリンクから分離されており、強力なセキュリティと高いリンク品質を特徴としています。 SD-WAN は、コントローラを介してマルチクラウドインターネットを管理し、基盤となるリンクの品質を最適化し、低コスト、低遅延、高可用性のクラウド間情報伝送を実現します。

DCI は通常、クラウドサービスプロバイダー自身または専門の交換センターメーカーによって構築されます。 2000年以降、北京、上海、広州などに国家インターネット交換センターと複数の地域交換センターが設立されました。 2015年、インターネット企業を拠点とした交流センターが登場し始めました。 2020年から、新たなインターネット交換センターが登場し、我が国のインターネットの革新的な発展のためのネットワーク基盤となっています。新しいインターネット交換センターは、さまざまなネットワークへの差別のないアクセスを実現し、情報、データ、リソースの交換をより便利にします。

3. データセンターアクセスネットワーク

データセンターアクセスネットワークは、主に SDWAN テクノロジーを使用してクラウドリソースとユーザーを接続します。ブランチオフィスなどのアクセスポイントに SDN 集中管理・制御をサポートする CPE デバイスや vCPE ソフトウェアを導入することで、リソースを柔軟に割り当て、セルフサービスのクラウドリソースアクセスを実現できます。 SDWAN は、ビジネスの優先順位に応じて複数のネットワーク回線を結合し、ビジネスニーズを満たしながら全体的なネットワークコストを削減します。同時に、SDWAN のプログラム可能な API を使用して、自動展開を実現し、ネットワークの使用時間と方法を制御することもできます。

産業の発展

中国情報通信研究院の関連研究データによると、クラウド専用線、クラウドネットワーキング、SDWANに代表される中国のクラウドネットワークサービスの市場規模は、2020年に279億元に達しました。中国のクラウドネットワーク業界は、主に通信事業者、クラウドサービスプロバイダー、クラウド接続サービスプロバイダーで構成されています。

通信事業者はネットワーク機能を製品化します。 5G構築の進歩により、通信事業者はエッジクラウドノードにおいて大きな優位性を獲得し、コア、ベアラ、アクセスからクラウド+ネットワークカバレッジを形成し、ユーザーにマルチレベルかつ多様なクラウドネットワークサービスを提供できるようになります。
クラウドサービスプロバイダーは、クラウドサービスをネットワーク環境に適合させます。クラウドサービスプロバイダーは、クラウドを中核とするオープンで協力的なエコシステムを構築します。クラウド接続サービスプロバイダーは、パブリッククラウドサービスプロバイダーのネットワーク機能の向上を支援します。
クラウド接続サービスプロバイダーは、複数のパブリッククラウド間のネットワーク接続を開き、ネットワークリソースとパブリッククラウドリソースが相互に補完するパートナーシップモデルを形成します。

クラウドネットワーク開発の動向

技術の発展と市場の推進により、一般的なコンピューティングは仮想マシンからコンテナや関数コンピューティングへと進化し、コンピューティング能力は一般的なコンピューティングから専用コンピューティングへと移行し、クラウドネットワークは高いパフォーマンス要件を伴うコンピューティングタスクを実行できるようになりました。ロスレスネットワークと低遅延ネットワークは、徐々にクラウドネットワークの基本的なネットワークテクノロジ基盤になりつつあります。

エッジコンピューティングに対する市場の需要は急速に高まっており、クラウドエッジコラボレーションや分散クラウドが新たな形態となっています。クラウドエッジ連携ネットワークには、アクセス側、エッジ側、センター側のネットワークが含まれ、データセンターアクセスネットワーク、データセンター間ネットワーク、データセンター内ネットワークの複数の仮想化ソフトウェア機能コンポーネントが含まれます。

クラウドネイティブは、クラウドベースのビジネスを構築するための最適なモデルセットであり、クラウドネットワークがクラウドネイティブのビジネスニーズをサポートし、クラウドネイティブサービスのネットワークエンドポイントとサービスの相互運用性、セキュリティ、負荷分散の要件を満たすことが求められます。クラウドネイティブネットワークは、サービスメッシュ + コンテナネットワークインターフェイス CNI (コンテナネットワークインターフェイス) を通じて階層型サービスを提供します。 CNI はコンテナの作成と削除のための呼び出しメソッドを実装し、ServiceMash はレイヤー 4 ～ 7 のネットワークプロトコルをカプセル化します。クラウドネイティブネットワークのサポートにより、クラウドネイティブアプリケーションは、サービスステータス、電流制限、回路ブレーカー監視などの高レベルの要件にのみ集中すればよく、特定の IP アドレスやルーティングポリシーに注意を払う必要がなくなります。

次世代のクラウドコンピューティングは分散型クラウドになります (Gartner の予測)。分散クラウドでは、ネットワークにエッジと分散の特性が必要です。将来のクラウドネットワークは、ビジネス、クラウド、エッジの統合を実現し、クラウド、エッジ、クラウドネットワークの統合と連携を実現できる必要があります。クラウドネットワークは、中央クラウドや地域クラウドからエンドツーエンドのネットワークへと徐々に拡大していきます。大規模なクラウド交換センターは、クラウドネットワークコラボレーションの新しい形を形成し、異なる地域、異なるクラウドサービスプロバイダー、異なるオペレーター間のマルチクラウドリソースアクセスと複数のネットワーク相互接続を可能にします。

まとめ

クラウドネットワークは、クラウドネットワークリソースとサービス機能を統合し、クラウドネットワークの物理的な境界を徐々に突破し、ネットワーク、コンピューティング、ストレージを統合する技術アーキテクチャへと進化します。コンピューティングパワーネットワークは、クラウドネットワークの進化における次の段階になります。

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