データセンターネットワーク仮想化技術の進化

ネットワーク仮想化技術は近年、ネットワーク分野で最も注目されている技術の一つとなっており、データセンター構築において仮想化は考慮しなければならない重要な側面となっています。実は、ネットワーク仮想化技術は近年になって登場したばかりのものではなく、SDN だけが唯一の種類でもありません。仮想化技術はインターネットの誕生当初から存在していました。しかし、当時の仮想化技術はネットワーク機器の管理にのみ重点が置かれており、データ転送レベルでの転送と制御の分離は行われていませんでした。データセンターが仮想化技術を導入し開発する必要がある理由は、本質的にはネットワーク管理レベルを向上させ、ネットワークの運用と保守の効率を高めるためです。データセンターのネットワーク規模が大きくなるにつれて、管理するネットワーク機器の数も増え、ネットワークの運用・保守レベルの向上が必須となっています。データセンターにネットワークデバイスが 100 台追加された場合、運用保守担当者の数を一定に保つか、またはわずかに増やすことができれば、これが運用保守効率の向上の最も直接的な現れとなります。次に、SDN の登場以前にネットワーク仮想化が辿ってきた技術進化のプロセスについて詳しくお話しします。

LLDPテクノロジー

LLDP (Link Layer Discovery Protocol) は、リンク層検出プロトコルと呼ばれます。 2005 年に IEEE802.1AB 標準になりました。近接検出プロトコルです。 LLDP プロトコルにより、ネットワークに接続された各デバイスは、その主な機能、管理アドレス、デバイス ID、インターフェイス ID などの情報を、同じローカル エリア ネットワークに接続された他のデバイスに送信できるようになります。デバイスは、ネットワーク上の他のデバイスから LLDP 情報を受信すると、その情報を MIB の形式で保存します。この情報を使用して、デバイスの物理トポロジを検出し、構成情報を管理できます。 LLDP はデータセンター ネットワークで広く使用されており、現在でも広く使用されています。ネットワーク デバイスにはさまざまなデバイスに接続される多数のポートがあるため、これが最も役立ちます。場所によっては、デバイスが複数の層にカスケード接続されています。 LLDP プロトコルを通じて取得すると、これらのポートがどのデバイスに接続されているかが一目でわかります。これは単にネットワーク相互接続用の電子ラベルです。人々が機器のところに行ってオンライン相互接続ラベルを見ると、効率が低すぎます。多くのデータセンターはリモートで管理されており、現場のコンピュータ室に行って確認することは不可能です。そのため、LLDP は運用・保守担当者が日常的に最も頻繁に使用する技術となっています。

クラスターテクノロジー

LLDP プロトコルは情報通知にのみ使用できます。デバイスの情報を通知したり、他のデバイスの情報を取得したりすることで、ネットワーク全体のデバイスの相互接続状態を取得するために使用されます。ただし、LLDP ではリモート デバイスの設定を変更することはできません。ネットワーク トポロジと管理構成に関する情報のみを提供します。このため、LLDP ではデータセンター ネットワークの運用と保守のニーズを完全に満たすことができず、クラスタ テクノロジが登場しました。ネットワーク クラスター テクノロジーは、ネットワーク デバイスの管理と構成が必要なため、ほとんどがプライベート プロトコルです。例: Huawei の HGMP (Huawei Group Management Protocol) や Cisco の CMS (Cluster Management Suite)。クラスタ技術は、大規模な機器の構成とメンテナンス、および IP リソースの重大な浪費の問題を解決できます。複数のネットワーク デバイスを構成および管理するには、管理デバイスでパブリック IP アドレスを構成するだけでよく、構成のために各メンバー デバイスの構成ポートにログインする必要はありません。クラスター テクノロジーにより、ネットワーク展開の初期段階での手動構成の量が削減され、ネットワーク デバイスのプラグ アンド プレイが可能になり、ネットワーク展開の効率が向上します。しかし、クラスター技術は民間技術であるため、将来の開発の余地は限られています。特に、代替技術が多数存在する現在では、クラスター技術を使用する人はほとんどいません。さらに、他のネットワーク デバイスの構成を任意に変更できる機能は、誤った構成によって業務が中断される可能性があるため、必ずしも好ましいことではありません。これらすべての要因により、クラスター テクノロジの使用はますます少なくなり、今日のデータ センター ネットワークでクラスター テクノロジを見つけることは困難になっています。

デバイス仮想化技術

クラスタ技術ではデータセンターのネットワーク管理と制御のニーズを満たすことができなくなったため、デバイスレベルの仮想化技術が登場しました。デバイス仮想化とは、ソフトウェア テクノロジを使用して、2 つ以上の同一または類似のネットワーク デバイスを 1 つのデバイスに仮想化して管理することを指します。これにより、デバイス管理の効率が向上し、仮想化されたデバイスを複数の小さな仮想ネットワーク デバイスに分割して使いやすくすることもできます。仮想化テクノロジーは、最初に Cisco によって設計および提案され、Cisco のボックス スイッチに最初に実装されました。複数のボックス デバイスを 1 つのデバイスに仮想化することで、管理が容易になります。同時に、仮想化デバイスのポート密度と転送機能も向上します。デバイス仮想化では内部でプライベート プロトコルが実行されるため、異なるメーカーのデバイスを仮想化することはできません。データ センターが仮想化を導入する場合、単一の製造元から同じモデルのデバイスを複数購入する必要があり、データ センターの投資コストが目に見えない形で増加します。しかし、仮想化技術のメリットも明らかであるため、データセンターには仮想化されたデバイスが数多く存在します。今日のデータセンターのコンピュータ室でも、仮想化されたデバイスがいたるところに見られます。ただし、仮想化テクノロジにも制限があります。仮想化されたデバイスのソフトウェア バージョンをアップグレードすることは非常に困難であり、ビジネス アップグレードを中断しなければならないことがよくあります。仮想化により、単一デバイスの CPU 処理負荷も増加します。仮想化テクノロジーをサポートするには、デバイスに強力な CPU とメモリが必要です。

1BRテクノロジー

デバイス仮想化テクノロジーでは、仮想化されるデバイスに対して高い要件が課せられます。モデルは類似している必要があり、実装はプライベートである必要があります。異なるメーカーのデバイスを仮想化することは不可能であるため、データセンターがデバイス仮想化テクノロジを使用する意欲は大幅に低下します。データセンターが 1 つのネットワーク メーカーからのみ機器を購入することは不可能です。複数のメーカー間でバランスを取り、すべての卵を 1 つのバスケットに入れることを避け、リスクを軽減するために、少なくとも 2 つか 3 つのメーカーから機器を購入する必要があります。異なるメーカーのネットワークデバイスを接続し、仮想化ネットワークを形成するために、1BRテクノロジーが登場しました。 1BRは2011年に公開された国際標準規格です。ネットワーク機器の仮想化の実装を包括的に設計します。最も重要な点は、メーカー間の壁を取り払うことです。これは、すべてのネットワーク メーカーの機器間の仮想化を可能にするパブリック プロトコルのセットです。理論上、1BR はすべてのネットワーク デバイスをカスケード接続し、デバイス数に制限なく超大規模ネットワーク デバイスに仮想化できます。これは、デバイス仮想化テクノロジの規模よりもはるかに大きいものです。 1BR は、すべてのネットワーク デバイス間の疎結合も実現します。デバイス間のポートが UP であり、ポートで 1BR プロトコルが使用されている限り、仮想化を完了できます。ポートがダウンすると、デバイス間の仮想化は自動的に分割されます。非常に柔軟に使用できるため、1BR は一部のデータセンター ユーザーに好評を博しています。しかし、1BRは2011年に提案されたばかりの規格であり、まだ6年しか経っておらず、長いとは言えません。技術自体にも未解決の問題がいくつかあり、それが 1BR 技術の開発を制限しています。

上記の仮想化テクノロジーはすべて、データセンターのネットワーク管理に利便性をもたらしました。これらのテクノロジーの一部は、今でもデータセンターで広く使用されています。 SDN の登場によって、これらの仮想化テクノロジがすべて置き換えられる可能性は低いでしょう。これからの時代、私たちはきっと長く共存していくでしょう。