注目を集めるネットワーク制御技術「OpenFlow」（前編）
ソフトウェア定義型ネットワークを構築するOpenFlowで何が変わる？
オープンソースのネットワーク制御技術「OpenFlow」。その特徴は、ネットワーク経路をフローとして定義し、各種の制御を実現することにある。そのメリットを技術的に解説する。
この数カ月、「OpenFlow」というネットワーク技術が大きな話題を呼んでおり、ラスベガスで開かれたInterop 2011でも注目の的になった。しかし仮想化とクラウドネットワーキングの分野に大きな革命をもたらす可能性を秘めているのは、プロトコルそれ自体ではなく、そのベースとなるコンセプトだ。それは、ネットワークをソフトウェアで定義するという考え方だ。
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ソフトウェアで定義されたネットワークでは、スイッチとルータはソフトウェアベースの一元的管理システムから指令を受ける。OpenFlow環境では、制御プレーンがデータ転送プレーンから抽象化される。ネットワークの全体像をリアルタイムで把握する一元的コントローラーはネットワーク経路を「フロー」として定義し、このフローデータを個々のスイッチとルータに配信する。コントローラーはこれらのフローに基づいて全てのネットワーク機器間のデータ転送を調整することにより、仮想環境とクラウドネットワークで必要な自動制御ときめ細かな動的プロビジョニング管理を可能にする。
「OpenFlowはソフトウェア定義型ネットワークをインスタンス化したものだ」と説明するのは、米調査会社Gartnerの副社長兼上席アナリスト、マーク・ファビー氏だ。「このアイデアは10年以上前から存在する。米Juniper NetworksのQFabricなども、ソフトウェア定義型ネットワークのインスタンス化の1つだ。スイッチおよびコアとなるファブリックベースの機能で構成されるからだ。ネットワーク上の全ての機器がコントローラーと情報をやりとりし、コントローラーが経路および適用すべきサービスを判断するのだ」
このアプローチは、分散型・非協調型制御プレーンをベースとする今日のネットワークとは対照的だ。今日のネットワークにおいては、スイッチとルータが、周囲のネットワーク要素に関するデータが含まれるルーティング（MACアドレス）テーブルをそれぞれ保持しており、このデータに基づいて自ら転送経路を決定する。この方式は、ある時点まではうまくいった。しかし仮想化技術の登場に伴い、ITインフラは以前よりはるかに動的なものになった。ネットワークもそれに適合する必要がある。
OpenFlowとソフトウェア定義型ネットワーク
OpenFlowおよびソフトウェア定義型ネットワークの最大の目標は、ITインフラの変化に対するネットワークの対応能力と適合能力を高めることだ。今日のネットワークは静的であり、OSI参照モデルの第2層と第3層に対応するが、このモデルはサーバ仮想化をサポートしない。
「ネットワーキング専門家は従来、パケットにしか関心を持っていなかった。しかしパケットが全てだろうか。彼らは第2層と第3層だけを考えているが、実際問題として、現状を把握するにはOSIスタックの全てを緊密に結び付ける必要がある」と米調査会社Forrester Researchの上席リサーチアナリストのアンドレ・キンドネス氏は指摘する。
仮想化によってITインフラはより動的なものになったため、ネットワークは変化への対応能力を高める必要がある。サーバ管理者が仮想マシンをサーバ間で移動したとき、ネットワークはVLAN、QoSポリシー、ACL（Access Control List）を自動的に調整できなければならないのだ。
「現状では、仮想マシンを移動するのに平均で2日ほどかかる。ネットワーク側が自動化されていないからだ」とキンドネス氏は話す。「サーバ内では自動化されているが、仮想マシンがネットワークに入るには、変更チケットを発行した上でネットワーク技術者がネットワークの一部を変更する必要がある」
キンドネス氏によると、ネットワークの世界は基本的にアプリケーションの世界と結び付いておらず、パケットを管理するという機能に限定されているという。ソフトウェア定義型ネットワークの狙いは、「サーバとネットワーキングの世界をより効率的に活用するとともに、両方の世界を緊密に連係すること、異なる種類のハードウェアの間でのワークロードの利用状況を把握し、パケットがどのように流れるべきかを決定すること、そして全体的な効率を高め、資産を最も有効に活用することにある」と説明する。
ソフトウェア定義型ネットワーク――どのベンダーに頼ればいいのか
ソフトウェア定義型ネットワーキングを目指しているのはOpenFlowだけではない。米Arista Networksは米VMwareと提携し、仮想サーバインフラの変化に柔軟に対応することを狙った独自のソフトウェア定義型ネットワークを開発する計画だ。自社のスイッチングファームウェアをVMwareに提供することにより、Aristaのスイッチが新しい仮想マシンのインスタンス化やインフラ内での仮想マシンの移行に自動的に対応できるようにするという。
「Open vSwitchと当社のスイッチングOSの連携を中心として社内開発を進めてきた」と話すのは、Aristaのマーケティング担当副社長、ダグ・グーレイ氏だ。「われわれが取り組んでいるのは、vSphereのようなプラットフォームをネットワーキングコントローラーとして扱うというアプローチだ。vSphereはVLAN、QoSポリシー、ACLなど仮想マシンに結び付いた全ての要素をコントロールできる。われわれはそこに注目し、当社のネットワーク機器が備える機能の一部について、vSphereの指令を受け取るようにするつもりだ。vCenter内で仮想マシンを作成し、この仮想マシンを移動するときにネットワークが処理しなければならない全ての作業を自動化する。この処理は、当社のスイッチとvSphereとの間で規定されたAPIを通じて実行される」
既に述べたように、JuniperのQFabricアーキテクチャは、ある意味ではソフトウェア定義型ネットワークだが、このアーキテクチャはまだ利用可能となっていない。JuniperはQFabricのデータ転送要素となる「QFX3500」をリリースしたが、コア装置の「QF/Interconnect」と管理アプライアンスの「QF/Director」（ソフトウェア定義型ネットワークのコントローラーに相当）のリリースは2011年後半になる見込みだ。
OpenFlowベースの製品の市場はまだ揺籃期にあるが、OpenFlowアーキテクチャのオープンなアプローチは、Juniperのアーキテクチャと対照的だ。QFabricでソフトウェア定義型ネットワークを構築するには、全てQFabric製品で統一しなければならない。これに対し、OpenFlowでソフトウェア定義型ネットワークを構築するには、OpenFlowをサポートする任意のベンダーが提供しているOpenFlowベースのコントロールとスイッチがあればよい。
自社のスイッチでOpenFlowをサポートした大手ネットワーキングベンダーはまだないが、2011年のInteropでは約10社の企業がこの技術のデモを行った。同技術に対応した製品を最初にリリースするのがNECだ。日本以外の市場ではネットワーキングベンダーとしての知名度は低いものの、NECは5年前から大学の研究者と共同でOpenFlowの開発に携わってきた。この取り組みの成果としてNECがInteropで発表した「ProgrammableFlow」製品シリーズは、「Best of Interop」賞を受賞した。
現時点でNECのProgrammableFlowは2つの製品で構成される。1つはOpenFlowに対応したスイッチ「PF5240」だ。この製品は48個のギガビットイーサネット（GbE）ポートと4個の10GbEアップリンクポートを搭載する。もう1つは「ProgrammableFlow Controller（PFC）」と呼ばれる製品だ。これは、PF5240スイッチおよび今後登場する各社のOpenFlow対応スイッチに代わって、全ての転送決定を下すことができるOpenFlowコントローラーソフトウェアだ。
米Big Switch Networksや米Nicira Networksなど数社の新興企業では、OpenFlowコントローラーの開発を進める一方で、スイッチングベンダーとの提携を模索している。
後編「使える？ 使えない？ OpenFlowをめぐる賛否両論」では、OpenFlowのスケーラビリティに対する懸念の声や、それを解決する取り組対いて解説する。
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