図1：従来の仮想スイッチと、IEEE 802.1Qbg／802.1BRとの処理方法の比較

802.1Qbg：実装方法は「VEPA」「VEB」の2つ

　802.1Qbgには、「VEPA（Virtual Ethernet Port Aggregator）」と「VEB（Virtual Ethernet Bridge）」という2つの実装方法が定義されている。

　VEPAの場合、仮想マシンの通信トラフィックは、従来のようにハイパーバイザーの仮想スイッチで転送処理をせず、上位の物理スイッチにオフロードできる。

　VEPAを実現するために必要なコンポーネントは、VEPAに対応した物理スイッチと物理NIC、仮想スイッチ（ハイパーバイザー）の3つだ。ポートの構成情報を管理したり、構成情報をスイッチへ反映させる管理装置も必要となるが、こうした装置の標準化は完了していない（この標準化は、米IEEEとは別団体のDMTF（Distributed Management Task Force）が実施している）。現時点で802.1Qbg対応を見合わせているベンダーが多いのには、こうした背景がある。

　もう一方のVEBは、NICに転送機能をオフロードする方式である。同じ物理サーバ内の仮想マシン間の通信は、NICで折り返すトラフィックフローとなる。なおVEPAとVEBを同時に利用する形態も定義されている。

802.1BR：現時点ではシスコのみ対応、VEPAと機能は大差なし

　802.1BRは、シスコシステムズ（以下、シスコ）が推進している技術であり、同社はこれを「Cisco VM-FEX（仮想マシンファブリックエクステンダ）」と呼んでいる。他のベンダーが802.1Qbgを推進しているという背景もあり、802.1BRは標準化されてはいるものの、マルチベンダー構成は実現できないのが現状だ。

　802.1BRは、シスコの「Cisco UCS Bシリーズブレードサーバ」、もしくは「Cisco UCS Cシリーズラックサーバ」と「Cisco Nexusデータセンタースイッチ」の組み合わせで利用可能だ。対応するハイパーバイザーは、VMware vSphere 5とKVM。802.1BRの動作は、802.1QbgのVEPAと同様であり、両技術の機能やメリットには大差がない。

802.1Qbg／802.1BRのメリット：ライブマイグレーション時のVM設定追従が可能に

　802.1Qbgと802.1BRのメリットを整理すると、以下のようになる。

1. 物理スイッチが有するさまざまなネットワーク機能を利用できる
2. ハイパーバイザーの種類によって異なる仮想スイッチの設定が不要
3. サーバ管理者とネットワーク管理者の管理境界の明確化を実現できる（ネットワーク管理者がネットワークを一元管理できる）
4. サーバCPUの負荷軽減やI/O処理の向上が見込める
5. トラフィックを可視化できる
6. 仮想マシンのライブマイグレーションに対して、物理スイッチの設定を追従できる
7. 上記のメリットを標準技術で実現できる

　5番目のメリットであるトラフィックの可視化は、仮想マシン単位でのステータスやカウンタの参照、設定などができるようになることを指す。トラフィックの統計情報やパケットキャプチャーも実施しやすくなり、問題判別や利便性の向上も見込める。

　6番目に挙げた、ライブマイグレーションに対する物理スイッチの設定追従を実現するには、ライブマイグレーションを実行した際、仮想マシンがどのポートの配下に移動したのかを把握する仕組みが重要となる。

　802.1Qbgでは、「VDP（VSI Discovery and Configuration Protocol）」というプロトコルで、これを実現している。VDPを使うと、複数ベンダーの物理スイッチが混在した環境でも、ライブマイグレーションに対応したポート情報の自動変更が可能となる。802.1BRでも同様の仕組みが用意されているが、802.1Qbgとは採用するプロトコルが異なる。また、ライブマイグレーションに追従できる物理スイッチの範囲なども802.1Qbgとは異なるため、導入の際には注意が必要だ（ライブマイグレーションの課題を解決する技術については「【技術解説】仮想マシンを離れたデータセンターへ移動できる『DCI』」も参照）。

仮想ネットワーク最新技術2：マルチテナンシー／オーバーレイ

　2つ目は、大規模なマルチテナント環境の実現方法に関する技術動向である。1つの物理的インフラ（サーバ、ストレージ、ネットワークなど）に複数のユーザーを収容するマルチテナントの考え方自体は、新しいものではない。ネットワークでは、主にVLANでマルチテナントのニーズに対応してきた。

　一方、サーバ仮想化の登場によって、物理インフラの集約力が飛躍的に向上。サーバ仮想化を利用し、非常に多数のユーザー企業に効率よくインフラを提供できるIaaS（Infrastructure as a Service）の構築や利用が、クラウド事業者やユーザー企業を中心に進んでいる。IaaSでは、用意しなければならない仮想ネットワークの数も非常に多くなり、VLANによって実現できる約4000という仮想ネットワーク数（VLAN ID数）の上限では不足する可能性が高い。

　こうした背景から、大規模マルチテナントを実現できる新しい仮想ネットワーク技術の出現が求められている。ただし、仮想ネットワークの実現においては、ライブマイグレーションなどのサーバ仮想化のメリットを損なわないようにするため、VLANと同様、レイヤー2での通信経路の確保も重要となる。

　解決策として注目すべきなのが、「オーバーレイ」というネットワーク仮想化のアプローチである（図2）。

図2：オーバーレイによるネットワーク仮想化

オーバーレイ：VMホスト同士をレイヤー2で接続

　現在、オーバーレイによるネットワーク仮想化を実現する技術として、「VXLAN」「NVGRE」「STT（Stateless Transport Tunneling）」などがあるが、ここでは、中でも特に注目すべきVXLANに焦点を絞る（参考：「VXLAN」入門──VLANを拡張する新標準とその必要性）。VXLANは、2012年8月末に米サンフランシスコで開催されたカンファレンス「VMworld 2012」においても大々的に取り上げられたネットワーク技術である。

　図2に示したように、物理ネットワークを介してトンネルを生成し、仮想マシンを収容するホスト（物理サーバ）同士を仮想的なレイヤー2ネットワークで結ぶのが、オーバーレイの基本的な考え方だ。VXLANもこれに倣っている（参考：OpenFlowを対応機器なしで導入できる「オーバーレイ」）。

VXLANのメリット：約1600万の論理LANを作成可能、物理ネット構成に非依存

　VXLANの主なメリットとしては、以下の2点が挙げられる。

1. 約1600万の仮想レイヤー2ネットワーク（VNI）を作成できる
2. 基本的には物理ネットワークの構成に依存することなく、ハイパーバイザーの設定だけで利用できる。これにより、ネットワーク管理者と仮想化ネットワーク（ハイパーバイザー）の管理者間の調整負荷が軽減される

　1番目のVNIが作成可能というメリットが有用かどうかは、単純に基盤の規模（どれだけのユーザー数と仮想ネットワーク数を必要とするか）による部分が大きい。ただし、2番目のメリットについては、手作業によるネットワーク運用からなかなか脱却できない企業や事業者にとって、採用の大きなポイントとなり得るであろう。

VXLANの課題：非対応デバイスとの相互接続

　ただし、VXLANは新しい技術ならではの課題も抱える。代表例の1つは、既存のネットワークやVXLANに対応していないデバイスとの相互接続である。VXLANの仮想ネットワークに存在する仮想マシンが、VXLAN非対応のデバイスと通信する場合、VXLANとVLANの橋渡しをする「ゲートウェイ」が必要になる。

　ゲートウェイは、ハイパーバイザーで動作するソフトウェアと、物理的なアプライアンスの双方がベンダーから発表されており、実現したい相互接続によって両者の使い分けが必要になる。例えば、まだVXLANに対応していない製品がほとんどであるファイアウォールやロードバランサの場合、VXLAN環境で利用するには、アプライアンス型ゲートウェイによるVLANとVXLANの変換が必要になる。ゲートウェイも含めたVXLANネットワークの設計の考え方や運用性に関する情報はまだ少ないのが現状だ。

仮想ネットワークを検討する際の注意点

　802.1Qbgや802.1BRのような連携技術の採用、VXLANといった大規模なマルチテナント技術は、大規模データセンターにおける課題解決に大いに役立つ。

　注意すべきなのは、802.1Qbgや802.1BR、VXLANだけが課題解決策ではなく、OpenFlowといった今までの技術にとらわれない新しい技術や製品、さらにはベンダー独自技術もあるということだ。

　自社の課題やニーズに基づいて、幅広い領域からどの技術や製品が最適なのかを見極める必要がある。このためには、ネットワーク管理者とサーバ管理者が協調して検討するのが望ましい。まずは、両者が強調できる風土の醸成が必要になるだろう。

　当然ながら、管理者のスキルアップも必要不可欠だ。特にデータセンターのネットワーク管理者は、サーバやハイパーバイザー、ストレージ、また必要に応じてOpenFlowに代表されるSoftware Defined Network（SDN）の知識を持ち合わせることが望ましい。こうした技術は、一朝一夕では身に付かない。計画的かつ意識的に、最新技術についてキャッチアップすることをお勧めする。