vCloud Directorでは、 vSphereで構成された論理リソースを、ユーザーが利用する単位である“組織”として割り当てる。vSphereは、CPUとメモリをリソースプールとして抽象化し、ストレージをデータストアとして抽象化する。これらの抽象化したリソースを、性能やコスト別にリソース定義し、定義したリソースを組織に対して割り当てる。このような仕組みを用いて、複数の組織を単一のインフラ上で稼働する環境を提供する。

vCloud Directorはユーザー組織単位で論理ネットワークを構築

vCloud Director によるリソース割り当てと管理権限

　ネットワークは、vSphere上では“ポートグループ”として抽象化されている。これがvCloud Directorでは、”外部ネットワーク”と“内部ネットワーク”に分類される。”外部ネットワーク”は、vSphereの論理基盤から物理ネットワークへの接続を担うネットワークになる。一方、組織の中だけで使用されるネットワークは”組織ネットワーク”と呼ばれ、単一組織内の複数の仮想マシン間で通信を許可するネットワークとなる。この”組織ネットワーク”は、vCloud Directorで構成したシステム内のみで通信をとどめる場合に使用するネットワークであり、外部へ接続する際には、NATやファイアウォールの機能を使用することで外部接続が可能となる。

　vCloud Director内で使用する”組織ネットワーク”では、vCloud Director内で仮想ネットワークをプール化し、各組織はプールの中から必要な時にネットワークを割り当てる形態となる。この際に、プールから割り当てられたネットワークは、物理的には異なるESX上で稼働する仮想マシン間の通信を行う必要もあるため、物理で構成された上位のスイッチでもこれらのプールで定義されたVLANを許可する必要がある。

vCloud DirectorによるVLANと物理スイッチの関係

　vCloud Directorで提供されるネットワークプールの種別を以下に記載する。以下に記載した種別の中で、vSphere Port Group BackedとVLAN Backedに関しては、従来の仮想化環境での課題をそのまま引き継ぐこととなる。ネットワークプールを作成する際に、事前にVLANを上位スイッチに設定する必要があるため、VLAN数の制約が踏襲されることとなる。そのため、VLAN数が増加することによる拡張性の課題、および、VLANを設定する際の迅速性の課題は解決されていない。

　3番目に記載した通り、vCloud Director が提供するネットワークプールには、「vCD-NI Backed」と呼ばれる方式がある。これは、MAC-in-MACによって、単一VLAN ID内で複数の仮想L2ネットワークを構成する手法であり、拡張性と迅速性双方の課題を解消できる。

　単一のVLANで複数の論理的なレイヤー2（L2）ネットワークを構成できるため、上位の物理スイッチでは、導入当初に単一のVLANのみ許可しておけば、追加の仮想ネットワークが必要になった際でも、手動でVLANを設定する必要はない。そのため迅速性の課題を解消でき、さらに、個別のL2ネットワークごとにVLAN IDを割り当てる必要がないため、VLANが枯渇する課題も同時に解消することが可能だ。

　この技術の中身を説明する。vCD-NIは、仮想マシンのオリジナルMACアドレスを含むフレームを再度カプセル化し、MAC-in-MACフレームを生成する。”vCD-NI MACヘッダ”は、宛先ESXサーバの仮想MACアドレスや、送信元ESXサーバを識別するための情報を保持し、”vCD-NI データヘッダ”は、仮想L2ネットワークを識別する「vCD-NIネットワークID (フェンスID)」、「バージョン」、「シーケンスNo」というvCD-NIの固有データを含む。フレームサイズは、1524バイトとなるため、上位の物理スイッチなどに対しては、MTUサイズの調整を実施する必要がある。

vCD-NIのヘッダ構造

　パケットシーケンスとして、仮想マシンは仮想NICからパケットを送出し、vSphereのネットワークAPIであるdvFilterがvCD-NIネットワークオーバーレイを行うために、vCD-NI MACヘッダとデータヘッダを付与する。vDSにより、パケットを転送するためのVLANタグを追加した後、物理NICへ転送する。宛先ESXでは、物理NICでパケットを受信し、vDSによりVLANタグが取り外され、dvfilterに転送する。最終的に、dvfilterが宛先仮想マシンに転送する。

　これらの動作は、vShiled Edge Gatewayと呼ばれるコンポーネントと連携して動作する。vShiled Edge Gateway はさらに、ファイアウォール、負荷分散、DHCPなどの機能も実装している。vCloud Director内において、ソフトウェアで定義されたネットワークを構成するための主要なコンポーネントとなっており、仮想化における柔軟性の課題を解消する手法の1つとして考えられる。

　vCD-NIを主とした構成によって、先に挙げたネットワークに関わる全ての課題は解決できているかのように見える。だが、本技術にも課題がある。それは、独自技術のため、その他の物理コンポーネントとの互換性がない点である。これは、物理ファイアウォールを使用したい場合や、物理ロードバランサを使用したい場合など、vCD-NIでカプセル化されたパケットが解釈できず、利用できないという課題である。

　これを解消するために汎用プロトコルとして登場したのが、VXLANだ。vCloud Directorはバージョン5.1からVXLANをサポートしており、VXLANを使用して仮想ネットワークをデプロイすることが可能となる。次回は、VXLANにフォーカスして詳細を紹介する。