VXLANとは何か、なぜ必要なのか？

著者 Leslie

日付 12/13/2023

この記事では、VXLANとは何か、VLANとどのように異なるのかを紹介し、VXLANへの理解を深め、それが必要かどうかを評価するのに役立ちます。

クラウドへの取り組みと仮想化技術がネットワークに対する私たちの理解と要求を継続的に形成する中で、VXLANは重要な技術として静かに台頭し、従来のネットワークの制約を変え、ネットワークアーキテクチャにまったく新しい可能性をもたらしています。本記事では、VXLAN、そのネットワーキングにおける役割、そしてそれが必要とされる理由について包括的に理解できるようにします。

VXLANとは何か、必要なのか？

VXLAN は、2014年にInternet Engineering Task Forceによって策定された仮想化ネットワーク技術です。これはレイヤー2 VLANを拡張したもので、VLANと同様の機能を提供しつつ、拡張性と柔軟性をさらに高めるよう設計されています。VXLANでは、複数の組織またはユーザーが単一の物理ネットワークを共有でき、各ユーザーから他の組織のネットワークトラフィックは見えません。基本的に、VXLANは、元のネットワークデバイスと宛先ネットワークデバイスの間にあるIPネットワーク上に論理トンネルを確立し、ユーザー側からのパケットをカプセル化してトンネル経由で転送するトンネリング技術です。

では、なぜVXLAN技術が必要なのでしょうか。これはいくつかの側面から説明する必要があります。

スケーラビリティ:

VLANは識別子が12ビットに制限されているため、サポートできる一意のVLANは最大4096個です。この制限により、大規模なデータセンターやクラウドコンピューティングの用途には不十分です。一方、VXLANは24ビットのVXLANネットワーク識別子（VNI）を使用し、最大16777215個の一意のVXLAN識別子をサポートできます。この機能により、あらゆるシナリオのニーズを満たす優れた拡張性が実現します。

大規模仮想化への対応：

VXLANは最大16777215個の一意の識別子を提供し、VLANの4096個を大幅に上回ります。VLANでは、ネットワークの規模が拡大するにつれて、ユーザーごとに個別の設定と管理が必要になります。VXLANは論理的分離を導入し、管理を簡素化します。また、VXLANにより、仮想マシンやコンテナが異なるサブネット間で通信できるため、柔軟性が向上し、物理トポロジーに制約されることなく、仮想マシンやコンテナをより自由に移行できます。

物理ネットワークの制約の克服：

UDPを使用したVXLANのパケットカプセル化により、UDPパケットを伝送できるあらゆるネットワーク上で動作できます。UDPパケットを、カプセル化を行うVXLANトンネルエンドポイントからカプセル化を解除するVTEPへ転送できる限り、基盤となるネットワークノードの物理的な配置やノード間の距離の重要性は低くなります。これは、VXLANが物理ネットワークによる制約を克服できるようにする重要な要因です。

VLANとVXLANの違いは何ですか？

VXLAN, VLANの拡張として、両者の間には、当初見えるよりもはるかに大きな違いがあります。どちらもネットワーク仮想化の領域に属しますが、ネットワーク分離や柔軟性などの点で大きく異なります。それぞれの違いをご案内します:

動作レイヤー：

データリンク層（レイヤー2）に実装されるVLANは、スイッチ上の異なるポートを個別の仮想ネットワークに分離することで、論理的なネットワーク分離を実現します。一方、ネットワーク層（レイヤー3）で動作するVXLANは、IPネットワーク上に論理トンネルを確立し、あるVXLANネットワークエンドポイントから別のエンドポイントへデータパケットをカプセル化して伝送することで、仮想ネットワーク間の通信を可能にします。

識別子のビットサイズ：

前述のとおり、VLANは12ビットのVLAN識別子に制限されており、最大4096個の一意のVLANをサポートします。一部の小規模な用途には十分ですが、大規模な導入にはVLANでは不十分です。一方、VXLANは24ビットのVXLANネットワーク識別子（VNI）を備え、実に16777215個の一意のVXLAN識別子をサポートするため、より大規模で複雑なネットワーク要件に適しています。

ネットワークの分離と柔軟性：

VLANは基本的なネットワーク分離のみを提供するため、大規模なネットワーク環境ではユーザーごとに個別の設定と管理が必要です。さらに、VLANにはサブネットをまたぐ通信に制限があります。一方、VXLANは論理分離の概念を導入し、管理を簡素化します。また、VXLANにより、仮想マシンやコンテナは異なるサブネット間で通信できるため、柔軟性が向上し、移行が容易になります。

動作メカニズム:

VLANは802.1Q規格を使用し、フレームヘッダーにVLANタグを追加して、データパケットが属する仮想ネットワークを示します。一方、VXLANはUDPカプセル化を採用し、送信元と宛先のネットワークデバイス間にあるIPネットワーク上に論理トンネルを作成します。レイヤー2 EthernetフレームをUDPにカプセル化し、レイヤー3ネットワークを介して伝送します。VXLANの利点は、UDPパケットの伝送をサポートするあらゆるネットワーク上で動作できることです。カプセル化を行うVXLANトンネルエンドポイント（VTEP）からカプセル化を解除するVTEPへUDPパケットを転送できる限り、基盤となるネットワークノードの物理的な配置や距離による制約はありません。

VXLANの適用

データセンターネットワークでは、VXLANベースのデータセンターを実現するためにスパイン・リーフアーキテクチャが導入されています。MLAGを組み込むことで、最適なパフォーマンスを確保しながら、ネットワークアーキテクチャの信頼性が向上します。VXLANの導入により、このソリューションは、大規模な仮想マシンの移行やユーザーサービスを柔軟に展開できるようにします。大規模データセンターやクラウドコンピューティング環境向けに設計されており、より大規模で複雑なネットワーク要件に対応します。

結論

結論として、VXLANは、ネットワークアーキテクチャの最新化、スケーラビリティの制約への対応、大規模データセンターやクラウドコンピューティング環境における柔軟な導入を可能にするための重要な技術として台頭しています。レイヤー3ネットワーク仮想化技術であるVXLANは、ユーザーのプライバシーとセキュリティを確保するだけでなく、トラフィックデータの独立性も保証します。追加のご質問やご不明な点がございましたら、QSFPTEKのCCIE/HCIEエンジニアまでお気軽にお問い合わせください [email protected].