ネットワーク仮想化

コンピューティングにおいて、ネットワーク仮想化とは、ハードウェアとソフトウェアのネットワーク リソースとネットワーク機能を、単一のソフトウェア ベースの管理エンティティである仮想ネットワークに結合するプロセスです。ネットワーク仮想化にはプラットフォーム仮想化が含まれ、多くの場合、リソース仮想化と組み合わされます。

ネットワーク仮想化は、多数のネットワークまたはネットワークの一部を仮想ユニットに結合する外部仮想化と、単一のネットワークサーバー上のソフトウェア コンテナーにネットワークのような機能を提供する内部仮想化のいずれかに分類されます。

ソフトウェア テストでは、ソフトウェア開発者はネットワーク仮想化を使用して、ソフトウェアが動作することを意図しているネットワーク環境のシミュレーションで開発中のソフトウェアをテストします。アプリケーション パフォーマンス エンジニアリングのコンポーネントとして、ネットワーク仮想化を使用すると、開発者は、考えられるすべてのハードウェアまたはシステム ソフトウェアでソフトウェアを物理的にテストしなくても、テスト環境でアプリケーション、サービス、依存関係、およびエンド ユーザー間の接続をエミュレートできます。テストの有効性は、実際のハードウェアとオペレーティング システムをエミュレートする際のネットワーク仮想化の精度に依存します。

さまざまな機器およびソフトウェア ベンダーが、次のいずれかを組み合わせてネットワーク仮想化を提供しています。

• スイッチやネットワーク アダプタなどのネットワーク ハードウェア (ネットワーク インターフェイス カード (NIC) とも呼ばれる)
• ファイアウォールやロードバランサなどのネットワーク要素
• 仮想 LAN (VLAN)などのネットワークや仮想マシン(VM)などのコンテナ
• ネットワークストレージデバイス
• 通信機器などのネットワークマシンツーマシン要素
• ノートパソコン、タブレット、スマートフォンなどのネットワークモバイル要素
• イーサネットやファイバーチャネルなどのネットワークメディア

外部ネットワーク仮想化は、1 つ以上のローカル エリア ネットワーク(LAN) を仮想ネットワークに結合または分割して、大規模ネットワークまたはデータ センターの効率を向上させます。仮想ローカル エリア ネットワーク (VLAN) とネットワーク スイッチが主要なコンポーネントです。このテクノロジを使用すると、システム管理者は、物理的に同じローカル ネットワークに接続されているシステムを個別の仮想ネットワークに構成できます。逆に、管理者は、個別のローカル エリア ネットワーク(LAN) 上のシステムを、大規模ネットワークのセグメントにまたがる単一の VLAN に結合することもできます。

外部ネットワーク仮想化は、ネットワークスタックの中央に配置され、次世代ネットワークに提案されているさまざまなアーキテクチャを統合するのに役立つことが想定されています。^[1]

内部ネットワーク仮想化は、Xenハイパーバイザー制御プログラムなどの ソフトウェアコンテナやVNICなどの疑似インターフェースを使用して単一のシステムを構成し、ソフトウェアで物理ネットワークをエミュレートします。これにより、アプリケーションを別のコンテナまたは疑似インターフェースに分離することで、単一システムの効率を向上させることができます。^[2]

CitrixとVyatta は、Vyatta のルーティング、ファイアウォール、VPN 機能と Citrix の Netscalerロード バランサ、ブランチ リピータWAN (広域ネットワーク) 最適化、セキュア ソケット レイヤーVPN を組み合わせた仮想ネットワークプロトコル スタックを構築しました。

OpenSolarisネットワーク仮想化は、いわゆる「ネットワーク イン ア ボックス」を提供します ( 「OpenSolaris ネットワーク仮想化およびリソース制御」を参照)。

Microsoft Virtual Server は、仮想マシンを使用して、 x86システム用の「ネットワーク イン ア ボックス」を作成します。これらのコンテナーは、特定のネットワーク インターフェイス コントローラー(NIC)に関連付けられているか、または独立して、Microsoft WindowsやLinuxなどのさまざまなオペレーティング システムを実行できます。

ネットワーク仮想化は、アプリケーションの開発とテストで、実際のハードウェアとシステム ソフトウェアを模倣するために使用されます。アプリケーション パフォーマンス エンジニアリングでは、ネットワーク仮想化により、ソフトウェア テスト用にアプリケーション、サービス、依存関係、およびエンド ユーザー間の接続をエミュレートできます。

無線ネットワーク仮想化は、スペクトル共有、インフラストラクチャ仮想化、エアインターフェース仮想化など、非常に幅広い範囲に及ぶ可能性があります。 1 つ以上のプロバイダーが所有する物理インフラストラクチャを複数のサービスプロバイダー間で共有できる有線ネットワーク仮想化と同様に、無線ネットワーク仮想化では、物理的な無線インフラストラクチャと無線リソースを抽象化して、いくつかの仮想リソースに分離し、さまざまなサービスプロバイダーに提供する必要があります。 言い換えると、有線ネットワークか無線ネットワークかに関係なく、仮想化はネットワークシステム全体を分割するプロセスと見なすことができます。 ただし、時間によって変化するチャネル、減衰、モビリティ、ブロードキャストなどの点で、無線環境の独特の特性により、問題はより複雑になります。 さらに、無線ネットワーク仮想化は特定のアクセステクノロジに依存しており、無線ネットワークには有線ネットワーク仮想化と比較してはるかに多くのアクセステクノロジが含まれており、各アクセステクノロジには特定の特性があるため、収束、共有、抽象化を実現することが困難です。 したがって、無線ネットワーク仮想化をネットワーク仮想化のサブセットと見なすのは正確ではない可能性があります。^[3]

1 Gbit/s ネットワークまでは、ネットワーク仮想化は相互接続を提供するソフトウェア層やハイパーバイザ層のオーバーヘッドの影響を受けませんでした。10 Gbit/s 以上の高帯域幅の出現により、パケットのレートがネットワーク スタックの処理能力を超えています。^[要出典]高スループット処理を提供し続けるために、ハイパーバイザのSRIOV拡張機能を使用するハードウェア依存のネットワーク インターフェイス コントローラ(NIC)またはNIC とペイロード (仮想マシンまたはコンテナ) 間の 高速パステクノロジを使用する、いわゆる「ネットワーク イン ア ボックス」にソフトウェア ヘルパーとハードウェア ヘルパーの組み合わせが展開されます。

たとえば、Openstackの場合、ネットワークは Neutron によって提供され、ネットワークには Linux カーネルの多くの機能 (iptables、iproute2、L2 ブリッジ、L3 ルーティング、OVS) が活用されます。Linux カーネルは 10G パケット レートを維持できないため^{[引用が必要]}、高速パス用のバイパス技術が使用されます。主なバイパス技術は、 DPDKユーザー スペース実装を備えたOpen vSwitch (OVS)などの限られた機能セットに基づくか、 6WIND仮想アクセラレータなどの Linux 処理のフル機能とオフロードに基づいています。

• Esposito, Flavio; Matta, Ibrahim; Ishakian, Vatche (2011). 「分散サービスアーキテクチャ向けスライス埋め込みソリューション」(PDF) . ACM Computing Surveys . 46 (1): 1–29. CiteSeerX  10.1.1.300.4425 . doi :10.1145/2522968.2522974. S2CID  2307120 . 2017 年12 月 5 日に取得。
• Chowdhury, NM Mosharaf Kabir; Boutaba, Raouf (2010). 「ネットワーク仮想化の調査」.コンピュータネットワーク. 54 (5): 862–876. doi :10.1016/j.comnet.2009.10.017. ISSN  1389-1286.
• Berl, Andreas ; Fischer, Andreas; de Meer, Hermann (2009)。「システム仮想化を使用した仮想化ネットワークの作成」。EASST の電子通信。17 : 1–12。ISSN 1863-2122  。
• Fischer, Andreas; Botero, Juan Felipe; Beck, Michael Till; de Meer, Hermann; Hesselbach, Xavier (2013). 「仮想ネットワークの埋め込み: 調査」. IEEE Communications Surveys & Tutorials . 15 (4): 1–19. doi :10.1109/SURV.2013.013013.00155. ISSN  1553-877X. S2CID  206584013.

• NetworkVirtualization.com | ニュースは 2008 年 6 月 3 日に取得
• RAD VPLS チュートリアル
• VPNの種類
• VMware 仮想ネットワークの概念 2008 年 10 月 26 日取得
• ネットワーク機能仮想化(NFV)のメリット