仮想スイッチと仮想ネットワーク

1台の物理サーバー上で多数のVMが動作している場合でも、VM同士や外部の世界と通信する必要があります。仮想スイッチ（vSwitch）は、ハイパーバイザー内で動作し、物理スイッチと同じ役割を仮想マシン向けに果たすソフトウェアです。

VM間や、ホストの物理ネットワークカードを経由した外部へのEthernetフレーム転送を行うため、ネットワークがサーバー内部にまで届くようになります。

各VMには1つ以上の仮想NIC（仮想ネットワークインターフェースカード）が割り当てられます。ゲストOSから見ると、vNICは固有のMACアドレス（Media Access Controlハードウェアアドレス）を持つ実際のEthernetアダプターとまったく同じように見えます。

vNICは仮想スイッチのポートに接続されます。そこから先は、トラフィックをホスト内部にとどめるか、物理LANへ送出するかをハイパーバイザーが判断します。

仮想スイッチは物理スイッチと同じように動作します。どのMACアドレスがどの仮想ポートにあるかを学習し、フレームを必要な宛先にだけ転送します。同じホスト上にある2台のVM間のトラフィックは物理ケーブルを一切通らないため、非常に高速です。

VMが別のホストやインターネットに接続する必要がある場合、vSwitchはアップリンク（ホストの実ネットワークアダプター）を経由してフレームを送出します。

アップリンクとは、仮想スイッチを実際のネットワークに接続する、ホスト上の物理NICです。複数の物理NICを1つのvSwitchに割り当てることで、帯域幅の拡大と冗長化を実現できます。この手法をNICチーミングまたはリンクアグリゲーションと呼びます。

アップリンクのケーブルが1本故障しても、他のケーブルによってVMのオンライン状態は維持されます。アップリンクがなければ、vSwitchは孤立し、VM同士でしか通信できません。

仮想スイッチは、ハードウェアスイッチと同じようにVLAN（Virtual Local Area Networks）をサポートします。VMを別々のVLANに配置すれば、同じホスト上にあっても、たとえばWebサーバーとデータベースサーバーを分離できます。

vSwitchはフレームにVLAN IDのタグを付け、トランクアップリンクを通じて物理ネットワークへ渡します。これにより、仮想環境から物理環境まで一貫したセグメンテーションを維持できます。

ハイパーバイザーには、vSwitchの接続モードがいくつか用意されています。

• 外部: 物理NICに接続されるため、VMはLANやインターネットにアクセスできます。
• 内部: VM同士およびホストとは通信できますが、外部ネットワークとは通信できません。
• プライベート: VM同士でのみ通信でき、ホストからも完全に分離されます。

適切なモードを選ぶことで、VMのトラフィックがどこまで到達できるかを正確に制御できます。

多くのデスクトップ向けハイパーバイザーは、NAT（Network Address Translation）モードを提供しています。VMはプライベートな仮想ネットワーク上で動作し、家庭内のデバイスが1つのパブリックアドレスを共有するのと同じように、ホストの単一のIPアドレスを共有してインターネットに接続します。

NATは、実際のLAN上でVMごとにアドレスを用意しなくてもインターネットアクセスを提供できるため、ラボ環境に便利です。ただし、外部からの接続にはポートフォワーディングが必要です。

大規模なデータセンターでは、分散仮想スイッチが複数の物理ホストにまたがって動作し、1つの論理スイッチとして管理されます。VMware vDSなどのツールを使うと、管理者はネットワークポリシーを一度設定するだけで、すべての環境に適用できます。

VMをホスト間でライブマイグレーションする場合も、ネットワーク設定がVMに自動的に追従するため、ホストごとに設定する必要がなく、一貫性を保てます。

SDN（Software-Defined Networking）は、制御プレーン（トラフィックの転送先を決める部分）とデータプレーン（実際に転送する部分）を分離します。中央コントローラーがソフトウェアを通じてネットワークを構成するため、柔軟で自動化された運用が可能になります。

仮想スイッチはSDNに適しています。ケーブルを接続し直すのではなく、ネットワーク全体をコードで定義、変更、拡張できるため、クラウド規模の環境には不可欠です。

現代のトラブルシューティングでは、問題の原因がホスト内部にあることがよくあります。VMが接続できない場合、vNICが誤ったvSwitchやVLANに接続されていたり、アップリンクが停止していたりする可能性があります。仮想レイヤーを理解していれば、問題のない物理ケーブルを何時間も調べ続けずに済みます。

スイッチ、VLAN、MACアドレスといった概念は同じですが、ハイパーバイザー内のソフトウェアとして実装されています。

VMのvNICはvSwitchのポートに接続されます。vSwitchはローカルトラフィックを即座に転送し、外部向けのトラフィックをアップリンク経由で物理LANへ送出します。必要に応じてVLANタグを付けることもできます。外部、内部、プライベート、NATの各モードを選ぶことで通信範囲を制御でき、分散スイッチとSDNによってこの設計をデータセンター全体に拡張できます。

仮想ネットワークのモードについて理解度を確認しましょう。

仮想スイッチは仮想NICを使ってVM間のフレームを転送し、アップリンクを通じて物理ネットワークに接続します。vSwitchはVLANをサポートし、通信範囲を制御するために外部、内部、プライベート、NATの各モードを提供します。分散スイッチとSDNによってこの設計をデータセンター全体に拡張できるため、ネットワークのトラブルシューティングはホスト内部にも及びます。