가상 스위치와 네트워크

하나의 물리 서버에 여러 VM이 있더라도 서로 통신하고 외부 세계와 연결되어야 합니다. 가상 스위치(vSwitch)는 하이퍼바이저 내부에서 실행되며, 가상 머신을 위해 물리 스위치와 같은 역할을 하는 소프트웨어입니다.

가상 스위치는 VM 사이에서, 그리고 호스트의 물리 네트워크 카드로 나가는 이더넷 프레임을 전달합니다. 따라서 이제 네트워크가 서버 자체의 내부까지 도달합니다.

각 VM에는 하나 이상의 가상 NIC(가상 네트워크 인터페이스 카드)가 할당됩니다. 게스트 OS에서 vNIC는 자체 MAC 주소(매체 접근 제어 하드웨어 주소)를 가진 실제 이더넷 어댑터와 정확히 같은 모습으로 보입니다.

vNIC는 가상 스위치의 포트에 연결됩니다. 그다음 하이퍼바이저가 트래픽을 호스트 내부에 유지할지, 물리 LAN으로 내보낼지를 결정합니다.

가상 스위치는 물리 스위치와 비슷하게 작동합니다. 어떤 MAC 주소가 어느 가상 포트에 있는지 학습하고, 프레임을 해당 위치로만 전달합니다. 같은 호스트에 있는 두 VM 사이의 트래픽은 물리 케이블을 전혀 거치지 않으므로 매우 빠릅니다.

VM이 다른 호스트나 인터넷에 연결해야 할 때는 vSwitch가 업링크를 통해 프레임을 내보냅니다. 업링크는 호스트의 실제 네트워크 어댑터입니다.

업링크는 가상 스위치를 실제 네트워크에 연결하는 호스트의 물리 NIC입니다. 더 높은 대역폭과 이중화를 위해 여러 물리 NIC를 하나의 vSwitch에 연결할 수 있으며, 이를 NIC 팀 구성 또는 링크 집계라고 합니다.

업링크 케이블 하나에 장애가 발생해도 나머지 케이블이 VM을 온라인 상태로 유지합니다. 업링크가 없으면 vSwitch는 고립되어 VM끼리만 통신할 수 있습니다.

가상 스위치는 하드웨어 스위치와 마찬가지로 VLAN(가상 근거리 통신망)을 지원합니다. VM을 서로 다른 VLAN에 배치하면 같은 호스트에 있더라도 웹 서버와 데이터베이스 서버를 격리할 수 있습니다.

vSwitch는 프레임에 VLAN ID를 태그하고 트렁크 업링크를 통해 물리 네트워크로 전달하여, 가상 환경에서 물리 환경까지 네트워크 분할이 일관되게 유지되도록 합니다.

하이퍼바이저는 여러 vSwitch 연결 모드를 제공합니다.

• 외부: 물리 NIC에 연결되므로 VM이 LAN과 인터넷에 연결할 수 있습니다.
• 내부: VM끼리, 그리고 호스트와 통신할 수 있지만 외부 네트워크에는 연결되지 않습니다.
• 프라이빗: VM끼리만 통신할 수 있으며 호스트로부터도 완전히 격리됩니다.

적절한 모드를 선택하면 VM 트래픽이 어디까지 이동할 수 있는지 정확히 제어할 수 있습니다.

많은 데스크톱 하이퍼바이저는 NAT(네트워크 주소 변환) 모드를 제공합니다. VM은 사설 가상 네트워크에 속하고 호스트의 단일 IP 주소를 공유하여 인터넷에 연결합니다. 이는 가정의 기기들이 하나의 공용 주소를 공유하는 것과 같습니다.

NAT는 VM이 실제 LAN에서 자체 주소를 할당받지 않고도 인터넷에 접속할 수 있어 실습에 편리하지만, 인바운드 연결에는 포트 포워딩이 필요합니다.

대규모 데이터 센터에서는 분산 가상 스위치가 여러 물리 호스트에 걸쳐 작동하며 하나의 논리 스위치로 관리됩니다. VMware vDS와 같은 도구를 사용하면 관리자가 네트워크 정책을 한 번 구성하여 모든 곳에 적용할 수 있습니다.

이렇게 하면 VM을 호스트 간에 실시간 마이그레이션할 때 설정이 일관되게 유지됩니다. 호스트마다 네트워크 구성을 따로 설정할 필요 없이 구성이 VM을 자동으로 따라가기 때문입니다.

SDN(소프트웨어 정의 네트워킹)은 제어 플레인(트래픽이 어디로 이동할지 결정하는 부분)과 데이터 플레인(실제로 트래픽을 전달하는 부분)을 분리합니다. 중앙 컨트롤러가 소프트웨어를 통해 네트워크를 프로그래밍하므로 유연하고 자동화된 운영이 가능합니다.

가상 스위치는 SDN에 자연스럽게 잘 맞습니다. 케이블을 직접 연결하지 않고도 전체 네트워크를 코드로 정의하고 변경하며 확장할 수 있기 때문입니다. 이는 클라우드 규모의 환경에서 필수적입니다.

현대적인 문제 해결은 호스트 내부에서 끝나는 경우가 많습니다. 연결되지 않는 VM은 잘못된 vSwitch나 VLAN에 연결되어 있거나, 다운된 업링크를 사용하고 있을 수 있습니다. 가상 계층을 이해하면 정상인 물리 케이블을 찾아다니느라 몇 시간을 허비하지 않아도 됩니다.

스위치, VLAN, MAC 주소라는 동일한 개념이 적용되지만, 하이퍼바이저 내부의 소프트웨어로 구현됩니다.

VM의 vNIC는 vSwitch 포트에 연결됩니다. vSwitch는 로컬 트래픽을 즉시 전달하고, 외부 트래픽은 업링크를 통해 물리 LAN으로 내보내며, 필요하면 VLAN 태그를 붙입니다. 외부, 내부, 프라이빗 또는 NAT 모드를 선택하여 연결 범위를 제어할 수 있고, 분산 스위치와 SDN을 사용하면 이 설계를 전체 데이터 센터로 확장할 수 있습니다.

가상 네트워킹 모드에 대한 이해도를 확인해 보세요.

가상 스위치는 가상 NIC를 사용하는 VM 사이에서 프레임을 전달하고, 업링크를 통해 물리 네트워크에 연결됩니다. vSwitch는 VLAN을 지원하며 외부, 내부, 프라이빗, NAT 모드를 제공하여 연결 범위를 제어합니다. 분산 스위치와 SDN은 이 설계를 데이터 센터 전체로 확장하므로, 이제 네트워크 문제 해결 범위가 호스트 내부까지 이어집니다.