クラウドを支えるネットワーク基盤

クラウド

技術解説

連載 :

クラウドを支える基盤技術

2010年6月3日(木)

金田克己（かねだかつみ）

ネットワーク基盤

ネットワーク基盤は、リソース・プールにある各リソースを相互に接続するものであると説明しましたが、その構成はいくつか考えられます。

例えばサーバーとストレージを接続するのには、コストを考慮しない場合、Fibre Channelを使ったFC-SANが最適です。また、サーバー、ネットワーク機器を接続する場合には、安定性や取り回しの簡単さからIPネットワークを選択するのが適切です。しかし、サーバー - ストレージ接続用のネットワークと、サーバー - ネットワーク機器を接続するネットワークを複数持つことは、コスト面から避けたいところです。このため、ストレージはiSCSIを使ったIP-SANで接続するのが適切です。

次にネットワーク基盤をレイヤー3のIPネットワークで構成することを考えます。複数のユーザーが、自社のプライベート・アドレスの利用を希望する場合は、アドレスのバッティングが発生してIPルーティングが破たんします。 NAT（Network Address Translation）やPBR（Policy Based Routing）を駆使してつじつまを合わせることも考えられますが、運用しづらいネットワークになります。

そこで、レイヤー2イーサネットをネットワーク基盤として構成することを考えます。ストレージはiSCSIと決めましたから、データ・リンク・レイヤーにイーサネットを使うことは、全く問題ありません。

複数ユーザーのプライベート・アドレス利用には、VLAN（Virtual Local Area Network）技術を使用し、イーサネット・セグメントを分割すれば、原理的に通信ができなくなるので同じネットワーク基盤で同じプライベート・アドレスが利用されても問題はありません。また、VLANを用いてセグメントを分割することでユーザー間の通信は完全に分離されますのでセキュリティが高まります。

また、ネットワーク基盤と各リソースの接続インターフェースを802.1QタグVLANで統一することができれば、物理結線を実施せずに、ネットワーク構成の変更が可能となります。帯域が足りない場合は、リンク・アグリゲーションの利用や、10GbEのインターフェースの利用で対処可能です。ネットワーク基盤はイーサネットで構成するのが適切です。

それでは、実際のリソース・プールと接続する際にどうなるのかを考えてみます。最初にサーバーを考えると、 Linux, Windows Server 等の代表的なOSのネットワーク・ドライバは802.1Qタグ VLANに対応していますし、VMware, Xen等のHypervisorはそもそも802.1Q タグ VLAN の利用を前提としているので問題ありません。

次にストレージですが、インターフェースで利用できるVLAN数が限られるものもありますが、おおむね問題ないでしょう。ネットワーク機器は、これらは早い段階から802.1QタグVLANに対応していますので、まず問題ありません。 1点だけ注意しておかなければならないのは、複数のユーザーで共用されるリソースは複数のルーティング・テーブルを持てなければならないということです。

図4にNFSアプライアンスをユーザーA, Bで共用する例を示しました。仮想化できないNFSアプライアンスの場合には、どちらか一方のユーザーにしかNFSボリュームを提供できませんが、NFSアプライアンスのコントローラを仮想化することで、どちらのユーザーにもNFSボリュームを提供できます。

図4：NFSアプライアンスをユーザーA、Bで共用した例（クリックで拡大）

ネットワーク基盤の実際

それでは、クラウド向けのネットワーク基盤を実際のシステムに適用する例を見てみましょう。図5-aに典型的な2層 Web/DB システムの論理図を提示します。外部との接続回線があります。外部からのトラフィックは、一旦ファイアウォール（FW）でシステムに対するアクセスを制限した上で、ロードバランサ（LB）に到達し、負荷に応じてWebAPサーバー（webapp1,2）に振り分けられます。 WebAPサーバーは必要に応じてDBサーバー（DB）に問い合わせを行いHTTPリクエストに対するレスポンスを返します。

正直に実装すると色分けされたセグメント分だけのイーサネット・スイッチが必要となりますが、必要とするポート数は2-3ポートなので非常に無駄が多くなります。このため、物理サーバーに802.1Q タグVLANを解釈させることでイーサネット・スイッチの集約をはかります。色分けされたセグメントをそれぞれイーサネット・スイッチ（L2SW）の各ポートにVLANとして割り当てたところを示したのが、図5-bとなります。図5-aのセグメントの色と図5-bの各ポートから出ているタグの色を合わせてありますので、注意が必要です。

次にサーバーを仮想化することでWebAPサーバー、DBサーバーを集約したのが、図5-cとなります。実際にWebAPサーバーとDBサーバーを1台の物理サーバーに収容することは、あまりありません。ファイアウォールやロードバランサをネットワーク・リソースで説明したように仮想アプライアンス化することで、図5-aの論理図は一本の外部接続回線、1台のイーサネット・スイッチ、1台の物理サーバーに集約することが可能となります。