Kubenet: Kubernetesを活用したネットワーク自動化の新基盤

はじめに

Kubernetesはコンテナーオーケストレーションの分野で広く採用されており、その強力なAPIメカニズムは単なるコンテナ管理にとどまらず、より広範な自動化フレームワークとしての可能性を秘めています。KubenetはこのKubernetesの抽象化能力をネットワーク分野に応用し、ネットワーク自動化の新たな基盤を提供するプロジェクトです。本記事では、Kubenetの設計思想、技術的特徴、実裝戦略、および実際の応用ケースを解説します。

Kubenetの設計思想と技術的特徴

Kubernetes APIメカニズムの活用

Kubernetesは複雑な問題を可組成なコンポーネント（Deployment、Pod、Serviceなど）に分解し、宣言型API（Declarative API）を通じて意図駆動型の構成を実現します。Kubenetはこのメカニズムをネットワーク自動化に適用し、以下の3つの抽象層を構築しています。

高層意図層：APNのデプロイなど、ネットワークの高層要件を分解し、IP処理、VPN設定などの可組成なオブジェクトに変換します。
狀態マッピング層：ネットワークデバイスの実行時狀態を高層構成にマッピングし、障害の追跡を可能にします。
イベント駆動層：Kubernetesのイベントメカニズムを活用し、IPアドレス変更などのネットワーク変化に即座に反応します。

網路自動化の課題と解決策

Kubenetは以下の4つの主要な課題に対応しています。

変更管理と信頼性：Kubernetesの最終一貫性（Eventual Consistency）は、電信ネットワークなどのクリティカルインフラには不向きです。強制一貫性メカニズムを導入し、構成のコミット直後に即座に適用します。
狀態認識：Kubernetesはデフォルトで実行時狀態を追跡しません。カスタムリソース定義（CRD）とツールの統合により、デバイス層から高層構成への狀態マッピングを実現します。
再現性とロールバック：Gitを用いた構成バージョン管理を導入し、迅速なテストとロールバックを可能にします。
ツール連攜：AnsibleやTerraformなどのネットワークエンジニアが利用するツールとKubernetesを連攜させるため、プラグイン機能を提供します。

Kubenetのアーキテクチャと技術実裝

分層設計

Kubenetは以下の2つの層から構成されています。

抽象層：
- ネットワークAPI CRD：ネットワーク要件（レイヤー2/3ネットワークなど）を定義し、技術実裝（VXLAN、SRv6など）を指定しません。
- リソース抽象：トポロジー、ノード、リンク、IPアドレス、VLANなどのネットワークリソースをKubernetes APIに內蔵します。
実裝層：
- SDC（Schema-Driven Configuration）：KubernetesリソースをYANGモデルにマッピングし、GNMIやNetConプロトコルをサポートします。5Gコア（UPF、コントロールプレーンノード）の構成管理に特化しています。
- QID（Resource Identifier）：ネットワークリソースの唯一識別子を提供し、多ベンダーデバイスの抽象構成を可能にします。
- Choreography（編排層）：構成プロセスを統一管理し、変更制御と狀態同期を実現します。

技術連攜

GitOpsモード：GitHubなどのツールを活用し、構成のコミットと検証を実行し、成功後にメインブランチにコミットします。
ベンダー中立性：SDCはNokia、Cisco、Juniperなどの多ベンダーデバイスをサポートし、YANG標準を用いて構成抽象化を実現します。

核心技術とツール

SDC（Schema-Driven Configuration）

機能：KubernetesリソースをYANGモデルに変換し、GNMI/NetConプロトコルをサポートします。トランザクションをサポートし、構成の適用が成功した後にのみメインブランチにコミットします。
応用場面：5Gコアネットワークの構成管理（UPF、コントロールプレーンノード）や、多ベンダーデバイスの抽象構成に利用されます。

QID（Resource Identifier）

機能：ネットワークリソースの唯一識別子を提供し、多ベンダーデバイスの構成管理を可能にします。

Choreography（編排層）

機能：構成プロセスを統一管理し、変更制御と狀態同期を実現します。Ansible/Terraformの狀態結合とは異なり、アクティブな再調和ループ（active reconciliation loop）を導入しています。

結論

KubenetはKubernetesのAPIメカニズムを活用し、ネットワーク自動化の抽象化と可編成性を実現しています。SDC、QID、Choreographyなどの核心技術により、クリティカルインフラの信頼性、狀態認識、ツール連攜などの課題を解決し、多ベンダーデバイスのベンダー中立構成をサポートしています。Kubernetesの生態系を活用したネットワーク自動化の新たな可能性を提供するKubenetは、今後のTelco分野での応用が期待されます。