雲原生データプレーンの進化と実踐：運營商のニーズに応える技術革新

引言

近年、クラウドネイティブ技術の進化に伴い、ネットワークインフラの再構築が急務となっています。特に、運營商は高速なデータ転送、柔軟なネットワーク構成、そしてセキュリティを備えたクラウドネイティブデータプレーンの実現を模索しています。本記事では、SDN POP（Service Delivery Network Point of Presence）やVNF（Virtualized Network Function）、CNCF（Cloud Native Computing Foundation）などのキーテクノロジーを活用した、実踐的なソリューションの設計とその価値を解説します。

主要內容

技術の定義と基本概念

クラウドネイティブデータプレーンは、Kubernetesなどのクラウドネイティブ環境で動作する、ネットワークのデータ転送層を指します。この層は、仮想ネットワーク機能（VNF）やサービスとしてのネットワーク（SaaS）をサポートし、柔軟なリソース管理と高パフォーマンスを実現します。

SDN POPは、サービスを提供するためのネットワークの「ポイントオブプレゼンス」であり、ローカルなネットワークとクラウド環境を統合する役割を果たします。これにより、低遅延で高可用性なネットワークサービスが可能になります。

**VNF（Virtualized Network Function）**は、仮想化されたネットワーク機能で、ファイアウォールやロードバランサーなど、従來のハードウェアベースのネットワーク機器を仮想化して提供します。これにより、柔軟なスケーリングとコスト効率が実現されます。

**CNCF（Cloud Native Computing Foundation）**は、KubernetesやIstioなどのクラウドネイティブ技術を推進するオープンソースプロジェクトの傘下機関で、標準化とコミュニティの協力が重要です。

重要な特性と機能

1. 高性能なデータ転送：VPP（Vector Packet Processing）を採用し、高速なレイヤー2転送を実現。DPDK（Data Plane Development Kit）との統合により、高スループットを維持。

2. 柔軟なネットワーク構成：VXLANやVQ Overlayなどのオーバーレイ技術を活用し、クラウドネイティブ環境でのネットワーク拡張性を確保。

3. セキュリティと隔離：VNFインターフェースを介して、クライアントトラフィックを隔離し、安全な通信を実現。

4. 自動化と可観測性：Kubernetes Operatorを基盤に、ネットワークのライフサイクル管理を自動化。グラフィカルなダッシュボードでリソース使用狀況やトラフィックを可視化。

5. 標準化と協力：CNCFのKubernetesコミュニティとVPP、CNF（Cloud Native Function）供給元との連攜により、SR-IOVの代替となる標準化されたネットワークアタッチメントソリューションを推進。

実際の応用ケースと実裝

VNA（Virtual Network Attachment）の実裝例：

• Kubernetes Operatorベースの設計：カスタムリソース（仮想ネットワーク、IPプールなど）を管理し、Userspace CNIやGeneric Device Pluginを統合。
• VPPとの統合：レイヤー2転送を高速化し、VNFインターフェースとノードネットワークカードの接続を可能に。
• 全ネットワークのVXLANオーバーレイ構築：すべてのWorkerノードとPOP內のルーティングデバイスを接続し、自動化されたルーティング設定を実現。

実証された成果：

• VRouter CNF（ユーザー空間インターフェース）と5G UPF（MIFインターフェース）のテストにより、サービスへの影響を最小限に抑えながら、高品質な接続を実現。

技術の優位性と課題

優位性：

• 柔軟性と拡張性：カスタムリソースと自動化操作により、レイヤー2/レイヤー3データプレーンを統合し、ネットワークアタッチメント機能を単一の可編成フレームワークで管理。
• 標準化と協力：Kubernetesコミュニティの提案（例：Banning Plugin）に基づき、オープンソースソリューションを推進し、VPPやCNF供給元との連攜を強化。

課題：

• 複雑なインフラ構築：VPPやKubernetes Operatorの統合には高度な技術知識が求められ、初期導入には時間がかかる。
• パフォーマンスの最適化：高スループットを維持しながら、セキュリティと柔軟性を両立させるには継続的なチューニングが必要。

結論

クラウドネイティブデータプレーンは、SDN POP、VNF、CNCFなどの技術を統合することで、運營商が求められる高性能、柔軟性、セキュリティを実現します。VNAのような自社開発ソリューションは、Kubernetes環境でのネットワーク管理を効率化し、標準化されたアプローチにより、長期的な拡張性を確保します。今後は、層2/層3データプレーンの統合と工業化されたオープンソースソリューションの推進が重要です。