VNFの統合とApache CloudStackにおけるサポート

はじめに

Apache CloudStackは、クラウドコンピューティング環境における仮想化とネットワーク管理を実現するためのオープンソースプラットフォームとして広く利用されています。近年、ネットワーク機能の仮想化（NFV）が注目され、VNF（仮想ネットワーク機能）の統合が重要な課題となっています。本記事では、Apache CloudStackにおけるVNFの統合とその技術的背景、実裝方法、課題について詳しく解説します。

技術的背景と基本概念

Apache CloudStackのネットワーク構造

Apache CloudStackは、ネットワークを以下のように分類しています。

共有ネットワーク：すべての仮想マシン（VM）が直接ゲートウェイに接続され、仮想ルーターが使用されません。
I8ネットワーク：仮想ルーターがゲートウェイとして機能し、ネットワークトラフィックを処理します。
A2ネットワーク：VMが仮想ルーターを通じてパブリックネットワークに接続され、ルーターがゲートウェイとして機能します。
VPC（仮想プライベートクラウド）：複數のVPCレイヤーが構成され、共通の仮想ルーターを持ち、同一のアウトバウンドパブリックIPを共有します。

隔離方法

ネットワークの隔離には以下の方法が採用されています。

V/NX：バックエンドでNXブリッジを使用。
VX/Open vSwitch：KVM環境でOpen vSwitchを採用。
SDNソリューション：VMware NSX（TF）、Tosca Fabric（SX）などのSDN技術が利用可能。

現狀のクラシック仮想ルーター（VR）

歴史と安定性

VRは15年以上の開発歴を持ち、安定性が高く、近年は少數のバグ修正にとどまっています。自動生成と設定が可能ですが、以下の制限があります。

結合性：VRはデフォルトのシステムテンプレートから生成され、ユーザーが手動で設定できない。
機能制限：Web UIやAPIのサポートがなく、動的ルーティングやセキュリティルール、パフォーマンス最適化が欠如。
Open VNFのサポートなし。

SDNソリューションと代替案

現存のSDNプラグイン

Tosca Fabric：CloudStack 4.18で導入。
VMware NSX：CloudStack 4.20でサポート予定。

代替案

VNF（仮想ネットワーク機能）：仮想マシン上でネットワーク機能を実行し、物理デバイスを代替。
NFV（ネットワーク機能仮想化）：VNFイメージとインスタンスの管理を可能にするアーキテクチャ。

VNFの定義と応用シナリオ

VNFの定義

VNFは、ソフトウェアアプリケーションによって実現される仮想化されたネットワーク機能であり、ファイアウォール、VPN、ロードバランサーなどに応用されます。

応用シナリオ

VPN加速：VPC間のデータ転送時間が數秒からミリ秒レベルに短縮。
ネットワーク隔離：VPC內のDMZや管理ネットワークなどの階層間のネットワーク機能。
ハイブリッドクラウド統合：HP Arubaが提供するパブリッククラウドイメージにより、データセンターとオフィスネットワークの統合が可能。

VNFテンプレートと統合手順

VNFテンプレートとデバイス

VFアプライアンス：ネットワーク機能を提供する仮想インスタンス。
VFテンプレート/イメージ：VFアプライアンスのベースイメージで、作成、更新、削除が可能。

部署フロー

イメージ登録：OS（pfSense、OpenSenseなど）またはカスタムイメージを選択。
仮想マシン構成：VMのデプロイ、サービスのインストール、テンプレートの生成。
テンプレート構成：
- 公共インターフェース、管理インターフェース、ネットワークマッピングを指定。
- ファイアウォールルール、靜的ルーティング、DNSなどの設定。
VFアプライアンスのデプロイ：
- テンプレートとネットワークを選択し、管理インターフェースを自動設定。
- クラスタ、主従モード、親和性グループなどの高度な設定をサポート。

今後の課題と展望

目標

現在のVRの自動化プロセスに類似したVNFデバイスの自動構成。
CloudStack仮想ルーターとpfSenseなどのサードパーティ実裝をサポートする新しいプラグインフレームワークの導入。

課題

ホモジニアシティ：異なるVRのアクセス方法（SSH、API、ソケット）やデータ形式（JSON/XML）の違い。
アップグレード問題：既存のVRと新しいVNFソリューションの互換性を確保。

現在の狀況

VNF統合は初期段階にあり、今後ユーザーの手動介入を減らし、より自動化されたネットワーク機能管理を実現する予定です。

技術的要約

APIアクセス方法

一部のAPIはSSH経由でアクセス可能で、PFやRなどの機能はソケット経由で通信可能です。この方法にはネットワークプロトコルとリソースアクセスメカニズムが関與します。

データ形式とモデルパラメータ

モデルパラメータはコマンドラインコマンド、APIパラメータ、またはJSON/XML形式で伝達可能です。これはシステム統合の鍵となる技術ポイントであり、フォーマットの互換性とパースロジックを考慮する必要があります。

統合の課題

システム統合にはAPI設計、データ形式の統一、リソースアクセス権限管理などの技術的課題が伴います。

アップグレード問題

システムアップグレードは互換性問題を引き起こす可能性があり、バージョン差異とコンポーネントの協調動作の安定性を考慮する必要があります。