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Nutanixの仮想ネットワークとは？vNIC・Subnet・VLANを理解しよう【NCA 7.5対策】

NCA 7.5対策として、Nutanix AHV環境における仮想ネットワークについて、vNIC・Subnet・VLAN・仮想スイッチの関係を初心者向けに解説します。

読了時間：約12分

Nutanixの仮想ネットワークとは？vNIC・Subnet・VLANを理解しよう【NCA 7.5対策】

はじめに

前回は、Nutanix AHV環境におけるVMの基本的な管理について学びました。

VMには、

  • vCPU
  • Memory
  • Virtual Disk
  • vNIC

などの仮想的なリソースを割り当てます。

では、作成したVMはどのようにしてほかのVMや外部ネットワークと通信するのでしょうか？

そこで重要になるのが、

Nutanixの仮想ネットワーク

です。

今回は、

  • vNIC
  • Subnet
  • VLAN
  • Virtual Switch

などの関係を整理しながら、AHV上のVMがどのようにネットワークへ接続されるのかを学んでいきましょう。

VMにもNICが必要

物理サーバーをネットワークへ接続するときには、NICを利用します。

VMでも考え方は同じです。

ただし、VMでは物理NICではなく、

vNIC（Virtual Network Interface Card）

を利用します。

日本語では仮想NICと呼ばれます。

┌─────────────────┐
│       VM        │
│                 │
│     [vNIC]      │
└────────┬────────┘
         │
         ▼
 Virtual Network

つまり、

vNICはVMをネットワークへ接続するための仮想的なNIC

です。

Nutanixのネットワーク全体像

まずは大まかな構造を確認しましょう。

AHV環境では、VMから物理ネットワークまでを簡略化すると、

VM
 │
vNIC
 │
Subnet
 │
Virtual Switch
 │
Physical NIC
 │
Physical Switch
 │
External Network

という流れになります。

VMから見るとネットワークへ普通に接続しているように見えますが、その裏側では仮想ネットワークと物理ネットワークが連携しています。

Subnetとは？

Nutanix AHV環境で重要なのが、

Subnet

です。

一般的なネットワークでは「サブネット」というと、

192.168.1.0/24

のようなIPアドレスの範囲をイメージするかもしれません。

しかし、AHVの管理上登場するSubnetは、VMのvNICを接続する仮想ネットワークとして扱われるオブジェクトです。

たとえば、

Server-Network
VLAN ID：100

というSubnetを作成したとします。

VMを作成するときに、

VM
 │
vNIC
 │
Server-Network
 │
VLAN 100

のように接続できます。

つまり、

VMをどの仮想ネットワークへ接続するのかを指定するためにSubnetを利用する

と考えると分かりやすいでしょう。

VLANとは？

**VLAN（Virtual LAN）**は、物理的には同じネットワーク機器を利用しながら、論理的にネットワークを分割する技術です。

たとえば、

VLAN 100
Server Network

VLAN 200
Client Network

VLAN 300
Management Network

のようにネットワークを分離できます。

Nutanixでも、SubnetとVLAN IDを関連付けることでVMを適切なVLANへ接続できます。

SubnetとVLANの関係

ここはNCAでも混乱しやすいところなので整理しておきましょう。

たとえばPrismで、

Subnet Name：Web-Network
VLAN ID：100

というネットワークを設定したとします。

そしてVMのvNICをWeb-Networkへ接続します。

VM
 │
vNIC
 │
Web-Network
 │
VLAN 100
 │
Physical Network

これによって、そのVMからの通信をVLAN 100へ接続できます。

簡単に考えるなら、

Subnet = VMから見える接続先

VLAN ID = その通信を物理ネットワーク側で識別するための情報

というイメージです。

Prismからネットワークを管理する

NutanixではPrismから仮想ネットワークを管理できます。

これまでの記事とつなげると、

Administrator
      │
      ▼
    Prism
      │
      ├─ VM
      ├─ Storage
      └─ Network

となります。

ネットワークについては、

  • Subnetの作成
  • VLAN IDの設定
  • VMへのNetwork割り当て
  • vNICの追加・削除

などの操作を行います。

VM作成時のネットワーク設定

前回、VMを作成するときには、

  • vCPU
  • Memory
  • Disk
  • Network

などを設定すると説明しました。

Networkを設定するときには、VMのvNICをどのSubnetへ接続するかを選択します。

たとえば、

WebServer01

vCPU：2
Memory：4GB
Disk：100GB

vNIC
  ↓
Web-Network
  ↓
VLAN 100

という構成です。

これによってWebServer01をWeb-Networkへ接続できます。

1台のVMに複数のvNICを設定できる

VMには必ず1つしかvNICを設定できないわけではありません。

用途によって複数のvNICを持たせることもできます。

たとえば、

             VM
              │
       ┌──────┴──────┐
       ▼             ▼
    vNIC 1         vNIC 2
       │             │
Web-Network    Management-Network
       │             │
   VLAN 100       VLAN 200

のような構成です。

1台のVMを複数のネットワークへ接続する必要がある場合に利用できます。

Virtual Switchとは？

VMの仮想ネットワークと物理NICの間には、

Virtual Switch（仮想スイッチ）

があります。

物理ネットワークでは、複数の端末を接続するためにL2 Switchを利用します。

仮想化環境では、それに近い役割をソフトウェアで実現します。

VM A        VM B        VM C
 │           │           │
vNIC        vNIC        vNIC
 │           │           │
 └──────┬────┴────┬──────┘
        │
 Virtual Switch
        │
 Physical NIC
        │
 Physical Switch

AHVでは、このような仮想スイッチを通してVMの通信を物理ネットワークへ接続します。

AHVとOpen vSwitch

AHVのネットワークを勉強すると、

Open vSwitch（OVS）

という名前が登場します。

Open vSwitchは、ソフトウェアで動作する仮想スイッチです。

AHVではOpen vSwitchをベースとした仮想ネットワーク機能が利用されています。

そのため、大まかな構造として、

VM
 │
vNIC
 │
Subnet
 │
Open vSwitch
 │
Physical NIC

という関係をイメージできます。

NCAではまず、

AHVの仮想ネットワークではOpen vSwitchが利用される

という点を覚えておきましょう。

物理NICとの関係

当然ながら、最終的に外部ネットワークと通信するためにはNodeの物理NICが必要です。

┌───────────────────────────┐
│       Nutanix Node        │
│                           │
│ VM A              VM B    │
│  │                 │      │
│ vNIC              vNIC    │
│  └───────┬─────────┘      │
│          ▼                │
│    Virtual Switch         │
│          │                │
│     Physical NIC          │
└──────────┼────────────────┘
           │
           ▼
     Physical Switch

つまり、

仮想ネットワークだけで外部通信が完結するわけではありません。

最終的には物理ネットワークへ接続されます。

Bondとは？

Nutanixのネットワークでは、

Bond

という言葉も登場します。

Bondは、複数の物理NICをまとめて利用する仕組みです。

たとえば、

Physical NIC 1 ─┐
                ├─ Bond
Physical NIC 2 ─┘

のように構成します。

複数のNICを利用することで、

  • 冗長性
  • 可用性
  • 通信経路の確保

などに役立ちます。

片方のNICや通信経路に問題が発生した場合でも、別のNICを利用できる構成を取ることができます。

VM同士の通信

同じネットワークへ接続されたVM同士であれば、仮想ネットワークを利用して通信できます。

VM A
 │
vNIC
 │
┌─────────────────┐
│   Subnet A      │
│   VLAN 100      │
└─────────────────┘
 │
vNIC
 │
VM B

一方、

VM A → VLAN 100

VM B → VLAN 200

のように異なるVLANへ所属している場合、そのままL2通信できるわけではありません。

異なるネットワーク間で通信するには、ルーティングを行うL3の仕組みが必要になります。

これは通常のネットワークと同じ考え方です。

VLAN ID 0

AHVのネットワークを学習すると、VLAN ID 0という設定を見ることがあります。

これは通常、

VLANタグを付与しないネットワーク

として扱われます。

つまり、

VLAN ID：100
↓
VLAN 100として通信


VLAN ID：0
↓
Untagged Traffic

という違いがあります。

NCA対策として、VLAN ID 0が登場した場合には、

Untagged

というキーワードと結び付けて覚えておくとよいでしょう。

IP Addressは誰が設定する？

ここも混乱しやすいところです。

Subnetを作成したからといって、必ずVMへ自動的にIPアドレスが設定されるわけではありません。

VMのGuest OS側で、

  • Static IP
  • DHCP

などを利用してIPアドレスを設定できます。

たとえば、

VM
 │
Ubuntu
 │
IP Address
192.168.10.10
 │
vNIC
 │
Subnet
 │
VLAN 100

という形です。

つまり、

vNIC・Subnet・VLANはネットワークへの接続

IPアドレスはGuest OS側のネットワーク設定

という基本的な違いを理解しておきましょう。

はちみつ屋さんで例えると？

今回も、はちみつ屋さんで考えてみましょう。

Nutanix Clusterの中に、

  • 販売店
  • カフェ
  • 倉庫

があるとします。

それぞれがVMです。

各店舗には外へ出るためのドアがあります。

このドアが、

vNIC

です。

はちみつカフェ
      │
     ドア
    (vNIC)
      │

しかし、ドアを開けた後にどの通路を使うのか決める必要があります。

たとえば、

黄色の通路
↓
販売店用

青色の通路
↓
管理用

と分かれているとします。

この通路がSubnetです。

さらに、それぞれの通路をネットワーク上で識別する番号として、

黄色 → VLAN 100
青色 → VLAN 200

という番号を付けます。

これがVLAN IDです。

そして複数の通路をまとめて、建物の外へつないでいる設備がVirtual Switchです。

つまり、

お店
 ↓
ドア
 ↓
通路
 ↓
館内の交換設備
 ↓
建物の外

VM
 ↓
vNIC
 ↓
Subnet
 ↓
Virtual Switch
 ↓
Physical Network

というイメージになります。

NCA対策として覚えておきたいポイント

今回の重要ポイントを整理します。

用語 ポイント
vNIC VMが利用する仮想NIC
Subnet VMのvNICを接続する仮想ネットワーク
VLAN ネットワークを論理的に分割する仕組み
VLAN ID VLANを識別する番号
VLAN ID 0 Untagged通信として扱う
Virtual Switch VMの通信を扱う仮想スイッチ
Open vSwitch AHVで利用される仮想スイッチ技術
Physical NIC Nodeを物理ネットワークへ接続
Bond 複数の物理NICをまとめて利用

特に、

VM
 ↓
vNIC
 ↓
Subnet
 ↓
VLAN
 ↓
Virtual Switch
 ↓
Physical NIC
 ↓
Physical Network

という大まかな関係を理解しておきましょう。

ここまでのNutanix構成

ここまで学習した内容をネットワークまで含めて整理すると、

                 Prism
                   │
                   ▼
           Nutanix Cluster
                   │
                  Node
                   │
                  AHV
                   │
            ┌──────┴──────┐
            │             │
           VM            CVM
            │
           vNIC
            │
          Subnet
            │
           VLAN
            │
      Virtual Switch
            │
       Physical NIC
            │
     Physical Network

となります。

さらにVMのDisk側を見ると、

VM
 │
Virtual Disk
 │
CVM
 │
DSF
 │
Storage

という流れでした。

つまりVMには、

ネットワーク側の仕組み

と

ストレージ側の仕組み

の両方が存在しています。

まとめ

今回はNutanix AHV環境における仮想ネットワークについて学びました。

VMはvNICを利用して仮想ネットワークへ接続します。

そしてAHV環境では、VMの接続先としてSubnetを利用します。

SubnetにはVLAN IDを関連付けることができ、

VM
↓
vNIC
↓
Subnet
↓
VLAN
↓
Virtual Switch
↓
Physical Network

という形で、仮想マシンの通信が物理ネットワークへつながっていきます。

Nutanixだからといって、ネットワークの基本原理がまったく変わるわけではありません。

これまで学習してきた、

  • NIC
  • Switch
  • VLAN
  • IP Address

などのネットワーク知識の上に、vNICやVirtual Switchといった仮想化の仕組みが追加されていると考えると理解しやすくなります。

次回は、VMのもう一つの重要な要素であるNutanixのストレージについて詳しく学んでいきます。