ネットワーク仮想化の「オーバーレイ方式」はスケーラブルなのか？

ネットワーク仮想化の方式の1つであるオーバーレイ方式は、ネットワークのエッジ部分、物理サーバ上のハイパーバイザでOpen vSwitchのような仮想スイッチを利用し、ハイパーバイザ間にトンネルを張ることで仮想的なネットワークを物理ネットワーク上に作り出す技術です。

しかしこのトンネル通信を用いたオーバーレイ方式は、大量の物理サーバが存在するデータセンターでも使えるほどスケーラブルなものなのか？ という疑念が一部で持ち上がっています。

その疑念に真っ向から反論するのが、米国でネットワーク構築のコンサルタントや教育を行っているIvan Pepelnjak氏。同氏のブログ「ipSpace.net」にポストされた「ARE OVERLAY NETWORKING TUNNELS A SCALABILITY NIGHTMARE?」では、オーバーレイ方式への疑念は単なる風評だと一周しています。

オーバーレイ方式は本当にスケーラブルな技術なのか。Pepelnjak氏の許可を得たので、翻訳で内容を紹介します。

ARE OVERLAY NETWORKING TUNNELS A SCALABILITY NIGHTMARE?

（2013/8/28 Ivan Pepelnjak）

オーバーレイ型の仮想ネットワーキングのトンネルについて話すたびに、この手法に関するスケーラビリティの心配をする人が出てくる。「何百ものホストが稼働するデータセンターで、そんなに多くのフルメッシュのGREトンネルを張ることなどできないのでは？ その手法にはスケールの上限があるのではないか？」と。

意外なこととも思えないがトップオブラック（ToR）スイッチのベンダーたちはこうしたくだらない点についての（それこそ彼らの特権として）不安をまき散らしている。この記事では、こうした誤解を正していこう。

トンネルとは何か？

上記で指摘したトンネルとは、Linuxベースのハイパーバイザ―の間のpoint-to-point GRE（あるいはSTTやVXLANの）トンネルインターフェイスのことだ。ただしCisco Nexus 1000V、VMware vCNS、あるいは（たしか）VMware NSX for vSphereではトンネルインターフェイスは使っていない（あるいは少なくとも外部からそのようには見えない）。

なぜトンネルインターフェイスが必要なのか？

P2Pオーバーレイのトンネルは、Open vSwitchでのOpenFlowベースのフォワーディング実装によるものだ。OpenFlowのフォワーディングモデルは、point-to-pointインターフェイス（switch-to-switchもしくはswitch-to-host links）であり、マルチポイントインターフェイスを扱うことはできない。

つまりOpenFlowコントローラ（Nicira NVP）は、フォワーディングルールにおいてマルチアクセストンネルインターフェイスでトランスポートネットワークの次ホップ（VXLANでいうVTEP）を指定することはできない。

これに対する現実的な回避策は、多数のP2Pトンネルインターフェイスを作成し、目的地（VTEP）となりそうなあらゆる場所に対してそれらを接続することだ。

そうしたことを管理者は気にする必要がある？

そんなことはない。Open vSwitchのデーモンの1つが自動的にプロビジョニングしてくれる。それは、Linuxホストでのみ稼働し、トランスポートネットワークには何の影響も与えない（ハイパーバイザーのホストにおけるMACアドレスとARPエントリーを除いては。いずれにせよトランスポートネットワークはそれを扱わなければならないわけだが）。

で、トンネルはスケールするのか？

手短な答えはイエスだ。スケーラビリティでボトルネックとなる本当の場所はコントローラであり、コントローラが管理可能なハイパーバイザーの数による。

各ハイパーバイザは必要なだけトンネルを張る。もしもあるハイパーバイザが仮想マシンを50個走らせていて、それぞれの仮想マシンが別々のサブネットに属していて、そのサブネットごとに別の50個もの仮想マシンが属していたら（つまり別に50ものホスト上のハイパーバイザがあちこちにある、ということだ）、そのホストは2500ある目的地VTEPSにつながるための、2500のトンネルインターフェイスが必要となる。

大規模な仮想化率ではLinuxのスケーラビリティの限界に達することは明らかだろうし、大規模な仮想サブネットの限界（それがどれくらいかは私には分からない。コメント求む）、そして分散されたL3フォワーディングは加速度的に性能悪化していくだろう（これについては、いずれブログで書くつもりだ）。

しかしそれぞれのホスト上のハイパーバイザーとしては、トランスポート上の目的地に対してトンネルを1つ張っており、単一のホストがクラウド内の物理サーバ数を超えるトンネルを張ることは決してない。だからこそ、単一のNVPコントローラクラスタは現時点で5000以上のハイパーバイザー以上にはスケールせず、これが単一のLinuxホストのトンネル数の上限を示している。

ということは空騒ぎしているだけ？

最初に書いたように、これはハードウェアベンダによる純然たる風評（FUD）だ。あなたはもうこんなことには惑わされず、誰かが不安をまき散らしたとしても悠然と構えていればよい（そして、いくつか彼らの痛いポイントを突いてもいいだろう）。