SDN・ネットワーク仮想化

Open vSwitch おーぷんぶいすいっち

仮想スイッチSDNOpenFlow仮想化KVMデータプレーン

Open vSwitchについて教えて

簡単に言うとこんな感じ！

サーバーの中にソフトウェアで作った「仮想のネットワークスイッチ」だよ！物理的なスイッチ機器を買わなくても、プログラムで自在にネットワークをつなぎ変えられる魔法の道具なんだ。クラウドやデータセンターで仮想マシンをつなぐ縁の下の力持ち的存在ってこと！

Open vSwitchとは

Open vSwitch（OVS） は、サーバー上でソフトウェアとして動く仮想ネットワークスイッチのオープンソースプロジェクトです。物理的なスイッチ機器がLANケーブルでPCをつなぐのと同じ役割を、サーバー内部でプログラムとして実現します。Apache License 2.0で公開されており、商用・非商用を問わず無償で利用できます。

もともとVMwareのような仮想化環境では、仮想マシン（VM）同士や外部ネットワークとのつなぎ方が固定的でした。Open vSwitchはこの「つなぎ方をソフトウェアで柔軟に変えたい」という要求に応えるために生まれました。OpenFlowなどのプロトコルに対応しており、SDN（Software-Defined Networking）コントローラーから集中管理することができます。

今日ではOpenStack・Kubernetes・KVMなど主要なクラウド基盤で広く採用されており、クラウドサービスの裏側でネットワークを支える事実上の標準コンポーネントになっています。

Open vSwitchの仕組みと構造

Open vSwitchは大きく「コントロールプレーン」と「データプレーン」に分かれています。

コンポーネント	役割	たとえ
ovs-vswitchd	仮想スイッチのメインプロセス。パケット転送のロジックを処理	交差点の交通整理員
ovsdb-server	スイッチの設定情報を管理するデータベースサーバー	交通整理員の指示書
カーネルモジュール（datapath）	実際のパケットを高速転送するLinuxカーネル側の処理	自動化された高速レーン
ovs-vsctl	管理者が設定を投入するCLIツール	設定を書き込むペン
OpenFlowコントローラー	外部から転送ルールを集中制御（オプション）	遠隔指示センター

パケットが通る流れ

仮想マシンA
    │
    ▼
[カーネルdatapath] ← フローテーブルにヒット → 高速転送
    │ ミス（初回）
    ▼
[ovs-vswitchd]  → フロールール検索/生成
    │ 必要なら
    ▼
[OpenFlowコントローラー] → ルールを指示
    │
    ▼
仮想マシンBまたは外部NIC

初回パケットはソフトウェア処理（やや遅い）ですが、2回目以降はカーネル内のフローテーブルにキャッシュされ高速に転送されます。

サポートする主なプロトコル・機能

機能	概要
VLAN	仮想マシンごとにネットワークを分離
VXLAN / Geneve / GRE	異なる物理ホスト間を仮想トンネルで接続
OpenFlow 1.0〜1.5	SDNコントローラーからの集中制御
LACP / STP	物理スイッチと同様の冗長化・ループ防止
QoS	帯域制限・優先制御
ミラーリング / sFlow	トラフィック監視・可視化

歴史と背景

2007年頃 — Nicira Networks（後にVMwareが買収）が社内プロジェクトとして開発を開始
2009年 — オープンソースとしてApache License 2.0で公開
2011年 — Linux Foundation傘下のプロジェクトとして採択。OpenStackの主要コンポーネントに採用され一気に普及
2012年 — VMwareがNiciraを約12.6億ドルで買収。OVSはオープンソースとして継続
2016年 — Linuxカーネル本体（3.3以降）にdatapathが標準マージ済みとなり、追加インストール不要に
2018年頃 — KubernetesのCNIプラグイン（OVN-Kubernetes）として採用が拡大
現在 — OpenStack Neutron・Red Hat OpenShift・VMware NSXなど主要製品の基盤技術として利用

SDN・仮想化技術との関係

Open vSwitchは単体で動くだけでなく、上位の制御レイヤーや周辺技術と組み合わせて使われます。

Open vSwitch vs 物理スイッチ vs Linux bridge

比較項目	物理スイッチ	Linux bridge	Open vSwitch
コスト	高い（ハードウェア）	無料	無料
転送速度	最速（ASICチップ）	遅め	高速（カーネルdatapath）
SDN対応	機種依存	✗	✅ OpenFlow対応
VXLAN/Geneve	機種依存	△	✅
テレメトリ（sFlow等）	機種依存	✗	✅
管理の柔軟性	低い	低い	高い（プログラム制御）
主な用途	物理ラック間接続	小規模VM環境	クラウド・大規模仮想化

規格・RFC番号	内容
OpenFlow 1.3（ONF仕様）	SDNコントローラーとスイッチ間の制御プロトコル。OVSが主にサポート
RFC 7348	VXLAN（Virtual eXtensible LAN）のトンネルプロトコル仕様
RFC 8926	Geneve（Generic Network Virtualization Encapsulation）の仕様
OVSDB（RFC 7047）	OVSの設定データベース管理プロトコル
IEEE 802.1Q	VLAN標準。OVSがサポートするタグ付けの基礎仕様