Gi LANの仮想化で押さえるべきポイントと避けるべきこと

Bart Salaetsフィールド最高技術責任者 | F5

長年にわたる議論と概念実証を経て、ネットワーク機能仮想化（NFV）は今、構想段階から実現段階へと移行しつつあります。

一部のサービスプロバイダーはNFVインフラストラクチャプラットフォームの導入を開始しており、その中には、これらのプラットフォーム上で初のNFV対応ユースケースやアプリケーションをすでに実現している事業者もあります。

進化型パケットコア（EPC）とGi LANの仮想化は、現在、業界で大きな注目を集めているユースケースの1つです。

仮想Gi LANを導入する際には、答えを出すべき基本的な問いが2つあります。1つ目は統合に関する問いです。複数のGi LAN機能を単一の仮想ネットワーク機能（VNF）に統合するのか、それともGi LANアーキテクチャを多数の個別VNFに完全に分解するのか、という点です。

2つ目の問題はスケールです。単一の仮想マシンではGi LANのワークロードを処理するのに十分な容量を確保できない可能性があるため、このアーキテクチャを効果的にスケールアウトするにはどうすればよいでしょうか。

モバイル通信事業者は、ネットワークのセキュリティを確保して収益化するため、TCP最適化、動画最適化、ヘッダー拡張、ディープパケットインスペクション、Giファイアウォール、キャリアグレードNAT（CGNAT）など、さまざまなテクノロジーをGi LANに導入してきました。

従来、これらの機能の多くは、異なるベンダーが提供する別々のプラットフォームに導入されていました。ここ数年、モバイル通信事業者はGi LANアーキテクチャの統合と簡素化を進めています。

統合により、モバイル通信事業者は総所有コストを大幅に削減できるようになりました。このアーキテクチャを、汎用の市販ハードウェアを基盤とするNFVプラットフォームへ移行する際には、単一の機能に特化した個別のVNFへとアーキテクチャを分解したくなるかもしれません。

この分割型アーキテクチャは、Gi LANの各機能がそれぞれ特定のフロー群にのみ適用される場合には、確かに合理的です。Gi LANの入口に配置されるインテリジェントなサービス分類エンジンは、Policy and Charging Rules Function（PCRF）と連携してビジネスポリシーに基づき、個別のVNFとして展開された特定の機能へ誘導する必要があるフローや、サービスチェーンを適用する必要があるフローを判別できます。これにより、各VNFは処理対象となるトラフィックのみを処理すればよく、すべてのVNFにトラフィックを極めて効率的に分散できます。

ただし、Gi LAN機能をほぼすべてのトラフィックに適用する必要がある場合、機能を分割してもメリットはありません。TCP最適化とGiファイアウォールを例に挙げます。Gi LANトラフィックのほぼすべてをこの2つの機能で処理する必要があるため、単一のVNFに統合することで、物理環境への導入と同様の効率向上が得られます。

実際、ここではVNFを選択するためのインテリジェントなサービス分類機能は不要であり、トラフィックをあるVNFから次のVNFへ転送するためにSDNレイヤーを出入りするヘアピニングも発生しません。さらに、TCP最適化機能にファイアウォール機能を追加してもCPUオーバーヘッドはごくわずかであるため、統合のメリットはNFV環境でも引き続き得られます。

もう1つの課題は、単一のVNFでは処理しきれない規模のワークフローにどう対処するかです。一部のベンダーは、1つのVNFを複数の仮想マシン（VM）で構成できるようにするアプローチを採用しています。Gi LAN上の機能の大半はステートフルな処理であるため、同じフローの受信トラフィックと送信トラフィックを同じVMで処理する必要があります。そのため、受信トラフィックを処理したVMとは異なるVMに送信トラフィックが到着した場合、トラフィックを適切なVMに戻すためにVM間通信が必要になります。これにより、明らかにパフォーマンスが低下します。

F5では、VNFを常に単一のVMとして導入し、アーキテクチャを複数のVMへスケールアウトする際には外部設計要素として扱うアプローチを採用しています。非常にシンプルなものから高度なものまで、さまざまなスケールアウト手法を利用できます。

非常にシンプルなスケールアウトアーキテクチャは、等コストマルチパス（ECMP）など、複数のVM間でIPベースのトラフィックハッシュを行う方式に基づいています。しかし、この手法にはいくつかの欠点があり、Gi LAN上の大半のユースケースには適していません。SDNベースのアプローチでトラフィックの分散を制御すれば、ECMPの制約の一部を回避できますが、それでも機能には一定の制限があり、選択するSDNベンダーに大きく依存します。

基盤となるネットワークやSDNにまったく依存せず、あらゆるGi LAN機能をスケールアウトするうえで、最も柔軟かつ高度なアプローチは、ステートレスなソフトウェアベースのロードバランサー（これもVMとして導入）を使用することです。ステートレスであるため、Gi LAN機能を提供するVM間でトラフィックを分散する際の一貫性を損なうことなく、ステートレスな負荷分散用VMを追加でき、ほぼ無制限にスケールアウトできます。

以上を踏まえると、モバイル通信事業者がGi LANアーキテクチャを物理レイヤーから仮想レイヤーへ移行する際には、統合とスケールアウトの両面を慎重に検討することが非常に重要です。

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