ネットワーク機能の仮想化とはどんなもので、また、どのように機能しますか？

SDxCentral社は、ネットワーク機能仮想化（NFV）は、「独自のハードウェアアプライアンスからのネットワーク機能の分離」と、これらの機能を仮想マシン（VM）として使用することによって定義されると述べています。¹ ネットワークアーキテクチャーの概念であるNFVは、IT仮想化テクノロジーを使用して、ネットワークを仮想化して、接続またはリンクして通信サービスを生成できるビルディングブロックにします。  

Techopediaは、NFVを、「ネットワーク機能を向上させ、ネットワークを管理する」手順として定義しています。² NFVは、アーキテクトネットワークがネットワークサービスを提供する方法を変更し、異なるクラスのネットワークノードをチェーン化することで機能します。 次に、コミュニケーションの形式を作成するか、特定のユーザーまたは一般ユーザーが特定の情報を広く利用できるようにします。

ネットワークはNFVを使用して仮想化することを目的としていますが、ネットワーク機能は仮想化することを目的としていないことに注意してください。 ファイアウォール、トラフィック制御、および仮想ルーティングは、最も一般的な仮想ネットワーク機能（VNF）の³ つです。 その他の機能には、ロードバランサーとルーターの代替として機能することが含まれます。

NFVアーキテクチャー

European Telecommunications Standards Institute（ETSI）は、NFVアーキテクチャーを提案しました。これは、NFV実装標準の定義に役立ちました。 安定性と相互運用性の向上を追求するために、これらのNFVアーキテクチャーコンポーネントは実装標準に基づいてモデル化されました。

NFVアーキテクチャーのコンポーネントは次のとおりです。

• VNF ファイル共有、インターネットプロトコル（IP）構成、ディレクトリーサービスなどのネットワーク機能を生成するソフトウェアアプリ。
• ネットワーク機能仮想化インフラストラクチャー（NFVI） これらのコンポーネントはプラットフォームから機能し、ネットワークアプリの実行に必要なソフトウェアをサポートします。 これらは、次のインフラストラクチャーのコンポーネントで構成されています。
  • コンピュート
  • ストレージ
  • ネットワーク
• 管理、自動化、ネットワークオーケストレーション（MANO）。 新しいVNFをプロビジョニングし、NFVインフラストラクチャーを制御するためのフレームワークをサポートします。

なぜ企業にNFVを使用するのですか？

2018年の時点で、ほとんどのパーソナルコンピューターとモバイルデバイスは、x86ファミリーのセットアーキテクチャーを中心に構築されています。³ 仮想化ネットワークコンポーネント（VNC）は、ハードウェアに依存しないインフラストラクチャーを強化するためにNFVによって使用されます。 コンピューティング、ストレージ、およびネットワーク機能に使用されるリソースを含む仮想化リソースは、x86サーバーおよび同様のタイプの市販（COTS）ハードウェアに配置できます。  

また、データセンター内および外部ネットワーク内のデータ・プレーンとコントロール・プレーンをNFVで仮想化できます。

NFVを使用する際の課題は何ですか？

3つのテクノロジーのコンポーネントが、NFVの使用に関する主要な課題を構成しています。 それらは次のもので構成されています。

1. NFVマネージャー（NFVM）
2. VNF
3. NFVI

これらの3つのコンポーネントは非常に緊密に結合されているため、 

NFVを大規模に展開する場合、複雑さと困難さが増します。

2019年の第2四半期に、Lean NFVはこの問題の解決に取り組み、NFVアーキテクチャー用の別の方法を開発しました。 この著者は白書「Lean NFVでイノベーションを加速化する」の中で、既存の計算インフラストラクチャーとNFVマネージャーの統合や、NFVマネージャーのさまざまなコンポーネント間の調整の必要性など、NFVを妨げる問題について論じています。⁴

著者は、NFV設計の他の要素でイノベーションを自由に促進するには、統合の3つのポイントを単純化する必要があると述べています。

現在、互いに競合し、NFVテクノロジーコンポーネントの標準化という目標に向けて取り組んでいるさまざまな組織があります。 この均一性の欠如は、これらのコンポーネントが複雑になる理由の1つです。 業界全体で機能する個別のアプローチはなく、採用された、またはその他の方法で投資された標準もありません。

NFVのメリットとは？

組織がNFVを使用する理由はたくさんあり、次のようなメリットがあります。

• より良いコミュニケーション
• コストの削減
• 柔軟性の向上と、新製品およびアップデート製品の市場投入までの時間の短縮
• スケーラビリティーとリソース管理の改善
• ベンダーロックインの削減

より良いコミュニケーションと情報へのアクセシビリティー

NFVは、ネットワークの管理に加えて、ネットワークのアーキテクトがネットワーク・サービスを生成する方法を変革することにより、ネットワーク機能を向上させます。 このプロセスは、アーキテクチャーとして、かつ創造的に設計された方法を使用して、さまざまなネットワークノードをリンクし、ユーザーに自由にアクセスできる情報を提供できる通信チャネルを生成することで実行されます。

コストの削減

多くの場合、ネットワークサービスの分離に大きな効果を発揮するために使用されますが、NFVは、ルーター、ファイアウォール、およびロードバランサーの代替としても使用できます。 ルーター、ファイアウォール、ロードバランサーに対するNFVの魅力の1つは、ネットワーク所有者が作業を実行したり、サービスチェーンやグループを生成したりするために専用のハードウェアデバイスを購入する必要がないことです。 このメリットは、運用コストのコストを削減し、潜在的な運用上の問題を減らして作業を実行できるようにするのに役立ちます。

拡張性の向上

VMには仮想化サービスがあるため、VMはx86サーバー上の仮想リソースの一部を受信でき、複数のVMを単一のサーバーから実行し、残りのリソースに基づいて拡張性を高めることができます。 この利点は、未使用のリソースを必要な場所に誘導し、仮想化されたインフラストラクチャーを備えたデータセンターの効率を高めるのに役立ちます。

NFVを使用すると、ネットワークは、着信トラフィックとリソース要件に基づいてリソースを迅速かつ簡単に拡張できます。 また、ソフトウェア定義ネットワーク（SDN）ソフトウェアを使用すると、VMを自動的にスケールアップしたりスケールダウンしたりできます。

より良いリソース管理

データセンターまたは同様のインフラストラクチャーが仮想化されると、単一のサーバーが異なるVNFを同時に実行して同じ量の作業を生成できるため、より少ないリソースでより多くのことを実行できます。 データセンターのフットプリントを削減し、消費電力と冷却のニーズを削減しながら、ワークロード容量を増やすことができます。

柔軟性と市場投入までの時間の短縮

NFVは、ネットワークの需要が変化したときに組織がインフラストラクチャーのソフトウェアを更新するのを支援し、物理的な更新の必要性を大幅に減らします。 ビジネス要件が変化し、新しい市場機会が開かれると、NFVは組織が迅速に適応できるように支援します。 ネットワークのインフラストラクチャーを変更して新製品をより適切にサポートできるため、市場投入までの期間を短縮できます。

ベンダーの囲い込みの削減

COTSハードウェアでVNFを実行する最大の利点は、組織が、トラックのロールと展開と構成に多くの時間と労力を費やす独自の固定機能ボックスにチェーンされないことです。

NFVとSDNの違いは何ですか？

「SDNと NFV：違いは何ですか？」という記事の中で、 著者は、「SDNとNFVの類似点は、どちらもネットワーク抽象化を使用することです」と述べています。⁵ 著者はさらに、「SDNはネットワーク転送機能を分離しようとし、その間、NFVはそれらの機能とその他のネットワーク機能を実行しているハードウェアから取り込みます」とも言っています。⁵ 

NFVとSDNはどちらも、ソフトウェアのネットワーク設計とインフラストラクチャーの抽象化を仮想化に依存しています。 抽象化後の実装は、ハードウェアデバイスとプラットフォームの基盤となるソフトウェアを使用して行われます。     

NFVとSDNは、互いに連携して使用されることが多く、いくつかの類似点があります。 それらは、機能と抽象リソースを分離する方法が異なります。 NFVとSDNはどちらもコモディティーハードウェアを使用しており、柔軟でプログラム可能でリソース効率の高いネットワークアーキテクチャーの作成に役立ちます。

SDNは、ネットワーク転送機能を分離することにより、一元管理およびプログラムできるネットワークの作成を支援します。 NFVは、ネットワーク機能をハードウェアからソフトウェアに移行し、SDNソフトウェアを実行できるインフラストラクチャーでSDNを強化します。

SDNはNFVインフラストラクチャーから実行された後、単一のネットワークデバイスから別のネットワークデバイスにデータパケットを転送します。 このプロセスが発生している間、アプリケーション、ルーティング、およびポリシー定義に対するSDNのネットワーク制御機能は、ネットワーク上のVMから実行されます。 NFVは一般的なネットワーク機能を提供し、SDNは特定の目的のためにネットワーク機能を調整し、動作と構成をプログラムで変更および定義できるようにします。   

NFVとSDNは、機能とリソースの抽象化に関して異なるアプローチを取ります。 SDNは、スイッチ、ルーター、およびその他の物理ネットワークリソースを抽象化し、意思決定を仮想ネットワーク（VN）コントロール・プレーンに移します。 次に、コントロールプレーンがトラフィックの送信先を選択し、ハードウェアがトラフィックを転送して処理します。 NFVアプローチは、ハイパーバイザーの下ですべての物理ネットワークリソースを仮想化するように努めています。 このアプローチは、追加のデバイスを組み込むことなくネットワークの成長を促進するのに役立ちます。

NFVとSDNは、達成したいことに応じて一緒に使用でき、どちらもコモディティーハードウェアを使用します。 NFVとSDNを使用すると、より柔軟で、プログラム可能で、リソース効率の高いネットワークアーキテクチャーを作成できます。⁵

NFV、SDN、およびAPI

NFVはネットワークコンポーネントの仮想化であり、SDNは、ネットワーク制御と転送機能を分離することにより、自動化とプログラム可能性をネットワークに組み込むネットワークアーキテクチャーです。 NFVがネットワーク内のすべてのインフラストラクチャーを仮想化すると、SDNはネットワークの制御を一元化し、ソフトウェアを使用してネットワークを構築、制御、および管理するネットワークを作成します。  

SDNコントローラー、ノースバウンド・アプリケーション・プログラミング・インターフェイス（API）、およびサウスバウンドAPIは、多くの場合SDNに含まれます。 ネットワーク管理者は、コントローラを使用して、ネットワークを確認し、隣接するインフラストラクチャーのポリシーと動作を決定できます。 ノースバウンドAPIは、アプリケーションとサービスが必要なリソースをコントローラーに通知するために使用されます。 サウスバウンドAPIは、インフラストラクチャーからネットワークの状態に関する情報を処理し、それをコントローラーに転送することで、ネットワークの円滑な実行を支援します。

参考情報

1. NFV（ネットワーク機能仮想化）とは？ 定義、SDxCentral、2013年8月26日。
2. ネットワーク機能仮想化（NFV）、Techopedia、2018年9月5日。
3. サーバーの新時代が今始まっている、The Next Platform、2019年6月7日。
4. Lean NFVによるイノベーションの加速、Lean NFV、2019年。
5. NFVとは？、Red Hat®。