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こんにちは。SB C&Sの湯村です。「基礎から学ぶ！vSphere検証環境構築」シリーズ第4回は、「ネットワークの設定（標準仮想スイッチ）」です。vSphere環境におけるネットワークは、vSphereを始めて学習する方々がつまずきやすい内容ですので、本記事で理解を深めていきましょう！
1. vSphereにおける仮想ネットワークとは
1.1. 仮想ネットワークの構成要素
第1回の記事で、「ESXiをサーバー上にインストールすることで、複数の仮想マシンを稼働させることができる」ことをご紹介しましたが、ESXi上で稼働する仮想マシンは、当然ながら目に見えません。本来、サーバーやPC等の物理マシンでネットワークを構築する際は、スイッチやLANケーブルを利用して目に見える形で配線を行っていましたので、イメージがしやすかったと思います。では、仮想環境におけるネットワークはどのようになっているのでしょうか？
以下の図は、ESXiにおける仮想ネットワークを構成している要素を図示したものです。
物理マシンにCPUやメモリ等のハードウェアが搭載されているのと同様に、仮想マシンには仮想化されたハードウェアを搭載できます。仮想マシンは仮想NIC（通称：vNIC）をもち、vNICにIPアドレスを割り当てることで通信できます。
もちろん、仮想マシンが物理環境へ通信するためには、ESXiホストに搭載された物理NIC（通称：vmnic）との紐づけが必要となります。従来、物理マシンに搭載されているNICはIPアドレスやMACアドレスをもちますが、ESXiにおけるvmnicはIPアドレスを持たず、仮想環境と物理環境をつなぐ橋渡しのような機能しかありません。そのため、物理環境から仮想環境への通信は、vNICに割り当てられたIPアドレス宛に行われます。
しかし、1つのvNICに1つのvmnicを割り当てると、ESXiホストには膨大な物理NICが必要になってしまいます。そこでvSphereは、ESXiホストの内部で仮想的なスイッチである仮想スイッチ（通称：vSwitch）を作ることで、この問題を解決しています。
1.2. 標準仮想スイッチ（vSphere Standard Switch）
仮想スイッチには標準仮想スイッチと分散仮想スイッチの2種類あります。今回は、標準仮想スイッチについてご説明します。
※分散仮想スイッチについては「第5回 ネットワークの設定（分散仮想スイッチ）」で説明しますので、そちらをご覧ください。
標準仮想スイッチは、ESXiホスト1台の中で独立した仮想スイッチです。まず、vSwitchには以下の図ように3種類のポートが存在します。
- アップリンクポート
- VMkernelポート
- 仮想マシンポートグループ
アップリンクポートは物理NICであるvmnicと紐づけられます。チーミングというvmnicの冗長化設定を行うこともできます。
VMkernelポートは、ESXiホストとの管理用通信や、vMotion・vSphere HA等のvSphereの機能を利用するために必要なポートです。vCenter ServerがESXiホストを管理するための通信は、このVMkernelポートを経由します。一般的には、機能やサービス毎に1つずつVMkernelポートを作成することが推奨とされています。
また、基本的にはVMKernelポート毎にネットワークセグメントを分けることが推奨とされています。理由は、ESXiにおいて、同一ネットワークサブネットで複数のVMKernelポートを使用することがサポートされていないためです。ネットワークセグメントを分けることでVMKernelポートを使用した通信を負荷分散させることができます。
仮想マシンポートグループは、vNICと接続して仮想マシンが通信を行うためのポートの集合です。vSwitchでは、ひとまとまりのポートグループとしてポートを管理するように実装されています。「本番環境用ポートグループ」や「開発環境用ポートグループ」のように、用途別にポートグループを作り、そのポートグループ毎にVLANを設定することが一般的です。
また、標準仮想スイッチはESXiホスト内で独立している仮想スイッチですので、ESXiホストが複数台あるときは、全てのESXiホストで同様の仮想スイッチを構成する必要があります。
1.3. 物理NIC（vmnic）のチーミングによる冗長設定
vmnicのチーミングとは、複数のvmnicを束ねることにより、「帯域幅の拡張」や「冗長性」を確保できる機能です。ひとつの仮想スイッチに対して複数のvmnicを割り当てることによって、自動的に構成されます。さらに、チーミングポリシーでロードバランシングやフェイルオーバーの順序を選択することで、様々なケースに適した冗長設定を行うことができます。
今回の記事では、フェイルオーバーの順序を指定することで冗長設定を行います。
2. 使用する環境
今回使用した環境は以下の通りです。
- ハードウェア：Nested ESXiとして作成した仮想マシン3台
※今回の検証環境ではESXiホスト1台あたり4つの物理NIC（vmnic0 ~ vmnic3）を搭載しています。
※「第1回 ESXiのインストール」でESXiの初期設定を行った際、ESXi管理ネットワーク用にvmnic0を指定しているため、vmnic0がvSwitch0に割り当たっている状態です。 - ソフトウェア：VMware ESXi 7.0 Update 3 ／ vCenter Server Appliance 7.0 Update 3
- ストレージ：iSCSIストレージ
※事前構築済のものを利用しています。
【参考】https://kb.vmware.com/s/article/86398
また、今回の環境では、以下の情報を使用しています。
| コンポーネント | ホスト名 | IPアドレス |
|---|---|---|
| ESXi-A1 | esxi-a1.demo.local | 192.168.255.10/24 |
| ESXi-A2 | esxi-a2.demo.local | 192.168.255.20/24 |
| ESXi-A3 | esxi-a3.demo.local | 192.168.255.30/24 |
| vCSA | vc-a1.demo.local | 192.168.255.100/24 |
| コンポーネント | データストア名 | IPアドレス |
|---|---|---|
| データストア | iSCSI | 192.168.255.210/24 |
下図の赤枠部分を構築していきます。vSwitch0はESXiをインストールする際にデフォルトで作成される標準仮想スイッチ、vSwitch1は新規で作成する標準仮想スイッチです。それぞれのvSwitchに対してvmnicを2枚ずつ割り当て、チーミング設定（冗長設定）を行います。
また、これから説明する構築手順では、ESXi-A1に対する手順のみを記載しています。今回のようにESXi-A2、ESXi-A3と複数台ある場合は、それぞれに対して同じ手順を行ってください。
3. vSwitch0のネットワーク設定
標準仮想スイッチでは、仮想スイッチ単位またはポートグループの単位でチーミングすることで冗長構成にできます。
※ここでは1台目のESXiホストのみの手順を記載しています。複数台のESXiホストに対してネットワークを設定する場合は、1台ずつ同様に設定してください。
3.1. vSwitch0のチーミング設定
vSwitch0に対してvmnic0とvmnic1を割り当て、仮想スイッチ単位でチーミングを設定します。
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1. ESXiホストに搭載されているvmnicの枚数を予め確認します。
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2. vSwitch0の物理アダプタ設定画面を開きます。
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3. ウィザードが開いたら、[＋] ボタンをクリックします。 |
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4. vmnicを追加します。
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5. [OK] ボタンをクリックし、ウィザードを終了します。 |
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6. Management Networkの設定を行います。
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7. チーミングおよびフェイルオーバーの設定を行います。
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8. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。
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9. VM Networkの設定を行います。
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10. チーミングおよびフェイルオーバーの設定を行います。
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11. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。
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以上でvSwitch0におけるチーミングおよびフェイルオーバーの設定は完了です。Management Networkでは【アクティブ：vmnic0 ／ スタンバイ：vmnic1】、VM Networkでは【アクティブ：vmnic1 ／ スタンバイ：vmnic0】のようにタスキ掛けにしたことで、片方のvmnicが通信不可状態になったとしても、もう片方のvmnicに自動でフェイルオーバーされ、すぐに通信が再開されるようになります。
3.2. VMkernelポートでのネットワークサービス有効化
ここでは、VMkernelポートの用途を決めるため、ポートでネットワークサービスを有効化します。
VMkernelポートを使用した通信は、用途別に分けることが一般的です。例えば、管理用ネットワークやvMotion用ネットワーク等です。それらはネットワークの「サービス」と呼ばれており、vSwitch0のVMkernelポート（vmk0）にはデフォルトで管理サービスが有効になっています。
ただし、VMKernelポートにはiSCSI用ネットワークのサービスは存在しません。iSCSIストレージにはソフトウェアアダプタで設定したIPアドレスに従って通信を行います。
今回の検証環境では、vmk0にvMotionサービスを追加することで、vMotion用ネットワークを構築します。さらにiSCSI接続経路も同じネットワーク（192.168.255.0/24）にしていますので、vmk0に全ての通信が流れる構成となります。
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1. vMotionサービスを有効化します。
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2. vmk0にvMotionサービスを付与します。
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4. vSwitch1のネットワーク設定
仮想マシンポートグループ用に、標準仮想スイッチvSwitch1を新規で作成し、vmnic2とvmnic3を割り当て、チーミングで冗長構成にします。
※ここでは1台目のESXiホストのみの手順を記載しています。複数台のESXiホストに対してネットワークを設定する場合は、1台ずつ同様に設定してください。
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1. [ネットワークの追加] をクリックします。 |
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2. 接続タイプを選択します。
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3. ターゲット デバイスを選択します。
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4. 割り当てられたアダプタで [＋] ボタンをクリックします。
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5. スイッチに追加するvmnicを選択します。
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6. vmnicが割り当たったことを確認します。
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7. ネットワークラベルの設定を行います。
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8. 設定内容を確認し、[FINISH] ボタンをクリックします。
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9. vSwitch0と同様に、vSwitch1にもフェイルオーバーの設定を行います。
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10. vSwitch0と同様に、チーミングおよびフェイルオーバーの設定を行います。
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11. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。
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以上でvSwitch1におけるチーミングおよびフェイルオーバーの設定は完了です。仮想マシンについては、vNICをVirtualMachineポートグループに接続することで外部のネットワークと通信できるようになります。
5. Tips ~ 標準仮想スイッチのベストプラクティス ~
vSphereのドキュメントにある「ネットワークのベストプラクティス」では、ベストプラクティスのひとつとして「ネットワークサービスを物理的に分離する」ことが挙げられています。サービス毎にネットワークセグメントを分離することで、セキュリティとパフォーマンスを向上させることができます。
おさらいとなりますが、ネットワークサービスとは、管理用ネットワーク・vMotion用ネットワーク・仮想マシン用ネットワーク等、ネットワークの種類のことを指します。冒頭の標準仮想スイッチの説明で「機能やサービス毎に1つずつVMkernelポートを作成することが推奨とされています。」と説明した部分が該当します。
具体的には、VMKernelポート毎に標準仮想スイッチを作成し、vmnicを割り当てることです。下図のようなイメージになります。
ご覧の通り、管理用・vMotion用・仮想マシン用 のように、サービスによって標準仮想スイッチを作成することでネットワークを分離することができます。これによって、各サービスと専用の物理NICのセットができますので、各サービスのパフォーマンスが向上します。
しかし、このようにネットワークを分離した環境の場合、それぞれの仮想スイッチでvmnicが必要となりますし、冗長性を考慮するのであれば、さらにチーミングによる2重化が必要です。これは、物理サーバーに搭載できる物理NICの数や費用面としてもハードルが高い構成になると思います。
そこで、ポートグループ毎に異なるVLAN IDを設定することで、1つの標準仮想スイッチ内に複数のネットワークサービスがあったとしても、ネットワークを分離させることができます。このことを考慮したイメージが下図になります。
余談になりますが、物理NICではなくVLANでネットワークサービスを分離する構成は、VMwareのベストプラクティスをふまえたDell TechnologiesのHCI製品であるVxRailにも採用されています。VxRailでは標準仮想スイッチではなく、より機能が充実している分散仮想スイッチが利用されています。分散仮想スイッチでもこのベストプラクティスは共通です。
今回は、仮想ネットワークという「目に見えないもの」をご紹介しました。机上だけではなく、実際に手を動かすと理解しやすいと思います。是非今回の記事を参考に仮想ネットワークを構築してみてください！
次回は、さらに一歩踏み込んだ「分散仮想スイッチ」についてご紹介しますので、そちらも是非ご覧ください。
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著者紹介
SB C&S株式会社
ICT事業本部 技術本部 技術統括部 第1技術部 2課
湯村 成一 - Seiichi Yumura -
Dell Technologies社製品のプリセールス業務を行うエンジニア。
主にVxRail・Azure Stack HCIといったHCI製品を担当している。
