基礎から学ぶ！vSphere 8.0 検証環境構築第4回ネットワークの設定（標準仮想スイッチ）｜技術ブログ

2023.10.24

こんにちは。SB C&Sの大塚です。

「基礎から学ぶ！vSphere 8.0 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。

第4回_1.jpg

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

第4回_2.jpg

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。

第4回_3.jpg

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：ESXi 3台（Nested仮想マシン）
※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 8.0 Update 2 ／ vCenter Server Appliance 8.0 Update 2
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。

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	192.168.255.11/24
ESXi-A2	esxi-a2.demo.local	192.168.255.12/24
ESXi-A3	esxi-a3.demo.local	192.168.255.13/24
vCSA	vc-a1.demo.local	192.168.255.100/24

コンポーネント	データストア	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。

第4回_4.jpg

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。

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。

左ペインの [esxi-a1.demo.local] をクリックします。
右ペインの [構成] タブをクリックします。
[物理アダプタ] をクリックします。
ESXiホストに搭載されているすべてのvmnicが表示されていることを確認します。
※今回の検証環境ではESXiホスト1台あたり4つのvmnic（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。

2. vSwitch0の物理アダプタ設定画面を開きます。

[仮想スイッチ] をクリックします。
[物理アダプタの管理] をクリックします。

3. vmnicを移動させます

ネットワークアダプタで [vmnic1] をクリックします。
[下へ移動]を数回クリックし、[vmnic1]を有効なアダプタへ移動させます。

4. 有効なアダプタへ移動できたら[OK] ボタンをクリックし、ウィザードを終了します。

5. Management Networkの設定を行います。

[Management Network] の横にある [･･･] をクリックします。
[設定の編集] をクリックします。

6. チーミングおよびフェイルオーバーの設定を行います。

[チーミングおよびフェイルオーバー] をクリックします。
ロードバランシングで [明示的なフェイルオーバー順序を使用] を選択します。
フェイルオーバーの順序で未使用アダプタの [vmnic1] をクリックします。
[上へ移動] ボタンをクリックし、vmnic1をスタンバイアダプタに移動させます。

7. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。

有効なアダプタが [vmnic0]、スタンバイアダプタが [vmnic1] になっていることを確認します。
[OK] ボタンをクリックします。

8. VM Networkの設定を行います。

[VM Network] の横にある [･･･] をクリックします。
[設定の編集] をクリックします。

9. チーミングおよびフェイルオーバーの設定を行います。

[チーミングおよびフェイルオーバー] をクリックします。
ロードバランシングで [オーバーライド] にチェックを入れます。
[明示的なフェイルオーバー順序を使用] を選択します。
フェイルオーバーの順序で [オーバーライド] にチェックを入れます。
有効なアダプタの [vmnic0] をクリックします。
[下へ移動] ボタンを数回クリックし、vmnic0をスタンバイアダプタに移動させます。

10. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。

有効なアダプタが [vmnic1]、スタンバイアダプタが [vmnic0] になっていることを確認します。
[OK] ボタンをクリックします。

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。

1. vMotionサービスを有効化します。

vmk0の横にある [･･･] をクリックします。
[設定の編集] をクリックします。
※今回は検証環境の都合上、デフォルトで作成されるVMkernelポート（vmk0）にvMotionトラフィックを追加していますが、本来は、サービス毎にVMkernelポートを分けることが推奨されています。

2. vmk0にvMotionサービスを付与します。

使用可能なサービスで [vMotion] にチェックを入れます。
※ここでチェックを入れ忘れると、vMotion機能が利用できませんので注意してください。
[OK] ボタンをクリックします。

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。

1. [ネットワークの追加] をクリックします。

2. 接続タイプを選択します。

[標準スイッチの仮想マシンのポートグループ] を選択します。
[次へ] ボタンをクリックします。

3. ターゲットデバイスを選択します。

[新しい標準スイッチ] を選択します。
[次へ] ボタンをクリックします。

4. スイッチに追加するvmnicを選択します。

未要求アダプタの欄で、[vmnic2] と [vmnic3] を選択します。
※CtrlキーやShiftキーを押しながら選択すると同時選択できます。
[下へ移動] ボタンをクリックして、有効なアダプタへ移動させます。

5. vmnicが割り当たったことを確認します。

有効なアダプタに [vmnic2] と [vmnic3] が移動されたことを確認します。
[次へ] ボタンをクリックします。

6. ネットワークラベルの設定を行います。

ネットワークラベルで任意の名前を入力します。
※今回は仮想マシンポートグループを作成するため、[VirtualMachine] という名前を設定しています。
[次へ] ボタンをクリックします。

7. 設定内容を確認し、[完了] ボタンをクリックします。

8. vSwitch0と同様に、vSwitch1にもフェイルオーバーの設定を行います。

作成したポートグループ名の横にある [･･･] をクリックします。
[設定の編集] をクリックします。

9. 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。

[チーミングおよびフェイルオーバー] をクリックします。
ロードバランシングで [オーバーライド] にチェックを入れます。
[明示的なフェイルオーバー順序を使用] を選択します。
フェイルオーバーの順序で [オーバーライド] にチェックを入れます。
有効なアダプタの [vmnic3] をクリックします。
[下へ移動] ボタンを数回クリックし、vmnic3をスタンバイアダプタに移動させます。

10. 設定内容を確認し、ウィザードを終了します。

有効なアダプタが [vmnic2]、スタンバイアダプタが [vmnic3] になっていることを確認します。
[OK] ボタンをクリックします。

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「vSphere 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。

第4回_27.png

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 1課
大塚亜人夢 - Atomu Otsuka -

VMware vExpert

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