Red Hat のネットワーク機能仮想化ソリューション

Red Hat では、Red Hat Solution for NFV というオープンソースをベースとしたキャリアグレードのソリューションを提供しています。このソリューションは、OpenStack などの既存のオープンソース製品で利用できるように NFV 機能を追加して、通信サービスプロバイダー (CSP) が IT およびネットワークの収束を実現するのをサポートします。

幅広いカテゴリーに分類される Red Hat NFV ソリューションの最も一般的なユースケースは以下のとおりです。

モビリティー: vEPC および vIMS などのモバイル CSP のデプロイサービスをサポートします。

マネージドサービス: マネージドサービスとは、サービスプロバイダーが大中小規模のエンタープライズに提供するサービスのことです。最も一般的なサービスは、マネージド CPE (Customer Premise Equipment)、マネージドファイアウォール、VPN 終端のゲートウェイ、侵入検出および分析です。

マネージドサービスでは、サービスプロバイダーは CPEaaS や FWaaS などの「aaS (as a Service) を提供します。マネージドサービスには、VNF が仮想化を提供しますが、これらのサービスをリンクするサービスチェーンを作成する機能がより重要になります。これにより、クラウド内に従来のルーティングとレイヤー 2 のスイッチだけでなく、レイヤー 2 と 3 ベースの基準を超えるフローをプログラムするソフトウェア定義ネットワーク (SDN) も必要です。

ビデオ: Netflix、Amazon Video などのケーブルオペレーター (MSO) およびその他の Over The Top (OTT) プロバイダーは多くのサーバーとネットワークデバイスを使用します。このようなネットワークは、コンテンツ配信ネットワーク (CDN) と総称されます。これは、専用のハードウェアではなく仮想化されたデバイスのクラウドインスタンスを使用して運用コストを大幅に削減できるもう 1 つの領域です。このような仮想化 CDN は、配信ネットワークにより近いデータセンターに配置することができます。これにより、追加の容量が必要となった場合のスケーリング、冗長化、災害復旧が簡単になります。

共通のユニークなプラットフォームがあることによってサービスプロバイダーにもたらされる利点は、IT とネットワーク収束です。NFV アーキテクチャーに使用できる Red Hat 製品は、以下のとおりです。

Red Hat NFV ソリューションは、Red Hat ポートフォリオの複数の製品で構成されており、以下のような数多くのテクノロジーを統合します。

Red Hat NFV ソリューションは、以下の層で構成されます。

Compute (nova) は、必要に応じて仮想マシンを構築、スケジューリング、無効化して OpenStack 環境でインスタンスを管理します。Compute は、NFV のユースケースに適しています。たとえば、スケジューラーは、パフォーマンスや耐障害性に極めて重要です。これは、インスタンスを正しく設置することで実現できます。また、初回起動時と、障害検出時の対応の際にはいずれも、迅速に新規インスタンスを起動する必要があります。Compute には、以下のような主要な機能があります。

パフォーマンス要件は、主として高性能のパケット処理 (ネットワークからパケットを取得して、仮想マシンに送り、迅速に処理してネットワークに戻す方法) が対象です。利用可能なテクニックの 1 つに、仮想マシンが SR-IOV を介してネットワークに直接物理的にアクセスするという方法があります。OpenStack Networking は、特定の構成で IPv6 テナントのサブネットをサポートしています。また、仮想化スイッチを加速してパケット処理を高速にする DPDK-Accelerated Open vSwitch も、Red Hat OpenStack Platform 8 リリースの OpenStack Networking ではテクノロジープレビュー機能としてサポートされています。

OpenStack のストレージは、クラウドのデータ保護と障害復旧において重要な役割を果たします。Red Hat OpenStack Platform により、顧客およびユーザーが重要なデータをクラウドストレージにセキュアにバックアップできる上、オフサイトのバックアップに対するコンプライアンス要件を満たすこともできます。また、障害復旧のための第 2 のクラウドを維持するコストを削減する一方で、クラウドストレージの提供する低コストのメリットを享受することができます。

高可用性とは、パフォーマンスの低下やサブシステムの障害に対応するために、設計に十分なキャパシティーを追加して、長期間継続して稼働するシステムまたはコンポーネントのことを指します。可用性は、「100% 稼働」または「障害発生なし」という基準に対して相対的に測定することができます。一般的に使用されているが実現が困難なシステム/製品向けの可用性基準は、「ファイブナイン」(99.999%) の可用性と呼ばれます。高可用性システムは、システムのダウンタイムおよびデータの損失を最小限に抑えることを目的としています。

高可用性を実装するには、ハードウェアを冗長化にして各サービスのインスタンスを冗長構成で実行します。サービスのインスタンスを実行するハードウェアの 1 つが機能しなくなった場合は、システムはフェールオーバーして、そのサービスの別のインスタンスを使用することができます。

システムを監視することで、最適なパフォーマンスを確保します。収集したデータは、顧客の請求、システムの監視または警告に使用することができます。障害の発生は避けられないことを認識した上で、OpenStack は耐障害性のモニタリング、障害検知、対応に重点的に取り組む必要があります。

OpenStack では、以下にあげるメトリックおよびイベントを監視して、デプロイメントの正常性とパフォーマンスを可視化します。

インフラストラクチャーおよびユースケースに特に関連するメトリックを追加で監視することができます。監視の対象は、使用する運用ツール (FCAPS) と OpenStack コンポーネントの両方により異なります。

FCAPS ツールは、障害、構成、課金、性能、機密上の問題を管理することができます。FCAPS 管理ツールの目的は以下のとおりです。

既存のハイパーバイザーは、NFVI の要件を満たすために設計されているわけでなく、目的が異なるので、NFV 機能を有効にするにはさらなる連携が必要です。KVM では、高パフォーマンスおよび低レイテンシーを実現できます。ユースケースによってレイテンシーの許容範囲も異なりますが、多くの場合は、レイテンシーが 20 ミクロ秒未満である必要があります。また、レイテンシーを 5-10 ミクロ秒に抑えて、パフォーマンスを保証する必要がある場合もあります。これらの数字を達成するには、システムを慎重に設定して、CPU 周波数の変更、カーネルモジュールのロードおよびアンロード、スワッピングをしないなど、レイテンシーが高くなる各種システム操作を避ける必要があります。アプリケーションは、リアルタイム以外のヘルパープログラムを除くディスクやサウンドデバイスといった速度の遅いデバイスを避けるように調節する必要があります。そのため、リアルタイム KVM をデプロイするには、タイムスタンプのカウンターが安定した状態を確保して、システムが別のクロックソースにフォールバックしないようにするなど、システムに関する深い知識が必要です。

パフォーマンスやレイテンシーの処理は、CPU (周波数、電源管理、機能など)、マイクロアーキテクチャーリソース、キャッシュの階層、サイズ、メモリー (および NUMA などの階層)、速度、相互接続、I/O、I/O NUMA、デバイスなど複数の要因により異なります。

NFV 向けのリアルタイム KVM の初回の機能拡張は以下の通りです。

割り込み遅延 (ハードウェアの割り込みが入ってから、仮想マシンの割り込みハンドラーが呼び出されるまでの時間) とは、デバイスの種別によりタイミング変動、パケット遅延、または両方となります。仮想タイマーでの割り込み遅延で、パケット処理のポーリングしか使用しない場合でもリアルタイム VNF でのタイミング精度に問題が発生する可能性があります。仮想マシン内の割り込み遅延変動を最小限に抑えるには、VNF を正しく実装する必要があります。

リアルタイム KVM は、Red Hat OpenStack Platform 8 リリース以降で、テクノロジープレビューとしてサポートされます。

オープンソースは、Red Hat の DNA に浸透しています。NFV の導入を始めるにあたっての CSP の主要な要件は、迅速なイノベーションと、ベンダーロックインを防ぐことの 2 つです。オープンソースは、これらの要件を満たすことができます。オープンソースの概念は、新たな NFV 機能はいずれも、まず最初にアップストリームのコミュニティーに提出するというコミットメントに結びついています。オープンソースでは、プロプライエタリー機能のサポートに掛かるような目に見えない保守コストは発生しないことが利点です。

Open Platform for NFV (OPNNFV) では、開発者やソリューションプロバイダーのコミュニティーからの投資を活用する NFV ソリューションをデプロイするオープンソースのプラットフォームを提供します。OPNNFV はキャリアグレードの統合型オープンソースプラットフォームで、NFV 製品やサービスの導入を加速します。Red Hat は OPNFV プロジェクトに積極的に参加しています。

長年の間、電気通信サービスプロバイダーは、「シックスナイン」の信頼性を保証できるように、幅広い機能をネットワークに組み込めるように設計してきました。シックスナインとは、１年間のダウンタイムを 32 秒以下とする、最大 99.9999% の割合でネットワークを保証するという意味です。サービスプロバイダーがそれぞれのプランを精緻化して、NFV をネットワークに段階的に導入するにあたって、仮想化された機能を組み込んだネットワークインフラストラクチャーにおけるシックスナインの信頼性に対する影響を考察しています。キャリアグレードの信頼性を実現するための要件には、可用性、セキュリティー、パフォーマンス、管理などが含まれます。

Red Hat の戦略は、お客様およびパートナーと連携し、アップストリームを優先する方針のオープンソース方式で機能を開発して、キャリアグレードのソリューションを提供することです。このため、Red Hat は製品オファリングに機能を統合する前に、オープンソースプロジェクトに統合します。OpenStack 環境に VNF をデプロイするコンテキストでは、キャリアグレードという用語は、技術が成熟するとともに再定義/推敲する必要があります。Red Hat では、ネットワークパフォーマンス、高可用性、管理可能性、デプロイメントの容易性/ユーザビリティーなど複数の機能をすでに開発していますが、開発は完了していません。Red Hat は、Intel と連携して残りのギャップを解決し、運用および実稼動の準備を整えることによって、CSP がレガシーのハードウェアの場合と同様の確信を持って VNF をデプロイできるようにすることを目標としています。

完全なオープンソース NFV ソリューションを構築するには、極めて異なるコミュニティー (OpenStack、KVM、Linux など) からの複数のコンポーネントを統合する必要があります。Red Hat は、これらのコミュニティーの主要なコントリビューターで、すべてのコンポーネントを統合する商用ソリューションを提案しています。このソリューションは、以下の目的を達成する鍵となります。

ETSI は、ヨーロッパの情報通信技術 (ICT) に関する標準を開発する独立標準化グループです。欧州電気通信標準化の Industry Specification Group for Network Functions Virtualization (ISG NFV) は、電気通信ネットワークにあるさまざまな機能を仮想化するための要件やアーキテクチャーの開発を担当します。

ネットワーク機能の仮想化 (NFV) は、プロプライエタリーのハードウェアデバイスの使用に伴う問題への対処に重点を置いています。標準の IT 仮想化技術を進化させることによって、NFV はネットワーク機能をソフトウェアに実装して、業界標準の幅広いサーバーハードウェアで実行して、必要に応じてネットワーク内のさまざまなロケーションに簡単に移動できるようにします。NFV を使用すると、新しい設備を設置する必要がなくなります。ESTI ISG NFV は、仮想化された機能のメンテナンスに必要なハードウェアやソフトウェアの要件およびアーキテクチャーの仕様を設定するのに役立ちます。ETSI ISG NFV は、ネットワーク機能の開発に関する指針も管理します。

NFV の MANO アーキテクチャーは、クラウドインフラストラクチャーの管理、ホスティングされている要素または VNF および VNF で構成されるサービスをデプロイおよび接続する役割を果たします。

vEPC は、Long-Term Evolution (LTE) ネットワークのコアコンポーネントにプラットフォームを提供するクラウドアーキテクチャーです。このアーキテクチャーでは、ゲートウェイやモバイルエンドポイントを動的にプロビジョニングして、スマートフォンやその他のデバイスからのデータトラフィック量が増加した場合でも処理能力を維持することができます。

vIMS により、無線または有線を使用した既知の全パケット通信形式の IP (インターネットプロトコル) を容易に使用できるようになります。