VXLANとは何ですか？

Virtual Extensible LAN（VXLAN）は、レイヤー2のイーサネットフレームをUDPパケット内にカプセル化し、24ビットのネットワーク識別子を使用して、従来のVLANをはるかに超える拡張性を実現するカプセル化プロトコルです。Versa のSD-WANは、VXLANとEVPN、IPsecを組み合わせて、サイト間で暗号化されたオーバーレイトンネルを構築します。

主なポイント

• VXLANは、IPネットワーク上で、UDPパケット内にイーサネットフレームを封入して転送します。
• 24ビットのVNIは最大1,600万のセグメントをサポートしますが、VLANの場合は4,094です。
• VTEPは、各トンネルエンドポイントでトラフィックのカプセル化とデカプセル化を行います。
• EVPNは、VXLANのMACおよびIPの到達可能性情報を配信するためにMP-BGPを使用します。
• Versa VXLAN、EVPN、IPsecを組み合わせて、SD-WANおよびLANオーバーレイを実現します。

このページの内容： その重要性 ・ 仕組み ・ 種類 ・ VXLAN およびVersa · よくある質問

VXLANはなぜ重要なのでしょうか？

従来のVLANでは、12ビットのタグを使用してレイヤー2セグメントを識別するため、ネットワークで利用可能なセグメント数は4,094に制限されていました。この制限は、マルチテナント型データセンターやクラウド環境において、すでに数年前から手狭になっていました。VXLANでは、このタグを24ビットのネットワーク識別子に置き換えることで、1,600万以上の独立したセグメントを確保しつつ、VLANが提供するのと同じブロードキャストドメインの分離性を維持しています。 同様に重要な点として、VXLANはレイヤ2の到達可能性を物理的なトポロジーから切り離します。つまり、同じ仮想セグメント上の2つのホストは、異なるルーターの背後、異なるラック、あるいは異なるデータセンターに配置されていても、通常のIPルーティングによってのみ接続されていればよいのです。

この分離性により、VXLANは現代のオーバーレイネットワークにおける標準的な基盤となっています。 クラウドプロバイダーはこれを利用して、共有インフラ上で各テナントに隔離されたネットワークを提供しています。また、エンタープライズファブリックでは、アンダーレイにパケットを拡散させることなく、ルーティングされたリーフ・スパイン・コア全体にレイヤー2を拡張するためにVXLANが活用されています。コントロールプレーンの分散にEVPNと組み合わせることで、VXLANはフラット型やスパニングツリーに制約されるVLANでは不可能なスケーラビリティを実現します。そのため、現在ではVersaを含む、データセンターファブリックとSD-WANオーバーレイの両方の基盤として採用されています。

VXLANとは何ですか？

VXLANは2つのプレーンで動作します。データプレーンでは、VXLANトンネルエンドポイント（VTEP）――物理または仮想のスイッチ、ルーター、あるいはホスト――が、元のイーサネットフレームを受け取り、24ビットのVXLANネットワーク識別子（VNI――VOSアプライアンス上のvni-インターフェース名とは異なるため、混同しないこと。これについては別の用語集の項目を参照）を含む8バイトのVXLANヘッダー、 8バイトの外部UDPヘッダー（IANAによって割り当てられた宛先ポート4789。ただし、実装によっては他のポートが使用される場合もある）、およびリモートVTEP宛ての外部IPヘッダーでカプセル化します。受信側のVTEPはこれらのヘッダーを剥がし、VNIによって識別される正しいローカルセグメントに元のフレームを配信します。

コントロールプレーンにおいて、VXLANは通常EVPNと組み合わせて使用されます。EVPNは、レイヤ2 VPNアドレスファミリーおよびEVPNサブアドレスファミリーによって拡張されたマルチプロトコルBGP（MP-BGP）を利用して、VTEP間でMACアドレスやIPルーティング情報を配布します。 これにより、VTEPはトラフィックが到着する前にリモートMACアドレスの所在を把握できるようになり、EVPNを使用しない通常のVXLANが依存している「フラッド・アンド・ラーン」の動作を回避できます。

VXLANの種類

EVPNでは、VLANをVXLANセグメントにマッピングする2つの方法が定義されています。VLANベースのサービスでは、1つのVNIを1つのEVPNインスタンスにマッピングし、VNIごとに1つのMACテーブルを維持します。これはシンプルですが、各VLANに独自のインスタンスが必要となります。一方、VLAN対応バンドルでは、複数のVNIを1つのEVPNインスタンスにマッピングしつつ、VNIごとに個別のブリッジテーブルを維持します。これにより、大規模な展開において、VLANごとの設定オーバーヘッドを削減できます。

また、EVPNでは、VXLANのコントロールプレーン情報を伝送する5つのルートタイプが定義されています。タイプ1（イーサネット自動検出、マルチホームサイト向け）、タイプ2（MAC/IPアドバタイズメント）、タイプ3（包括的マルチキャストルート。ブロードキャスト、未知のユニキャスト、およびマルチキャストトラフィックの配信経路を確立するもの）、 タイプ4（イーサネットセグメントルート。マルチホーミング環境において指定フォワーダーを選出するために使用される）、およびタイプ5（IPプレフィックスルート。IP到達可能性をMAC/IPアドバタイズメントから切り離す）です。ブロードキャスト、未知のユニキャスト、およびマルチキャスト（BUM）トラフィックは、アンダーレイマルチキャストではなく、インジェストレプリケーションを通じて処理されます。

VXLAN &Versa

Versa オペレーティングシステム（VOS）デバイスは、SD-WAN向けにEVPN VXLANを実行し、レイヤー3 WANアンダーレイを介して顧客エッジデバイス間のレイヤー2オーバーレイを構築します。具体的には、VNIがマッピングされたブリッジドメインを持つ仮想スイッチ（MAC-VRF）が設定され、VXLANカプセル化でEVPNが有効化され、VTEP間のMP-BGPピアがMACおよびIPの到達可能性を配信します。ZT-LAN向けのEVPN VXLANも同様のメカニズムに基づいており、VTEPはWANに面したエッジデバイスではなく、ゼロトラストLANファブリック内のリーフおよびスパインデバイス上に配置されます。

ネットワーク上では、Versaのオーバーレイは、ブランチ、ハブ、およびコントローラーデバイス間のVXLAN通信にUDPポート4790を使用します（IANAのデフォルトである4789ではありません）。そのため、オーバーレイを確立するには、経路上のファイアウォールルールでUDP 4790を許可する必要があります。 VXLANはキャンパススイッチファブリックでも利用されます。SD-LANワークフローテンプレートを使用すると、管理者はスイッチポートごとにVXLANを有効にし、VTEP IPアドレスを割り当て、少なくとも1つのレイヤー3ポートが存在する場合にVXLAN仮想スイッチとVRFを一度設定することができます。 これら3つの経路すべてにおいて、VOSはVLANベースおよびVLAN対応のバンドルEVPNサービスタイプ、ならびにタイプ1～5のEVPNルートをサポートしています。タイプ5ルートのサポートはリリース22.1.1で追加され、より広範な機能セットは21.2.1以降で利用可能となっています。

よくある質問

VXLANとVLANの違いは何ですか？

VLANは、フレームに12ビットのIDをタグ付けし、ネットワークを最大4,094のセグメントに制限し、通常は1つのレイヤー2ドメイン内に留まります。一方、VXLANは、フレームを24ビットのVNIでカプセル化し、レイヤー3経由でルーティングするため、1,600万以上のセグメントをサポートし、1つのセグメントがルーティングされたネットワークやデータセンターにまたがって展開できるようになります。

VXLANトンネルエンドポイント（VTEP）とは何ですか？

VTEPとは、VXLANトラフィックのカプセル化とデカプセル化を行うデバイスであり、トラフィックが外部へ送信される際にはVXLANヘッダー、UDPヘッダー、および外側のIPヘッダーを追加し、内部へ受信される際にはそれらを削除します。VTEPは、物理スイッチやルーター、あるいはハイパーバイザー上で動作する仮想スイッチやルーターである場合があります。

EVPNはVXLANとどのように連携するのでしょうか？

EVPNは、VXLANのデータプレーンと組み合わされることが最も一般的なコントロールプレーンです。EVPNは、トラフィックが流れる前にVTEP間でMACおよびIPの到達可能性をアドバタイズするためにマルチプロトコルBGPを使用するため、リモートホストは「フラッド・アンド・ラーン」によって検出されるのではなく、事前に把握されています。また、マルチホーミング、BUM配信、およびIPプレフィックスのアドバタイズのためのルートタイプを定義しています。

VXLANネットワークにおけるBUMトラフィックとは何ですか？

BUMとは、ブロードキャスト、アンノウン・ユニキャスト、およびマルチキャストトラフィックを指し、これらは単一の既知の宛先へ転送できないフレームです。VXLAN環境では通常、BUMトラフィックはインジェストレプリケーションによって処理され、インジェスト側のVTEPがセグメント内の他のすべてのVTEPにそのコピーを送信します。

VXLANはどのUDPポートを使用しますか？

IANAによって割り当てられたVXLANの宛先ポートはUDP 4789ですが、実装によっては他の値を使用することも可能です。実際、VersaのSD-WANオーバーレイでは、ブランチ、ハブ、およびコントローラーデバイス間でUDP 4790を介してVXLANを伝送しています。Versa の展開向けにファイアウォールルールを構築する際は、オーバーレイ用にUDP 4790を許可してください。UDP 4789がVersa 環境に現れるのは、Directorクラスタノード間のDockerオーバーレイネットワークなど、本件とは無関係な用途の場合のみです。

VXLANに関する詳細

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