令和6年度 春期 ネットワークスペシャリスト試験 午後II 問題 問1 VXLAN/EVPNによるデータセンター網設計

データセンターのネットワークの検討に関する次の記述を読んで，設問に答えよ。

K社は国内にデータセンターを所有する大手EC事業者である。データセンターのネットワークには，VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network)を利用している。K社の情報システム部は，ネットワークの拡張性を向上させるためにEVPN (Ethernet VPN)の適用を計画しており，EVPNを用いたVXLANの技術検証を行うことを検討している。

〔VXLANの概要〕

RFC 7348で規定されたVXLANでは，VXLANヘッダー内の a ビットのVNI (VXLAN Network Identifier)を用いて，約1,677万個のレイヤー2のオーバーレイネットワークをレイヤー b のネットワーク上に構成できる。VXLANトンネルの端点であるVTEP (VXLAN Tunnel End Point)は，VXLANのカプセル化及びカプセル化の解除を行う。VTEP及びVXLANトンネルの構成例を図1に示す。

図1中のL3SWのVTEPは，サーバから受信したイーサネットフレームに，VXLANヘッダー， c ヘッダー及びIPv4ヘッダーを付加したIPパケット（以下，VXLANパケットという）を，宛先のVTEP（以下，リモートVTEPという）に転送する。転送されるVXLANパケットの送信元及び宛先には，各VTEPに割り当てられたIPアドレスを利用する。VXLANパケットの構造を図2に示す。

VTEPは，イーサネットフレームの宛先に応じてVXLANパケットの宛先を決定するための情報として，リモートVTEPから受信したVXLANパケットから次の情報を組み合わせて学習する。
・①リモートVTEPに接続されたサーバのMACアドレス
・②VXLANトンネルのVNI
・③リモートVTEPのIPアドレス

K社の現行のネットワークでは，VTEPは，自身に接続されたサーバからリモートVTEPに接続されたサーバ宛てのイーサネットフレームを，次の方式を選択して転送する。
・イーサネットフレームが，VTEPによって学習されているサーバ宛てのユニキャストの場合には，図2中のIPv4ヘッダーの宛先IPアドレスに，リモートVTEPのIPアドレスをセットして転送する。
・④イーサネットフレームが，BUM（Broadcast, Unknown Unicast, Multicast）フレームの場合には，図2中のIPv4ヘッダーの宛先IPアドレスに，IPマルチキャストのグループアドレスをセットして転送する。

〔現行の検証ネットワーク〕

K社は，現行のネットワークの維持管理のために，検証ネットワーク（以下，検証NWという）を構築している。現行の検証NWを図3に示す。

図3の概要を次に示す。

・物理サーバに接続するL3SWのポートには，タグVLANを設定している。
・物理サーバの二つのNICはアクティブ／スタンバイ構成であり，L3SW11，L3SW21及びL3SW31に接続するNICをアクティブにしている。
・L3SWの経路制御にはOSPFを用いている。
・L3SWは，OSPFで交換するLSA（Link State Advertisement）の情報から d というデータベースを作成する。次に， d を基に，それぞれのL3SWを根とする e ツリーを作成して，ルーティングテーブルに経路情報を登録する。
・ ⑤LSAに含まれるルータIDには，それぞれのL3SWのループバックインタフェースに割り当てたIPアドレスを使用している。
・ ⑥OSPFのECMP (Equal-Cost Multipath) によって，トラフィックを負荷分散している。
・ PIM-SM (Protocol Independent Multicast - Sparse Mode) によるIPマルチキャストルーティングを用いており，L3SW01及びL3SW02にIPマルチキャストのランデブーポイントを設定している。

現行の検証NWのVLAN，VXLAN及びVTEPを図4に示す。

図4の概要を次に示す。

・図3の物理ネットワーク上に，VXLANトンネルを論理的に構成している。
・L3SW11, L3SW12, L3SW21, L3SW22, L3SW31及びL3SW32にVTEPを設定している。
・⑦VTEPのIPアドレスには，それぞれのL3SWのループバックインタフェースに割り当てたIPアドレスを使用している。
・VTEPのBUMフレームの転送には，IPマルチキャストを用いる設定にしている。
・VTEPでは，図4中の“VXLANのカプセル化に用いる対応表”に示す次の三つの情報を対応させてカプセル化を行っている。
　・受信したイーサネットフレームの“VLAN ID”
　・VXLANトンネルの“VNI”
　・BUMフレームを転送するときに使うIPマルチキャストの“グループアドレス”

レイヤー2のネットワークにおけるVM11及びVM23と各VMの通信可否を表1に示す。

〔現行の検証NWにおけるVTEPの動作〕

図4中のVM11とVM31のARP通信におけるVTEPの動作を，次に示す。

(1) L3SW11のVTEPでは，⑧VM11から受信したVM31のMACアドレスを問い合わせるARP要求フレームに対してVXLANのカプセル化を行い，IPマルチキャストのグループアドレスを宛先にして，グループに参加する全てのリモートVTEPに転送する。
(2) L3SW12, L3SW21, L3SW22, L3SW31及びL3SW32のVTEPでは，受信したVXLANパケットのカプセル化を解除して，対応するVLANにARP要求フレームをブロードキャストする。
(3) L3SW31のVTEPでは，⑨VM31から受信したARP応答フレームに対して，VXLANのカプセル化を行い，L3SW11のVTEP宛てに転送する。
(4) L3SW11のVTEPでは，受信したVXLANパケットのカプセル化を解除して，VM11宛てにARP応答フレームを転送する。

(1)〜(4)の動作完了後に確認できる，L3SW11及びL3SW31が学習したVXLANについての情報を，表2に示す。

〔EVPNの概要〕

K社の情報システム部では，S課長から指示を受けたQ主任が，EVPNを用いたVXLANの技術検証を検討することになった。Q主任が調査したEVPNの概要を示す。

RFC 7432及びRFC 8365で規定されたEVPNは，RFC 4760で規定されたMP-BGP（Multiprotocol Extensions for BGP-4）を用いて，オーバーレイネットワークを制御するための情報を交換する。VXLANのネットワークにEVPNを適用した場合，コントロールプレーンにEVPNを用いてオーバーレイネットワークを制御して，データプレーンにVXLANを用いてイーサネットフレームを転送する。

図1の構成例に対してEVPNを適用した場合のEVPNの主な機能について，Q主任がK社の現行のネットワークと比較して確認した内容を次に示す。

機能1：リモートVTEPに関する情報の学習について
現行のネットワークでは，VTEPは受信したVXLANパケットからリモートVTEPの情報を学習する。EVPNを適用した場合，VTEPはMP-BGPを用いて，リモートVTEPのIPアドレス及びVNIなどの情報をあらかじめ学習する。

機能2：リモートVTEPに接続されたサーバに関する情報の学習について
現行のネットワークでは，VTEPは受信したVXLANパケットから，リモートVTEPに接続されたサーバのMACアドレス，VNI及びリモートVTEPのIPアドレスの情報を学習する。EVPNを適用した場合，VTEPは MP-BGPを用いて，リモート VTEPに接続されたサーバの MACアドレス，VNI及びリモート VTEPの IPアドレスなどの情報をあらかじめ学習する。

機能3：サーバとの接続について
現行のネットワークでは，複数の VTEPとサーバの接続にリンクアグリゲーションを利用できない。EVPNを適用した場合，VTEPは MP-BGPを用いて，自身に接続されたサーバを識別する ESI（Ethernet Segment Identifier）という識別子を交換できるようになる。同じ ESIを設定した論理インタフェースをもつ複数の VTEPは，サーバとの接続にリンクアグリゲーションを利用できる。

〔新検証NWの設計〕

Q主任は，現行の検証NWを基に，EVPNを用いたVXLANを検証するためのネットワーク（以下，新検証NWという）を設計することにした。新検証NWを図5に示す。

現行の検証NWから新検証NWに流用される設計を次に示す。

・新検証NWのL3SW及びVMには，図3及び図4中のIPアドレス及びVLAN IDと同じ値を割り当てる。
・物理サーバに接続するL3SWのポートには，タグVLANを設定する。
・L3SWの経路制御にOSPFを用いて，現行の検証NWと同じ設定にする。
・新検証NWのVLAN，VXLAN及びVTEPを図4と同じ論理構成にする。
・L3SW11，L3SW12，L3SW21，L3SW22，L3SW31及びL3SW32にVTEPを設定する。
・VTEPには，それぞれのL3SWのループバックインタフェースに割り当てるIPアドレスを使用する。

新検証NWに追加されるEVPNについての設計を次に示す。

・L3SWのEVPNを有効にする。
・L3SWにMP-BGPを設定して，ASを65001にする。
・⑩L3SW01及びL3SW02をMP-BGPのルートリフレクタにして，L3SW01とL3SW02との間でiBGPピアリングを行う。
・L3SW11，L3SW12，L3SW21，L3SW22，L3SW31及びL3SW32をルートリフレクタのクライアントにして，L3SW01及びL3SW02とiBGPピアリングを行う。
・iBGPのピアリングに使用するIPアドレスには，それぞれのL3SWのループバックインタフェースに割り当てるIPアドレスを使用する。

新検証NWにおける，現行の検証NWから変更される設計を次に示す。

・現行の検証NWで用いていたIPマルチキャストルーティングについては，利用しない。
・VTEPのBUMフレームの転送には，IPユニキャストを用いる設定にする。
・物理サーバの二つのNICをアクティブ／アクティブ構成にして，リンクアグリゲーションを用いてL3SWに接続する。

Q主任は，EVPNの機能1～3，図3～5を参照して，新検証NWの設計及びEVPNの機能を，上司のS課長に説明した。2人の会話を次に示す。

Q主任：EVPNの技術検証を行うための新検証NWを設計しました。図5のとおり，L3SWにMP-BGPを設定して，EVPNを用いたVXLANを構成するための物理ネットワークを構築します。VLAN，VXLAN及びVTEPについては，図4と同じ論理構成を組みます。

S課長：新検証NWでEVPNをどのように利用するのか教えてください。

Q主任：EVPNの“機能1”では，L3SWのVTEPはMP-BGPを利用して，リモートVTEPの情報をあらかじめ学習します。BUMフレームを受信したVTEPは，学習したリモートVTEPの情報を参照して，VLAN IDに対応するVNIをもつ各リモートVTEPを宛先に転送できるようになります。VTEPのBUMフレームの転送には，IPユニキャストを用いる設定にします。

S課長：IPマルチキャストルーティングを利用できないネットワークであっても拡張できるようになるのですね。ほかの機能についても説明してください。

Q主任：EVPNの“機能2”では，VTEPはMP-BGPを利用して，リモートVTEPに接続されたVMのMACアドレス，VNI及びリモートVTEPのIPアドレスをあらかじめ学習します。VTEPは，リモートVTEPに接続されたVM宛てのイーサネットフレームを，学習した情報を参照して転送します。“機能2”によって，BUMフレームのうちの f によるフラッディングの発生を低減できます。

S課長：ネットワーク負荷の軽減を期待できそうですね。ところで，図5中の物理サーバとL3SWの接続方法は，図3中の接続方法と異なるのですか。

Q主任：物理サーバとL3SWとの間は，⑪EVPNの“機能3”によって，リンクアグリゲーションを用いて接続します。同一の物理サーバに接続する2台のL3SWに作成するリンクアグリゲーションの論理インタフェースには，同一の物理サーバに接続されていることを識別させるために，同じ g を設定します。

S課長：新検証NWを使ってどのようなテストを実施するのか教えてください。

Q主任：VM同士の通信可否を確認します。

S課長：現行の検証NWから設定を変更するBUMフレームの転送についても，動作を確認してください。

Q主任：分かりました。⑫ARP要求フレームをカプセル化した全てのVXLANパケットをキャプチャして，宛先IPアドレスを確認します。

Q主任が検討した新検証NWの設計及びテスト内容は，情報システム部で承認された。Q主任はEVPNの技術検証の実施のため，新検証NWの構築に着手した。