令和6年度春期 ネットワークスペシャリスト 午後Ⅱ 問1

問1　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 VTEP及びVXLANトンネルの構成例 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。 図2 VXLANパケットの構造 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 現行の検証NW（抜粋） 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 現行の検証NWのVLAN，VXLAN及びVTEP（抜粋） 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。 表1 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（抜粋） 〔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。 表2 L3SW11及びL3SW31が学習したVXLANについての情報 〔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。 図5 新検証NW（抜粋） 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。 設問1　〔VXLANの概要〕について答えよ。 (1) 本文，図1及び図2中の［a］～［c］に入れる適切な字句又は数値を答えよ。 (2) 本文中の下線①～③について，それぞれの情報が図2中のどのヘッダー又はイーサネットフレームに含まれるか。図2中の字句を用いて答えよ。 (3) 本文中の下線④について，宛先IPアドレスをIPマルチキャストのグループアドレスにして転送する目的を，45字以内で答えよ。 設問2　〔現行の検証ネットワーク〕について答えよ。 (1) 本文中の［d］，［e］に入れる適切な字句を答えよ。 (2) 本文中の下線⑤について，K社においてルータIDは，OSPFのネットワーク内で何を識別するものか。20字以内で答えよ。 (3) 本文中の下線⑥について，ECMPを用いるために必要となる設計を，「経路」と「コスト」という字句を用いて45字以内で答えよ。 (4) 本文中の下線⑦について，VTEPのIPアドレスに物理インタフェースのIPアドレスではなく，ループバックインタフェースのIPアドレスを使用するのはなぜか。45字以内で答えよ。 (5) 表1中の［ア］～［カ］に入れる適切な通信可否を，表1の凡例に倣い「○」又は「×」で答えよ。 設問3　〔現行の検証NWにおけるVTEPの動作〕について答えよ。 (1) 本文中の下線⑧について，VXLANパケットの宛先IPアドレスを答えよ。 (2) 本文中の下線⑨の動作について，L3SW31がL3SW11のVTEP宛てに転送するために，L3SW11からARP要求フレームを含むVXLANパケットを受信したときに学習する情報を，45字以内で答えよ。 (3) 表2中の［キ］～［コ］に入れる適切な字句を，図3及び図4中の字句を用いて答えよ。 設問4　〔新検証NWの設計〕について答えよ。 (1) 本文中の下線⑩について，ルートリフレクタを用いる利点を「iBGP」という字句を用いて25字以内で答えよ。また，図5中のL3SW01及びL3SW02をルートリフレクタとして冗長化するときに，ループを防止するために設定するIDの名称を答えよ。 (2) 本文中の［f］，［g］に入れる適切な字句を，本文中の字句を用いて答えよ。 (3) 本文中の下線⑪について，現行の検証NWと比較したときの利点を25字以内で答えよ。 (4) 本文中の下線⑫について，VTEPは宛先IPアドレスにセットするリモートVTEPのIPアドレスをどのように学習するか。20字以内で答えよ。 (5) 本文中の下線⑫について，あるVLAN IDをセットされたARP要求フレームは，VTEPによってどのようなリモートVTEPに転送されるか。「VNI」という字句を用いて40字以内で答えよ。