仮想ネットワーク（かそうねっとわーく）

2025年10月24日

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仮想ネットワーク（かそうねっとわーく）

英語表記: Virtual Networking

概要

仮想ネットワークとは、物理的なネットワーク機器（スイッチ、ルーター、ケーブルなど）に依存することなく、ソフトウェアによって論理的に構築されるネットワーク環境のことです。これは、私たちが今学んでいる「コンピュータの構成要素」の中でも、特に「仮想化技術の基礎」を支える非常に重要な要素であり、仮想マシン（VM）が外部や他のVMと通信するために必須の機能を提供しています。具体的には、ハイパーバイザなどの仮想化ソフトウェアが、物理的なネットワークリソースを抽象化し、複数の仮想マシンに対して独立したネットワークインターフェースや接続性を提供する仕組みだと理解してください。

詳細解説

仮想ネットワークは、物理的なハードウェアの制約から仮想マシンを解放し、柔軟かつ効率的なシステム構成を実現するために存在します。これは、「仮想化技術の基礎」において、CPUやメモリの仮想化と並び、最も根幹をなす技術の一つです。

目的と重要性（コンピュータの構成要素としての役割）

私たちが物理的なコンピュータを考えるとき、ネットワークカード（NIC）は欠かせない「構成要素」です。仮想環境においても、この通信機能は必須であり、仮想ネットワークはその役割を果たします。仮想ネットワークの最大の目的は、複数の仮想マシンが互いに通信できるようにしたり、外部の物理ネットワークに接続できるようにすることです。これにより、開発環境の分離、テスト環境の迅速な構築、セキュリティレベルに応じたネットワークのセグメント化などが容易になります。

主要コンポーネント

仮想ネットワークを構成する主要な要素は、物理世界のアナロジーで考えると非常に分かりやすいです。

仮想スイッチ（Virtual Switch / vSwitch）:
物理ネットワークにおけるスイッチングハブの役割を果たします。これはハイパーバイザ上に構築され、複数の仮想マシン（VM）を接続し、VM間のトラフィックを制御します。vSwitchは、仮想マシンが持つ仮想NICからのデータを受け取り、適切な宛先の仮想マシンや、物理ネットワークにつながる物理NICへと転送する役割を担います。これは仮想ネットワークの中心的な「構成要素」です。
仮想NIC（Virtual NIC / vNIC）:
各仮想マシンに割り当てられる、ソフトウェアで実現されたネットワークインターフェースカードです。仮想マシンは、このvNICを通して仮想スイッチに接続し、通信を行います。仮想マシンにとっては、これが物理的なNICであるかのように振る舞います。
仮想ルーター/ファイアウォール:
大規模な仮想環境では、ネットワークのセグメント分けやセキュリティを確保するために、ルーターやファイアウォールの機能をソフトウェアで仮想化して組み込むこともあります。

動作原理（仮想化技術の基礎）

仮想ネットワークの動作は、ハイパーバイザ（VMM: Virtual Machine Monitor）が物理ネットワークリソースをどのように「抽象化」し、「多重化」するかにかかっています。

まず、物理ホストマシンに搭載されている物理NICが、外部ネットワークへの唯一の窓口となります。ハイパーバイザは、この物理NICを複数の仮想マシンで共有できるように制御します。

仮想マシンがデータを送信しようとすると、そのデータはまず仮想NICを経由し、ハイパーバイザ内の仮想スイッチに到達します。仮想スイッチは、宛先情報（MACアドレスなど）を確認し、同じホスト内の別の仮想マシンへ転送するか、あるいは物理NICを経由して外部ネットワークへ送り出します。

この仕組みがあるおかげで、たとえ物理ホストマシンがたった一つの物理NICしか持っていなくても、その上で動作する数十台の仮想マシンそれぞれが、独立したネットワーク接続を持っているかのように振る舞えるのです。これはまさに「仮想化技術の基礎」がもたらす魔法のような効果だと言えるでしょう。

具体例・活用シーン

仮想ネットワークは、現代のデータセンターやクラウドコンピューティング環境において、なくてはならない機能です。特に「仮想マシンの構成」を柔軟に行う上で、そのメリットは計り知れません。

活用シーン

開発・テスト環境の分離:
本番環境と同じ構成を仮想ネットワーク上に完全に再現し、安全な状態で新しいアプリケーションのテストを行うことができます。物理的な機器を用意する手間が一切かからないため、テスト環境の構築が数分で完了します。
ネットワークセグメンテーション:
セキュリティレベルの異なる仮想マシン群（例：Webサーバー群、データベースサーバー群）を、仮想スイッチの設定によって論理的に分離できます。これにより、万が一、Webサーバーが攻撃を受けても、内部のデータベースサーバーに容易にアクセスできないように防御壁を築くことが可能です。
クラウド環境の基盤:
Amazon VPCやAzure VNetといったクラウドサービスで提供されるネットワーク機能は、この仮想ネットワーク技術を大規模に展開したものです。ユーザーは物理的なインフラを意識することなく、自由にIPアドレス範囲やサブネットを設定できます。

分かりやすいアナロジー（仮想オフィスビル内の電話交換機）

仮想ネットワークの動作、特に仮想スイッチの役割を理解するための比喩をご紹介します。

ある大きな「仮想オフィスビル」があり、その中にたくさんの「仮想マシン（社員）」が入居していると想像してください。このビルには、外部（物理ネットワーク）と接続するためのたった一つの電話回線（物理NIC）しかありません。

ここで登場するのが、仮想スイッチ（vSwitch）です。これは、ビル内の各社員（VM）が持つ電話（vNIC）をすべてつなぎ、通信を仲介する高性能な「電話交換機」のようなものです。

もしAさん（VM-A）が隣の部署のBさん（VM-B）に電話をかけたい場合、Aさんの電話（vNIC）は交換機（vSwitch）を経由します。交換機は、AさんとBさんが同じビル内（同じホスト）にいることを知っているので、外部の電話回線を使うことなく、内部で通信を完了させます。

もしAさんが外部の取引先（インターネット）に電話をかける場合、交換機（vSwitch）がその通信を唯一の外部回線（物理NIC）に接続し、外部へと送り出してくれます。

このように、仮想スイッチは、仮想マシンにとっての通信のハブとなり、物理的な電話回線（リソース）を効率的に分配し、内部通信を隔離する役割を果たしているのです。この機能のおかげで、私たちは「仮想マシンの構成」を自由自在に変更できるわけです。非常に素晴らしい技術だと感じますね。

資格試験向けチェックポイント

ITパスポート、基本情報技術者、応用情報技術者試験では、仮想化技術が頻出テーマとなっています。特に仮想ネットワークについては、その基本的な仕組みと、物理ネットワークとの関係性が問われます。

試験対策のヒント:

vSwitchの機能: 仮想スイッチが、MACアドレス学習やフレーム転送といった、物理スイッチと同様の機能を持つことを覚えておきましょう。
物理と仮想の境界: 仮想ネットワークは、ハイパーバイザによって物理ネットワークから完全に分離されているわけではなく、最終的には物理NICを経由して外部と通信します。この境界をしっかり理解することが重要です。
「仮想マシンの構成」との結びつき: 仮想ネットワークは、VMを立ち上げる際に必須の設定項目です。この接続設定によって、VMの利用目的やセキュリティレベルが決定される、という視点を持つと理解が深まります。