仮想スイッチ

2025年11月4日

仮想スイッチ

英語表記: Virtual Switch

概要

仮想スイッチ（Virtual Switch）は、サーバー仮想化技術（VMware ESXi, Microsoft Hyper-V, KVMなど）において、ホストOS上で稼働する仮想マシン（VM）間の通信や、VMと外部の物理ネットワークとの接続を仲介するために、ソフトウェア的に実装されるネットワーク装置です。これは、物理的なネットワークスイッチが持つレイヤ2（L2）の機能（フレーム転送、MACアドレス学習など）を、ハイパーバイザ（仮想化ソフトウェア）の内部で実現する、非常に重要なコンポーネントなんですよ。

この技術は、「仮想化技術」の中でも特に「仮想ネットワーキング」という分野の根幹を成しており、物理的な配線を一切変更することなく、仮想環境内で柔軟かつセキュアなネットワーク構成を可能にするための必須の要素となっています。

詳細解説

目的と動作原理

仮想スイッチの最も重要な目的は、多数の仮想マシンを単一の物理サーバー上に集約（統合）した際、それぞれのVMに対して独立したネットワーク通信経路を提供することにあります。もし仮想スイッチがなければ、各VMは外部と通信できず、仮想化のメリットを享受できません。

動作原理としては、物理的なネットワークスイッチと非常によく似ています。

仮想ポート: 仮想スイッチには、接続された各仮想マシンに対して「仮想ポート」が割り当てられます。VMの仮想NIC（vNIC）はこの仮想ポートに接続されます。
フレーム転送: あるVMから送出されたデータ（フレーム）が仮想スイッチに到達すると、スイッチは宛先MACアドレスを確認します。
転送判断: 宛先MACアドレスが同じ仮想スイッチに接続されている別のVMのものであれば、その仮想ポートへ直接転送します（ホスト内部通信）。
外部接続（アップリンク）: 宛先が外部ネットワークにある場合、仮想スイッチは「アップリンクポート」を通じて、ホストサーバーに搭載された物理NIC（ネットワークインターフェースカード）へフレームを渡します。物理NICは、このフレームを物理ネットワークへと送り出す役割を担います。

この一連の流れはすべてソフトウェア内で高速に処理されるため、物理的な配線の制約や、物理スイッチのポート数の制約を受けることなく、ネットワーク構成を自由に変更できるのが大きな魅力です。これは「仮想化の周辺技術」の中でも、柔軟性を高める上で決定的に重要なポイントだと思います。

主要コンポーネントと機能

仮想スイッチは、単に通信を中継するだけでなく、仮想環境特有の高度な機能を提供します。

1. 仮想ポート (Virtual Port)

VMの仮想NICが接続される論理的な接続口です。物理スイッチのポートに相当しますが、ソフトウェア的に無制限に作成できる点が異なります。

2. ポートグループ (Port Group) / 仮想LAN (VLAN)

特定の仮想ポート群を論理的にまとめる機能です。これにより、異なるポートグループに属するVM間の通信を隔離したり、特定のネットワークセグメント（VLAN ID）を割り当てたりすることができます。例えば、Webサーバー群とデータベースサーバー群を異なるポートグループに分けることで、セキュリティとトラフィック管理を容易に行えるようになります。これは、物理的なネットワーク構成では非常に手間がかかる作業ですが、仮想化環境では数クリックで実現できるのが素晴らしい点です。

3. アップリンクポート (Uplink Port)

仮想スイッチとホストサーバーの物理NICを接続するポートです。これにより、仮想環境内のトラフィックを外部の物理ネットワークへ流出入させることが可能になります。

物理スイッチとの比較

物理スイッチがハードウェア（ASICなど）でL2転送処理を行うのに対し、仮想スイッチはハイパーバイザのカーネル内でソフトウェア的に動作します。この違いにより、仮想スイッチは、VMwareのvSphere Distributed SwitchやHyper-VのExtensible Switchのように、より高度なネットワークポリシーの適用（QoS、セキュリティフィルタリング、トラフィックシェーピングなど）を柔軟に行えるのです。

私たちが「仮想化技術」を学ぶ上で、この仮想スイッチが単なる中継役ではなく、「仮想ネットワーキング」の制御盤であることを理解することが、応用的な知識を身につけるための第一歩だと感じています。

具体例・活用シーン

仮想スイッチは、仮想環境の構築において、まるで集合住宅の賢い管理人さんのような役割を果たします。

アナロジー：集合住宅の郵便局

あるサーバーホスト（物理サーバー）を巨大な集合住宅だと想像してみてください。この集合住宅には、たくさんの入居者（仮想マシン）が住んでいます。

物理NIC（集合住宅の玄関）: 外部との唯一の出入り口です。
仮想スイッチ（集合住宅内の郵便局または配電盤）: 仮想スイッチは、玄関から入ってきた郵便物（データ）をどの部屋（VM）に届けるべきか正確に把握し、部屋の中で出された手紙を玄関に運び出す仕分け役です。
VLAN（フロアや棟）: さらに賢いことに、仮想スイッチは「この部屋はA棟（VLAN 10）、あの部屋はB棟（VLAN 20）」と区別し、A棟の住人同士の通信はA棟内だけで処理し、B棟には絶対に見せないように隔離することができます。これにより、テナント（VM）間のセキュリティを確保しつつ、効率的な通信を実現しているのです。

この比喩からわかるように、仮想スイッチは、物理的な制約を超えて、論理的にネットワークを区切り、それぞれのVMに対して最適な通信環境を提供するために不可欠なのです。

活用シーン

サーバー統合環境: 物理サーバー10台分のVMを1台の高性能サーバーに集約した場合、仮想スイッチを使用すれば、10台分のネットワークセグメントをそのまま仮想環境内に再現できます。これにより、ネットワーク構成の変更を最小限に抑えつつ、統合をスムーズに進めることができます。
開発・テスト環境の迅速な構築: 開発者が新しいアプリケーションのテストを行いたい場合、仮想スイッチ上で新しいポートグループを作成し、VLANを設定するだけで、既存の運用環境から完全に隔離されたテストネットワークを数分で立ち上げることができます。これは物理環境では考えられないスピード感ですよね。
ハイブリッドクラウド連携: 仮想スイッチの設定を工夫することで、オンプレミスの仮想化環境とクラウド上の仮想ネットワークを透過的に接続するような高度なネットワーキングも可能になります。

資格試験向けチェックポイント

IT資格試験、特に基本情報技術者試験や応用情報技術者試験において、「仮想スイッチ」は「仮想化の周辺技術」の中でも出題頻度の高いテーマです。

物理スイッチとの機能比較: 仮想スイッチは、ソフトウェアベースでありながら、物理スイッチと同様のL2機能（MACアドレス学習、フレーム転送）を持つことが問われます。ただし、物理スイッチとは異なり、ハイパーバイザ上で動作する点、および物理NIC（アップリンク）を介して外部と接続する点が重要です。
VLANと論理分離: 仮想スイッチがVLAN（仮想LAN）機能を提供し、複数の仮想マシンを論理的に隔離するために使用されるという知識は必須です。これにより、セキュリティとトラフィック制御が可能になることを理解しておきましょう。
ハイパーバイザの役割: 仮想スイッチはハイパーバイザ（例：VMware ESXi, Hyper-V）の一部として機能します。ハイパーバイザが、仮想スイッチの管理や設定、そして実際のデータ転送の処理を担っていることを覚えておく必要があります。
用語の区別: 仮想NIC（vNIC）、仮想スイッチ、物理NIC（pNIC）のそれぞれの役割と接続関係を正確に把握しておくことが、応用問題に対応する鍵となります。特に、仮想スイッチがvNICとpNICの間でトラフィックを調整する役割を果たしている点を押さえてください。