OpenFlow(オープンフロー)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

OpenFlowは、ネットワークの制御とデータ転送の仕組みを分離し、ソフトウェアによってネットワーク全体を柔軟に制御することを可能にする技術である。これはSoftware-Defined Networking（SDN）の中核をなす要素の一つであり、従来のネットワーク運用が抱えていた様々な課題を解決するために考案された。

従来のネットワークでは、ルーターやスイッチといった個々のネットワーク機器が、それぞれ自身の設定に基づいてパケットの転送処理や経路決定を行っていた。つまり、ネットワークの物理的な機器が「どこにパケットを送るか」という転送機能（データプレーン）と、「どのように転送するか」という制御機能（コントロールプレーン）の両方を持っていた。このため、ネットワーク全体の設定を変更したり、新しいサービスを導入したりする際には、個々の機器に対して手作業で設定変更を行う必要があり、手間と時間がかかっていた。また、異なるベンダーの機器を組み合わせる場合、それぞれの機器の独自仕様や管理方法に対応しなければならず、運用が複雑になるという問題もあった。ネットワーク全体の状況を把握し、動的に制御することも困難であったため、変化の激しい現代のIT環境においては、より柔軟で効率的なネットワーク管理が求められていた。

そこで登場したのがOpenFlowである。OpenFlowの最大の特長は、コントロールプレーンとデータプレーンの分離である。データプレーンを担当するOpenFlowスイッチは、パケットの転送という単純な機能に特化し、自身で経路を決定する知能を持たない。一方、コントロールプレーンを担当するOpenFlowコントローラは、ネットワーク全体を俯瞰し、各OpenFlowスイッチに対して「このパケットが来たら、どのように処理しなさい」という具体的な指示を与える役割を担う。OpenFlowプロトコルは、このOpenFlowコントローラとOpenFlowスイッチ間の通信規約を定義するものであり、両者が連携するための標準的なインターフェースを提供する。

OpenFlowスイッチの内部にはフローテーブルと呼ばれる仕組みがあり、これは「どのようなパケット（ヘッダ情報）が来たときに、どのような処理（アクション）をするか」という指示書のようなものである。コントローラは、ネットワークの状況や管理者の設定に基づいて、このフローテーブルのエントリをOpenFlowスイッチに書き込む。例えば、「IPアドレスがAの送信元からIPアドレスがBの宛先へ向かうパケットが来たら、ポートCへ転送しなさい」といった具体的なルールを書き込む。OpenFlowスイッチは、受信したパケットのヘッダ情報とフローテーブルのマッチングルールを照合し、合致するエントリが見つかれば、そのエントリに記述されたアクション（パケットの転送、破棄、変更など）を実行する。もし合致するエントリがなければ、そのパケットをOpenFlowコントローラに送信し、コントローラからの指示を待つ。コントローラはそのパケットに対する適切な処理を判断し、新しいフローエントリをスイッチに書き込むことで、以降同じ種類のパケットはコントローラに問い合わせることなくスイッチ自身で処理できるようになる。

このOpenFlowの仕組みにより、ネットワークの運用には大きな変革がもたらされた。第一に、ネットワーク全体の一元管理と自動化が可能になった。管理者はOpenFlowコントローラを通じて、複数のOpenFlowスイッチをまとめて制御できるため、設定変更やポリシーの適用が非常に容易になる。ネットワーク構成の変更も、ソフトウェア上で論理的に定義するだけで済むため、物理的な配線を変更する必要がない。第二に、ネットワークの柔軟性と俊敏性が向上する。新しいサービスやアプリケーションの要求に応じて、ネットワーク構成やトラフィックの経路をソフトウェアで素早く、かつ動的に変更できるため、ビジネスの変化に迅速に対応できるようになる。第三に、ベンダーロックインの回避に貢献する。OpenFlowプロトコルは標準化されているため、異なるベンダーのOpenFlow対応機器を組み合わせて利用することが可能になり、特定のベンダーに依存することなく、最適なハードウェアを選択できるようになる。これにより、機器の調達コスト削減にも繋がる可能性がある。第四に、ネットワークの可視性と制御性が向上する。OpenFlowコントローラはネットワーク全体のトラフィック状況や機器の状態を把握できるため、セキュリティポリシーの動的な適用や、特定のトラフィックを優先するといったきめ細やかな制御が可能となる。

OpenFlowは、データセンターのネットワーク仮想化、クラウド環境での動的なリソース管理、学術研究機関における実験的なネットワーク構築、そして企業内ネットワークにおけるセキュリティ強化など、多岐にわたる分野で活用が進められている。SDNの中核技術として、OpenFlowはネットワークの複雑さを抽象化し、ソフトウェアによるプログラマブルな制御を可能にすることで、これからの時代に求められる、より柔軟で効率的なネットワークインフラの実現に不可欠な存在となっている。

OpenFlowがネットワークにもたらした変革は大きく、単なるパケット転送の技術に留まらず、ネットワーク全体をソフトウェアで定義・制御するという、全く新しいパラダイムを提供している。これは、ネットワークエンジニアがネットワークを設計・運用する上で、より高度な自動化と最適化を追求できる道を開き、次世代のネットワーク基盤を支える重要な技術であると言える。