仮想ネットワーク（VXLAN・Overlay）の速度特性｜オーバーレイがもたらす遅延とスループットへの影響

仮想化・クラウド環境では、 物理ネットワークの上に論理的なネットワークを構築する Overlayネットワークが広く利用されています。

その代表的な技術がVXLAN（Virtual Extensible LAN）です。 L2ネットワークをL3上に拡張できるため、 大規模なデータセンターで標準的に採用されています。

しかし、Overlayは便利である一方で、 カプセル化によるオーバーヘッドや処理負荷が発生し、 通信速度に影響を与える可能性があります。

本記事では、VXLANおよびOverlayネットワークの仕組みと、 スループット・レイテンシへの影響を整理します。

Overlayネットワークとは

Overlayネットワークは、 既存の物理ネットワーク（Underlay）の上に 論理的なネットワークを構築する仕組みです。

Overlay（仮想ネットワーク）
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Underlay（物理ネットワーク）

仮想マシンやコンテナ間の通信を柔軟に構成できます。

VXLANの仕組み

VXLANは、L2フレームをUDPパケットにカプセル化して転送します。

元データ（L2フレーム）
→ VXLANヘッダ
→ UDP
→ IP
→ Ethernet

この処理により、 L3ネットワーク上でL2通信を実現します。

VXLANの主な特徴

• 最大約1600万のセグメント（VNI）
• L2 over L3の実現
• マルチテナント対応

カプセル化によるオーバーヘッド

VXLANでは、追加ヘッダが付与されます。

VXLANヘッダ：約50バイト前後

これにより、 実効スループットがわずかに低下します。

影響

• MTU不足 → フラグメンテーション
• 帯域効率低下

MTUと性能

VXLANでは、通常より大きなMTU設定が必要です。

通常MTU：1500
推奨MTU：1550以上（Jumbo Frame）

MTU不足の場合、 フラグメンテーションが発生し性能が低下します。

CPU負荷とオフロード

ソフトウェア処理

カプセル化・デカプセル化はCPU負荷を増加させます。

ハードウェアオフロード

• NICオフロード
• SmartNIC

これにより性能低下を軽減できます。

スループットへの影響

Overlayネットワークでは、 以下の要因によりスループットが低下する可能性があります。

• ヘッダオーバーヘッド
• CPU処理負荷
• フラグメンテーション

一般的には数％〜10％程度の低下に収まることが多いです。

レイテンシへの影響

カプセル化処理により、 わずかな遅延が追加されます。

追加遅延：数μs〜数ms

大規模環境では累積して影響が出ることがあります。

VXLANと他技術の比較

技術	特徴
VLAN	シンプル・スケール制限
VXLAN	高スケーラビリティ
GRE	汎用トンネル

実務でのボトルネック

ケース1：MTU不一致

フラグメンテーションによる性能低下。

ケース2：CPU不足

カプセル化処理で負荷増加。

ケース3：トンネル集中

特定ノードに負荷集中。

最適化ポイント

• Jumbo Frame設定
• ハードウェアオフロード活用
• 適切なトンネル設計
• 分散アーキテクチャ

よくある誤解

Overlayは遅い

→ 適切な設計でほぼ影響なし。

MTUは気にしなくてよい

→ 非常に重要。

CPUは関係ない

→ 大きく影響する。

まとめ

VXLANをはじめとするOverlayネットワークは、 柔軟性とスケーラビリティを提供する一方で、 カプセル化によるオーバーヘッドが存在します。

スループットやレイテンシへの影響は限定的ですが、 MTU設定やCPU負荷によってはボトルネックとなります。

高性能な仮想ネットワークを構築するためには、 Underlayとの整合性を考慮した設計が不可欠です。