AWS Direct Connect アーキテクチャ設計ガイド - 物理・論理構成の詳細解説 ​

AWS Direct Connectの効果的な活用には、その詳細なアーキテクチャの理解が不可欠です。本記事では、物理的な接続構成から論理的なネットワーク設計まで、Direct Connectアーキテクチャの全体像を詳しく解説します。

Direct Connectアーキテクチャの全体像 ​

物理層のアーキテクチャ ​

AWS Direct Connectの物理的なアーキテクチャは、複数の地理的に分散したコンポーネントで構成されています。

顧客データセンター 企業のオンプレミス環境で、ここからAWSクラウドへの接続が開始されます。顧客が管理するルーターやファイアウォールなどのネットワーク機器が配置されています。

Direct Connectロケーション AWSと提携するデータセンター施設で、世界各地に配置されています。ここで物理的なクロスコネクトが行われ、顧客の機器とAWSネットワークが接続されます。

AWSバックボーンネットワーク AWSが管理する高速ネットワークインフラストラクチャで、Direct ConnectロケーションからAWSリージョンまでの通信を担います。

論理層のアーキテクチャ ​

物理的な接続の上に、論理的なネットワーク構成が実装されます。

仮想インターフェース（VIF） VLAN技術を使用して、単一の物理接続上で複数の論理的な接続を実現します。各VIFは独立したネットワークセグメントとして動作します。

BGPセッション 各VIFでBorder Gateway Protocolセッションが確立され、自動的なルーティング制御が行われます。これにより、動的な経路制御と冗長性を実現します。

ルーティングテーブル 顧客側とAWS側の両方でルーティングテーブルが管理され、トラフィックの適切な転送が制御されます。

仮想インターフェース（VIF）の詳細設計 ​

プライベートVIF ​

プライベートVIFは、オンプレミス環境と特定のVPCを直接接続するために使用されます。

設定要素

  • VLAN ID: トラフィック分離のための一意識別子
  • BGP ASN: 顧客側の自律システム番号
  • IPアドレス: /30または/31サブネットでの点対点接続
  • BGP認証: MD5ハッシュによるセキュリティ

ルーティング制御 プライベートVIFでは、顧客からVPCへの経路をBGPで動的に管理します。以下のような経路情報が交換されます。

  • 顧客側：オンプレミスネットワークの経路をAWSにアドバタイズ
  • AWS側：VPCのCIDRブロックを顧客にアドバタイズ

パブリックVIF ​

パブリックVIFは、AWSのパブリックサービスに専用接続経由でアクセスするために使用されます。

特徴と構成

  • パブリックIPアドレス空間を使用
  • AWSパブリックサービスの経路をBGPで受信
  • インターネットゲートウェイを経由しない直接アクセス

対象サービス

  • Amazon S3: オブジェクトストレージ
  • Amazon DynamoDB: NoSQLデータベース
  • Amazon CloudFront: コンテンツ配信ネットワーク
  • AWS API Gateway: APIサービス

トランジットVIF ​

トランジットVIFは、Direct Connect Gatewayと組み合わせて使用し、複数のVPCや複数リージョンへの接続を実現します。

アーキテクチャ設計 トランジットVIFは、従来の1対1接続を超えて、1対多の接続モデルを可能にします。

BGPルーティング設計 ​

BGPの基本設定 ​

AWS Direct ConnectでのBGPルーティングは、自動的な経路制御と冗長性を提供します。

必須設定項目

  • 顧客BGP ASN: 通常は65000-65534のプライベートASN
  • AWSBGP ASN: 通常は64512
  • BGP認証: MD5ハッシュによるセッション認証
  • ルーティングポリシー: 経路の制御と優先度設定

BGPセッションの確立プロセス

  1. 物理接続とVLANの確立
  2. IPアドレスの設定
  3. BGPピアリングの設定
  4. 認証の確認
  5. ルート交換の開始

高可用性BGP設計 ​

プライマリ・セカンダリ構成 冗長性を確保するため、複数のDirect Connect接続を設定し、BGP属性を使用して経路の優先度を制御します。

yaml
BGP設計例:
  プライマリ接続:
    Local Preference: 200
    AS Path Prepend: なし
    MED: 100
    
  セカンダリ接続:
    Local Preference: 100
    AS Path Prepend: 3回
    MED: 200

負荷分散設計 Equal Cost Multi-Path（ECMP）を使用して、複数の接続間でトラフィックを分散できます。

ルートフィルタリング ​

適切なセキュリティを確保するため、BGPルートフィルタリングを実装します。

アウトバウンドフィルタリング

  • 必要な経路のみをAWSにアドバタイズ
  • プライベートネットワーク経路の制限
  • デフォルトルートの制御

インバウンドフィルタリング

  • AWSからの経路を適切に制限
  • 不要な経路の拒否
  • セキュリティポリシーに基づく制御

Direct Connect Gatewayアーキテクチャ ​

中央集約型設計 ​

Direct Connect Gatewayは、ハブ・アンド・スポーク型のネットワークアーキテクチャを実現します。

設計メリット

  • 単一の物理接続で複数VPCにアクセス
  • 新しいVPC追加時の接続簡素化
  • 運用管理コストの削減
  • スケーラビリティの向上

制限事項

  • VPC間の直接通信は不可
  • 最大20のVPC接続
  • 同一リージョン内VPC間の経路交換制限

マルチリージョン設計 ​

LAGの基本概念 ​

LAGは、複数の物理接続を論理的に束ねて、帯域幅の増加と冗長性を実現する技術です。

LAGの利点

  • 帯域幅の拡張: 最大4つの接続を束ねて帯域幅増加
  • 自動フェイルオーバー: 接続障害時の自動切り替え
  • 負荷分散: トラフィックの効率的な分散
  • 運用の簡素化: 単一論理インターフェースとしての管理

LAG設計の考慮事項 ​

同一性要件

  • 同一のDirect Connectロケーション
  • 同一の接続速度
  • 同一の終端設備

冗長性設計 LAGメンバーが同時に障害を起こすリスクを軽減するため、可能な限り異なる物理パスを使用します。

セキュリティアーキテクチャ ​

ネットワークセグメンテーション ​

VLAN分離 異なるワークロード間でのトラフィック分離を実現します。

  • 本番環境VIF: VLAN 100
  • 開発環境VIF: VLAN 200
  • 管理用VIF: VLAN 300

BGPコミュニティによる制御 BGPコミュニティ属性を使用して、詳細なルーティング制御を実装します。

暗号化設計 ​

MACsec実装 10Gbps以上の接続では、IEEE 802.1AE MACsec暗号化を利用できます。

アプリケーション層暗号化 TLS/SSLによるエンドツーエンド暗号化との組み合わせで、多層防御を実現します。

監視とトラブルシューティング ​

監視アーキテクチャ ​

CloudWatchメトリクス

  • ConnectionState: 接続状態の監視
  • ConnectionBpsEgress/Ingress: 帯域幅使用率
  • ConnectionPpsEgress/Ingress: パケット転送率
  • ConnectionLightLevelTx/Rx: 光信号レベル

BGPセッション監視

  • BGP状態の継続監視
  • ルート数の変化検知
  • フラッピング検出

パフォーマンス最適化 ​

帯域幅監視 実際の使用パターンを分析し、適切な接続速度を維持します。

レイテンシー最適化 トラフィックパターンとルーティング設計を最適化し、最短パスでの通信を実現します。

AWS Direct Connectのアーキテクチャは、物理層から論理層まで多層にわたる設計が必要です。適切なアーキテクチャ設計により、高性能・高可用性・高セキュリティなハイブリッドクラウド環境を構築できます。

次回の記事では、実際の実装手順と設定方法について詳しく解説します。