Service Function Chain（SFC）完全ガイド：仕組み・実装・運用のポイント

2025年12月12日 最終更新日時 : 2025年12月12日 エバープレイ編集部

はじめに — SFCとは何か

Service Function Chain（SFC）は、パケットやフローを特定の順序で複数のサービス機能（例：ファイアウォール、NAT、IDS/IPS、DPI、ロードバランサなど）に通す仕組みを指します。従来のネットワークではトラフィックの経路を静的に設定したり、アプライアンス間で物理的に渡したりする運用が多かったのに対し、SFCはソフトウェア化・仮想化された環境で柔軟に「サービスの連鎖（チェーン）」を定義・制御・転送できることを特徴とします。

基本コンセプトと用語

SFCを理解するための主要な要素を整理します。

  • Service Function（SF）：実際に処理を行う機能（例：ファイアウォール、NAT、IDS）。物理的/仮想的なネットワーク機能（PNF/VNF）を含む。
  • Service Function Forwarder（SFF）：フレームを適切なSFへ転送する役割を持つエンティティ。トラフィックの中継・カプセル除去・挿入などを行う。
  • Classifier：SFCに流し込むトラフィックを識別し、どのサービスチェーンに割り当てるかを決める機能。通常は接続点に配置される。
  • Service Function Path（SFP）：特定のトラフィックが通るSFの順序（チェーン）の論理的表現。
  • Network Service Header（NSH） / カプセル化：パケットにチェーン情報やメタデータを付加するための方法。NSHはSFCにおける代表的なカプセル化ヘッダの一つ。

アーキテクチャ（制御プレーンとデータプレーン）

SFCのアーキテクチャは大きく制御プレーンとデータプレーンに分かれます。制御プレーンはチェーンの定義、サービスの登録、経路決定などを行い、SDNコントローラやオーケストレーション層（NFV MANO 等）で実装されることが多いです。データプレーンは実際のパケット転送を担当し、SFFや転送プロトコルによって実装されます。

典型的なワークフロー：

  • 管理者またはオーケストレータがサービスチェーン（SFP）を定義する。
  • 各SFを登録し、SFFに対して転送ルール（どのフローをどのチェーンに向けるか）を配布する。
  • Classifierがフローを識別し、カプセル化（例：NSH）してSFFに送る。
  • SFFはカプセルを参照し、次のSFへ転送する。SFは処理後にSFFへ戻し、チェーンを続行するか取り除くかを決定する。

データプレーン技術：カプセル化と伝送

SFCにおいてデータプレーンは、パケットにチェーン情報を持たせるためのカプセル化技術と、それを運ぶトランスポート（ネットワーク）によって支えられます。代表的なカプセル化はNetwork Service Header（NSH）で、これはパケットにサービスパス識別子やメタデータ（コンテキスト情報）を付加できる枠組みです。NSHを使うと、SFFやSFはパケット自体のL2/L3ヘッダを気にせずにチェーン情報を参照できます。

トランスポートとしては、オーバーレイ方式（GRE/VXLAN と NSHの組合せ）やルーティングベース（SRv6などのセグメントルーティング）を用いるアプローチがあります。SRv6はIPv6のセグメントを利用してサービスチェーンを表現する新しい手法で、NSHとは異なるが同じ目的（サービスの順序付けと転送）を達成できます。

実装アプローチと具体例

SFCは複数の実装パターンがあります。主な選択肢とそれぞれの特徴を示します。

  • ホップバイホップ（SFFベース）：SFFがチェーンの制御を行い、各SFF間でNSH等のヘッダを使ってパケットを転送する。柔軟性が高く、複雑なチェーンやメタデータの伝播が可能。
  • オーバーレイ（仮想化環境）：仮想スイッチ（Open vSwitch 等）やトンネリング技術で仮想ネットワークを作り、その上でチェーンを実現する。NFV環境で多用される。
  • SRv6ベース：セグメントルーティングを使い、IPv6アドレスの“セグメント”として各SFを指示する。ネットワーク中心で性能面に優れるが、SF側での対応やメタデータ伝達は別途考慮が必要。
  • プログラマブルデータプレーン（P4 / eBPF）：高速なカスタム処理やオンライン計測を要する場合に有効。ハードウェアオフロードと組み合わせると高スループットが得られる。

チェーンの管理とオーケストレーション

SFCを実用化するうえで重要なのは、チェーン定義とライフサイクル管理を行うオーケストレーションです。NFVのMANOやSDNコントローラと連携して、以下の機能を提供します：

  • サービスグラフ（どのSFをどの順序で通すか）の作成・バージョン管理
  • SFのスケールアウト/スケールイン（負荷に応じたVNFの増減）
  • SFFへのルール配布、ネットワーク経路のプログラミング
  • 障害検知時のリルーティングやフェイルオーバー

運用上の注意点とベストプラクティス

SFCを運用する際に現場でよく問題になる点と、それに対する対策例を挙げます。

  • 性能ボトルネック：SFCではSFを複数通るため、各SFの処理遅延が累積する。パフォーマンス要件に応じてハードウェアアクセラレーション（DPDK、SR-IOV、SmartNIC）やスケールアウト設計を取り入れる。
  • 状態管理（stateful）：ファイアウォールやNATなど状態を持つSFをチェーンに入れる場合、同一フローが必ず同じSFインスタンスに到達するようセッションスティッキー性を担保する必要がある。
  • 可観測性：チェーン内の遅延やドロップ率を把握するために、エンドツーエンドのメトリクス収集（分散トレーシング、フロー統計、SF内ログ）を設計段階で組み込む。
  • トラブルシューティング：NSHなどカプセル化が使われていると、トラブル時に可視性が落ちる。SFFやSFでカプセルを一時的に剥がして解析できるようにする、またはテスト用のパスを用意する。
  • 運用自動化：チェーン変更やSFの入れ替えが頻繁に発生するため、手動変更はミスの元。インフラIaC（Infrastructure as Code）とCI/CDでオーケストレーションを自動化する。

セキュリティ上の考慮

SFCは柔軟性を与える一方で、新たな攻撃面を生むことがあります。主な留意点：

  • カプセル化ヘッダ（例：NSH）の改ざん防止。制御プレーン・データプレーン間の認証と認可を厳格にする。
  • オーケストレータやコントローラのアクセス制御。チェーン定義変更は重大な影響を及ぼすため、RBACや監査ログを設定する。
  • SF間のトラスト境界を明確にし、SF自身の堅牢化（パッチ管理、最小権限、コンテナ分離など）を行う。

ユースケース

SFCはさまざまな用途で活用されています。代表的な例：

  • Telco/通信事業者：仮想化されたネットワークサービス（VNF）を組み合わせて顧客別のサービスチェーンを提供。
  • クラウドプロバイダ：テナント毎にセキュリティチェーン（FW→IDS→LB など）を動的に割り当てる。
  • サービスプロバイダのセキュリティ提供：DDoS防御やコンテンツフィルタリングをチェーン化し、トラフィックの種類に応じて動的に挿入・削除する。
  • 企業ネットワーク：支社ネットワークで共通のセキュリティ/コンプライアンス処理を集中管理し、分散して適用する。

SFCと代替技術（SRv6など）の比較

SFCの主要な競合/補完技術としてSRv6（Segment Routing over IPv6）があります。SRv6はパケットに複数の“セグメント”（経路や処理ポイント）を埋め込み、ネットワーク内でのルーティングを使ってサービス経路を実現します。SRv6はネットワークレイヤで強力に制御でき、高速だがメタデータ伝播の点でNSHのような柔軟性は別途必要になることが多いです。運用要件（メタデータの必要性、既存インフラとの互換性、性能要件）により選択されます。

将来の動向

SFCはNFVやSDNの発展とともに進化しています。今後注目される点：

  • プログラマブルデータプレーン（P4）やSmartNICによる高性能実装の普及。
  • SRv6などのIP統合型のサービスプログラミングとの連携。
  • サービスチェーンのAI/MLによる最適化（トラフィックパターンに応じた動的再配置など）。
  • マルチクラウド環境での分散SFC実装（クラウド間を横断するチェーン）。

まとめ

SFCは、ネットワークにおけるサービスの順序付けと転送を柔軟に実現するための強力な仕組みです。カプセル化（NSH）、SFFやオーケストレータとの連携、性能・状態管理、可観測性やセキュリティ対策が重要です。実装方法（オーバーレイ、SRv6、プログラマブルデータプレーン）は目的や既存インフラに応じて選ぶ必要があります。実運用では自動化と可視化を重視し、状態を持つ機能への対応やパフォーマンス評価を事前に設計することが成功の鍵です。

参考文献

RFC 7665 - Service Function Chaining (SFC) Architecture (IETF)

IETF Service Function Chaining (SFC) Working Group

Service Function Chaining — Wikipedia

Network Service Header — Wikipedia

OpenStack SFC Documentation

ETSI NFV (Network Functions Virtualisation)

Cisco - Service Function Chaining 解説

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