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ストレージネットワーク概要
DCネットワークとFCoEの動向
2015.1.28
ストレージネットワーキング・インダストリ・アソシエーション日本支部
SNIA-J教育委員会
親泊肇
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1
資料利用に関する注意事項
本プレゼンテーションに含まれる資料は、SNIAも
しくはSNIA日本支部に著作権があります。
会員企業は、以下の条件でこの資料をプレゼンテー
ション及び文書の中で利用できます。
スライドを利用する場合は、変更せずに複製しなければなりま
せん。
本資料を含む文書では、使用した資料の提供元がSNIA日本支部
であることを明示しなければなりません。
このプレゼンテーションは、 SNIA日本支部教育委
員会のプロジェクトによるものです。
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2
要約目次
ストレージネットワークの概要
1.
2.
3.
4.
5.
ストレージネットワークの特徴
各インターフェース概要 FC、iSCSI、FCoE＋DCB、IB
SSDインターフェース PCI-e、NVMe
ネットワークとワークロード
各インターフェースのロードマップ
6. SNIA紹介、電力効率測定とSSD PTS紹介
7. SNIA-Jトレンドセミナーへのお誘い
---OSDとpNFS(抜粋)
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3
1.ストレージネットワークの特徴
サーバ
HBA1
FCスイッチ1
port1
HBA2
FCスイッチ2
port2
ストレージ装置
ストレージネットワークは、管理系のネットワー
クとデータ転送系のネットワークに大きく分けられ
る。例えば、ファイバチャネルはOS上のドライバや
HBA(Host Bus Adapter)、およびスイッチでFC-SAN
(Fibre Channel Storage Area Network)を構成し、
データ転送を主に司るデータプレーンである。SANは
一般的にはデータプレーンをさす場合が多い。
一方SMI-Sなどに代表される装置管理や障害検出に
はイーサネットを主体としたIPネットワーク：LANと
管理ソフトが主に使われ、広義のコントロールプレ
ーンとなっている。どちらも運用としては必須であ
り、ストレージ装置を構築、運用、維持していくた
めにはサーバや他の機器と同じ管理ネットワークに
つなげる必要がある。
FC-SANの例
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4
SNIA共有ストレージモデル
アプリケーション
ファイルシステム
（FS）
ホスト
ネットワーク
ブロック
アグリゲーション
デバイス
ストレージデバイス（ディスクなど）
ディスカバリ、モニタリング
リソース管理、構成
セキュリティ、課金
冗長管理（バックアップなど）
高可用性（フェイルオーバーなど）
容量計画
データベース
（dbms）
サービス
ストレージ領域
ファイル／レコードレイヤ
ブロックレイヤ
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5
SNIAストレージ分類法
オンライン
ストレージ
ニアライン
ストレージ
最も重要なストレージ。最
小遅延でランダムワークロ
ードとシーケンシャルワー
クロードの両方を処理でき
る。
オンラインストレージの後
ろに控える二番手のストレ
ージとしての位置付け。ラ
ンダムワークロードとシー
ケンシャルワークロードの
両方を処理できるが、最初
のデータアクセス時に認識
可能な遅延が発生する場合
がある。
最大ストレージ
デバイス数
最大ストレージ
デバイス数
ストレージ分類法の要約
リムーバブル
メディアライブ
ラリ
仮想メディア
ライブラリ
シーケンシャルアクセスモ
ードで使用されるアーカイ
ブストレージ。代表的な例
として、テープベースのア
ーカイブ用のスタンドアロ
ンライブラリとロボット支
援ライブラリがある。
リムーバブルメディアラ
イブラリをシミュレート
するストレージ。その多
くが非テープベースのス
トレージを使用している
ため、より迅速にデータ
要求に対応できる。
アプライアンス
スイッチ
ストレージSANまたは1つ以上
の専用ストレージ強化を通して
価値を付加するネットワーク内
に配置されたデバイス。例とし
て、SAN仮想化、圧縮、重複
除去などがある。
SANまたはその他のストレージ
ネットワークのデータ切り替え
またはルーティングを可能にす
るデバイス。
最大容量ガイダンス
注：最大容量ガイダンスは特定の製品を購入または現場アップグレードでき
る最大容量を反映している。この目的は、絶対値とは対照的にガイドライン
として使用することである。デバイスの容量が大き過ぎるまたは小さ過ぎる
場合があるが、それ以外はその他の基準（冗長性機能など）に従って特定の
分類に適合する。
サポートされている
最大ストレージ
デバイス数*
最大テープドライブ
数
注* ：定義によるインフラスト
ラクチャアプライアンスは、デ
ータのローカル処理および/ま
たはローカルキャッシングに使
用されているものを除く固有の
ストレージを
持たない。
グループ1：SOHOと消費者
主に家庭（消費者）やSOHO向けに設計されたストレージ
- 直接接続されることが多い（USB、IPなど）
- 冗長性オプションはない（SPOFが装備されるようになるだろう）
スタンドアロンドラ
イブ
4台以下の
デバイス
（ロボット機構なし）
この場合のストレージデバイス
サポートは、アプライアンスの
ダウンストリームを制御可能な
ストレージデバイスの台数を
意味する。
グループ2：エントリ、DAS、またはJBOD
1台のサーバまたはごく限られた台数のサーバ専用のストレージ。
その多くはコントローラが内蔵されていないが、その機能をサ
ーバホストに依存している。
最大ポートカウント
4台を超える
デバイス
4台以下の
デバイス
4台以下の
デバイス
20台を超える
デバイス
4台を超える
デバイス
4台を超える
デバイス
100台以下の
デバイス
最大20台の
デバイスのサポート
128以下
100台を超える
デバイス
100台を超える
デバイス
24台を超える
ドライブ
100台を超える
デバイス
20台を超える
デバイスのサポート
128超
11台を超える
ドライブ
100台を超える
デバイス
100台を超える
デバイスのサポート
32以下
- 直接接続されることが多い（SATA、IPなど）
- ごく限られた数の冗長性機能を提供する場合もある
グループ3：エントリ／ミッドレンジ
スケーラビリティや性能よりも価格に重点が置かれたSANまた
はNAS接続ストレージ。「エントリレベル」ストレージと呼ば
れることが多い。
- ネットワークに接続される（IP、SANなど）
- 冗長性機能用のオプションがある
グループ4：ミッドレンジ／エンタープライズ
性能と機能のバランスを取るSANまたはNAS接続ストレージ。
よりハイレベルな管理だけでなく、スケーラビリティ機能と信
頼性機能も提供する。
- ネットワークに接続される（IP、SANなど）
- 冗長性用のオプションがあり、完全な冗長性を備えていることが多い
（SPOFなし）
グループ5：エンタープライズ／メインフレーム
メインフレーム展開に関連した（ただし、メインフレーム展開
のみに限定されていない）高いスケーラビリティと特別な堅牢
さを示すストレージ。
1000台を超える
デバイス
- オプションネットワーク接続経由でメインフレームに接続（IP、SANなど）
- 常時完全な冗長性を装備（SPOFなし）
- 無停止サービス性を提供できる場合が多い
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6
２．各ネットワークインターフェースの概要
２．１ファイバーチャネル
(FC)
定義：スイッチドファブリック（Switched fabric）、スイッチングファブリ
ック、あるいは単にファブリックとは、一つあるいは複数のネットワークス
イッチ（特にクロスバースイッチ）を介し、ネットワークノードが相互に接
続されたネットワークトポロジーのことである。この用語は通信、ファイ
バーチャネルストレージエリアネットワークや、その他InfiniBandを含
む、高速ネットワークにおいて用いられる。
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7
ファイバチャネルレイヤストラクチャ
SCSI
SNMP
IP
802.2
SCSI-FCP
SNMP
IPFC
FC-LE
ULP
FC-4 (マッピング)
FC- 3 コモンサービス, マルチキャスト, etc.
FC- 2
アッパレベル
FC-UL
フローコントロール, フレーミング, サービスクラス
FC- 1 8B/10B エンコーディング, リンクコントロール, エラー検知
物理&
シグナリング
層
FC- 0 オプティカル&エレクトリック・インターフェース, トランスミッタ&レシーバ
FC- 0 メディア, コントロールタイプ
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FC-PH
FC-PI
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主要メディアの伝送距離 FC-0
メディア
コア/クラッド Φ mm
伝送速度
400 MB/sec
800 MB/sec
1600 MB/sec
10km
10km
10km
150m
50m
35m
70m
21m
15m
シングルモードファイバ
9/125
マルチモードファイバ
50/125
マルチモードファイバ
62.5/125
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FC ネットワークトポロジー FC-0
・ポイントツーポイント
ポイントツーポイント
・アービトレーテッドループ – リング共有型
１ファブリックポートで最大126デバイス
N-port
FCスイッチ
・スイッチファブリック – Any-to-any
1600万コネクション
E-port
E-port
F-port
N-port
N-port
スイッチファブリック
アービトレーテッドループ
NL-port
N-port
E-port
NL-port
FL-port
E-port
E-port
FCスイッチ
FCスイッチ
E-port
F-port
ハブ
NL-port
NL-port
F-port
N-port N-port
F-port
N-port
F-port
N-port N-port N-port
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FC のフレームフロー FC-2
ポイントツーポイント、対向のポート間でR_RDYをやり取り
ACKはエンドツーエンド
R_RDY ：フレームを受け取ったという応答
ACK ：受け取ったフレーム内容に対する肯定応答
スイッチファブリック
FCPコマンド・データ
スイッチ
N
R_RDY F
FC
スイッチ
E
R_RDY
E
F
R_RDY N
ACK
R_RDY
R_RDY
R_RDY
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FC のフロー制御
FC-2
ファイバーチャネルの2つのフロー制御機構
E2E(エンドツーエンド)フロー制御 EE_クレジット（ACKフレーム交換用）
B2B(バッファツーバッファ)フロー制御 BB_クレジット（R_RDYフレーム交換用）
FC
スイッチ
N
F
B2B クレジット
スイッチ
E
スイッチファブリック
B2B クレジット
E
F
N
B2B クレジット
E2E クレジット
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フレーム・シーケンス・エクスチェンジ FC-2
アプリケーション (SCSI)
ULP
FCP IU
FCP IU
FC-4
エクスチェンジ #1
OX_ID + RX_ID
FC-2
SEQ
SEQ_ID
SEQ
FC-2
1
2
N-1
N
フレーム
OX/RX_IDは送信側と受信側の組を定義
SEQ_IDは同一エクスチェンジ内のシーケンス順を定義
SEQ_CNTは同一シーケンス内のフレーム順を定義

SEQ_CNT
IU: インフォメーションユニット
OX_ID: オリジネータエクスチェンジ ID
RX_ID: レスポンダエクスチェンジ ID
SEQ_ID: シーケンス ID
SEQ_CNT: シーケンスカウント
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FC フレームフォーマット FC-1
FC フレーム (~2148 Bytes)
フレームコンテント
アイドル
オプション
ヘッダー
ヘッダー
SOF
(4)
データ
(0-2112)
(24)
CRC
EOF
(4)
(4)
アイドル
0-528 トランスミッションワード
Word
0
Byte 3
R_CTL
Byte 2
Byte 1
D_ID
1
CS_CTL
S_ID
2
TYPE
F_CTL
3
SEQ_ID
4
5
DF_CTL
Byte 0
SEQ_CNT
RX_ID
OX_ID
Parameter
R_CTL: ルーティンコントロール
D_ID: 宛先 FCID
CS_CTL: クラスユニークコントロール
S_ID: 送信元 FCID
TYPE:転送データのプロトコル
F_CTL: フレームコントロール
SEQ_ID: シーケンスオーダ ID
DF_CTL:データフィールドコントロール
SEQ_CNT: フレームオーダ ID
OX_ID: オリジネータエクスチェンジ ID
RX_ID: レスポンダエクスチェンジ ID
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ファイバチャネルアドレッシング FC-2
World Wide Name(WWN)
FCノード or ポートを一意に識別する、HBA焼き付けアドレス
複数のポートを標準で持つFC-SANデバイスには有効
16文字64bitの16進数アドレス
Node World Wide Name(nWWN, WWNN)
Port World Wide Name(pWWN, WWPN)
nWWN=20:00:00:0c:30:a1:b1:00
Port 1
pWWN=21:00:00:0c:30:a1:b1:00
ノード単位で識別
Port 2
pWWN=22:00:00:0c:30:a1:b1:00
ポート単位で識別
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ゾーン FC-2
ZoneA: hostA, diskA, diskB
ZoneB: hostB, diskC, diskB
hostA⇔diskA ○
hostA⇔diskB ○
hostA⇔diskC ×
hostA
hostB
hostB⇔diskA ×
hostB⇔diskB ○
hostB⇔diskC ○
hostA⇔hostB ×
FCスイッチ
ZoneA
ZoneB
diskBのN_portは複数ゾーンの
メンバーとして設定可能
FC
スイッチはネームサーバを経由して（⇒ソフト）
アクセス可能なディスクへのパスを提供
diskA
FC
diskB
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FC
diskC
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ゾーンセット
複数ゾーンの集合=ゾーンセット
hostA
hostB
ZoneA: hostA, diskA, diskB
ZoneB: hostB, diskC, diskB
ZoneC: hostA, hostB, diskB, tapeA
ZoneC
Zoneset1: ZoneA, ZoneB
Zoneset2: ZoneC
tapeA
FCスイッチ
ZoneA
ZoneB
FC
diskA
FC
diskB
FC
昼：Zoneset 1 がactive
夜：Zoneset 2 がactive
夜間は共有するディスクBのデータのみを
テープAに書き出す
diskC
という風にゾーンを組み合わせて
使用可能
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2.2 IP-SAN
IP-SAN
2.2.1 FCIP
2.2.2 iFCP
2.2.3 iSCSI
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IP-SANのプロトコル
FCIP, iFCP
地理的に分散した FC-SAN を、IP 網を通して接続するための
TCP/IP ベースのプロトコル
既に導入実績も多い実用技術
IP 網を通して、離れた拠点間で複製やバックアップなどを行える
iSCSI
ストレージの世界で標準となっている SCSI プロトコルを、
IP ネットワークで使えるようにしたもの
2004 年 4 月に RFC 化された技術 (RFC3720)
IP 機器だけでSAN を構築できる
IP 網を通して、離れた拠点間で複製やバックアップなどを行える
FC を iSCSI に変換し、IP 機器を用いて既存の FC-SAN を
補強、拡張することができる
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2.2.1 FCIP
FCのパケットをそのままIPでトンネリング
サーバ
サーバ
FCIP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC
IPネットワーク
FCIP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC-SAN
FC
ストレージ
FC
FC-SAN
FC
IP
IP
FC
FCIPの接続形態
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FC
ストレージ
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FCIP
全体が１つの巨大なFC-SANに見える
１つのFC-SANに見える
サーバ
サーバ
SCSI
SCSI
FC
FC-SAN
FC
FCP
FCP
FCIP
FCP
SCSI
IP
IP
IP
FC
ストレージ
FCIP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC
FC
TCP
FC-SAN
IPネットワーク
FCIP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC
SCSI
SCSI
ストレージ
あるFC-SANで障害が発生すると，FCIPで接続されたFC-SAN全体に影響が及ぶ
⇒ 最近は、VSAN（Virtual SAN）を用いて分離して、影響を回避できるようになった
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2.2.2 iFCP
あたかも巨大なFCスイッチのイメージ
サーバ
サーバ
ストレージ
ストレージ
巨大なFCスイッチのイメージ
FC
iFCP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
iFCP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC-SAN
FC
FC-SAN
FC
IP
IP
FC
IPネットワーク
FC-SAN
FC-SAN
FC
FC
ストレージ
iFCPの接続形態
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ストレージ
22
iFCP
離れた拠点が独立したFC-SANに見える
独立したFC-SANに見える
サーバ
サーバ
SCSI
FC
FC-SAN
IPネットワーク
IP
FCP
iFCP
IP
SCSI
FC
FC-SAN
IP
TCP
FCP
FC
ストレージ
iFCP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC
SCSI
FC
FCP
iFCP
ｹﾞｰﾄｳｪｲ
FC
SCSI
SCSI
ストレージ
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23
2.2.3 iSCSI
SCSIコマンドをカプセル化してTCP/IPで通信
プロトコル層
ストレージ
SCSI
SCSI
SCSI
SCSI
iSCSI
iSCSI
SCSI
TCP
TCP
SCSI
IP
IP
SCSI
iSCSI iSCSI iSCSI
iSCSI iSCSI iSCSI
TCP TCP
IP
サーバ
データ
TCP TCP
プロトコル層
IP
データ
SCSI
SCSI
SCSI
IPネットワーク
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iSCSI の適用形態
IP 機器のみの SAN や、FC-SAN との相互接続を想定
サーバ
サーバ
サーバ
クライアント
IP ネットワーク
機器のみで構
成した SAN
FC-SAN と
の相互接続
IPネットワーク
FC-SAN
iSCSI
ゲートウェイ
iSCSI 対応
テープ装置
iSCSI 対応
ストレージ
iSCSI 対応
ストレージ
FC ストレージ
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iSCSI: データ転送の RDMA 化
データ転送を RDMA 化してメモリ帯域への負荷を軽減
SCSI
iSCSI
RDMA (Remote DMA)
RDMA コンソーシアムにて規格化
iSER (iSCSI Extensions for RDMA：RFC5046)
iWARP (RDMA over TCP/IP：RFC5040)
iSER
RNIC
RDMAP
DDP
通信速度が速い
と、メモリ帯域が
不足
iWARP
MPA
サーバ
TCP
IP
TOE
RNIC
RNIC
Remote DMA
により、内部バッ
ファ間のコピーを
無くす
LAN
RNIC
iSCSI
ストレージ
SCSI : Small Computer Systems Interface
iSCSI : SCSI over the Internet
iSER : iSCSI Extensions for RDMA
RDMAP : Remote Direct Memory Access Protocol
DDP : Direct Data Placement Protocol
MPA : Marker PDU Aligned Framing for TCP
TCP : Transmission Control Protocol
IP : Internet Protocol
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26
2.3 FC over Ethernet (FCoE)
５年ほど前からFibre Channel規格（ANSI T11-3委員会）
より、Fibre Channel over Ethernet standards (FCoE)とい
う概念が標準化された。
FCoE標準では、イーサネットフレームへのファイバチャ
ネルフレームのカプセル化と、ファイバチャネルプロト
コルおよびTCP/IP、UDP/IPその他のプロトコルをサポー
トできるネットワークファブリックへのこれらの技術の
融合が定められている。
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27
FCoEファブリックとは（従来のイーサネットではない）
FCoEでは、特定のイーサネット拡張仕様を実装する必要がある
ロスレススイッチとファブリック（例：IEEE 802.3 PAUSEのサポート）構成が必要
Jumboフレームのサポートを強く推奨（標準ではないが、広く入手可能）
FCoEの実装では、特に以下のような、現在IEEE 802.1で議論され
ているイーサネットの新しい仕様を使用することを推奨
Priority-based Flow Control（PFC）802.1Qbb
Enhanced Transmission Selection（ETS） 802.1Qaz
DCB (capability) eXchange (DCBX) Protocol802.1Qaz
将来的に輻輳通知（802.1Qau）とマルチパス指定（IETF– TRILL）
上記の802.1の新しい仕様は、統合フロー（メッセージング、クラ
スタ化、格納）にとって重要である
この機能セットはCEE（Converged Enhanced Ethernet）（データセンタ環境向け）またはDCB（
Data Center Bridging）（IEEEでの呼称）と呼ばれる
FCoEファブリックは、以下のようなFCoE/DCBスイッチを使用し
て構築する必要がある
FCF（FC Forwarder）と呼ばれる
ロスレスイーサネットファブリックの一部で、DCB ロスレスイーサネットポートを持つ
従来のFCスイッチの機能（機能とサービス）も提供する
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28
FC接続を行うFCF（FCoE Switch）
実装では、DCBスイッチの特徴と機能を以下のようなFCスイッチの
特徴と機能と組み合わせている
• スイッチング、パス指定、ルーティングについて、
イーサネットとIPの標準をサポートする
• スイッチング、パス指定、ルーティングについて、 DCBイーサネットポート
（IP、FCoE VF port、VEポート
FCの標準をサポートする
FC
FC FC
機能を装備）
• 現行の標準とDCB標準をサポートする
• FCoEとFCの間で調整を行う
FCoEポートには、VF portおよびVEポートと呼ばれる
FポートまたはEポート機能がある
（多くの論理（仮想）ポートが1つの物理ポートを共有できるため）
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29
DCB統合スイッチへの接続
• ロスレスイーサネットでは、ファイバチャネルはL3プロトコルで扱われる
カスタマアプリケーション
SCSI
iSCSI
ネットワークアプリケーション
TCP
UDP
IP
ファイバチャネル
FCoE
ロスレスイーサネットのMAC（DCB）
IPアドレス123.45.67.89
（FCoE VN port）
IPおよびFCoE VF port機能を備えた
イーサネットポート
FCoEスイッチ（FCF）機能を備えた
ロスレスイーサネット（DCB）統合スイッチ
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30
FCoEファブリックとはⅡ（従来のイーサネットではない）
FCoE対応ファブリックにはDCB専用のイーサネットスイッチが
存在する場合もあるが、FCoE機能付きのスイッチも1つ以上必要
である
FCoEファブリックは、実際のFCファブリックとシームレスに同
時に使用できる
FCサービスは、FCoEファブリックとファイバチャネルファブリ
ックで同じように動作する
FCoEは、ファイバチャネルのすべての機能（例：仮想ファブリ
ック、IFR(Inter Fabric Routing)、セキュリティ）をサポートす
る
FCoEでは、FCソフトウェア（アプリケーション、カーネルドラ
イバなど）の変更は必要ない
ただし、ベンダは新しい機能を活用するためにドライバと管理を強化する
FCoEはFCIPの代わりに使用するものではない
FCIPは、データセンタの枠を越えたスイッチ間のリンクに使用される
FCIPではTCP/IPを使用する© 2015Storage Networking Industry Association. All Rights Reserved.
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FCoEの価値はサーバ側で発揮（特に仮想サーバ）
OS1
Webサーバ
OS3
DBサーバ
OS2
Appサーバ
FC
HBA
メッセージング
イーサネット
TCP/IP
FC SAN
仮想サーバ
OS1
Webサーバ
OS2
Appサーバ
CNA
（DCB）
OS3
DBサーバ
データセンタ
DCBネットワー
ク
現在
OS1
Webサーバ
• NIC
• TCPの高速化
• MPI、RDMA
over Ethernet
• FCoE
CNA
（DCB）
MPI
RDMA
IB／イーサネッ
トクラスタ
OS2
Appサーバ
DCBを
使用した場合
OS3
DBサーバ
CNA
（DCB）
データセンタ
DCBネットワー
ク
Data Center Bridging（DCB）
（優先順位ベースのフロー制御とスケジューリングを行う（「ロスレス（損失のない）」イーサネット）
インタフェースの大幅な削減により、アダプタ、スイッチポート、ケーブル接続、電力、冷却も削減
• 4～6本のケーブルをサーバ1台当たり2つのインタフェースとケーブルに削減可能
既存のSANおよびLANの設置基盤へのシームレスな接続
高帯域リンクの効果的な共有
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イーサネットパケットへのFCのカプセル化
（2種類のFCoE関係パケット）
FC-4
FC-4
FC-3
FC-3
FC-2V
FC-2V
FC-2M
FC-2P
FC-2
FCoEマッピング
FC-1
MAC
FC-0
PHY
イーサネット
ヘッダ
Fibre Channel over Ethernet（FCoE）パケッ
ト
FCヘッダ
FCoE
ヘッダ
SCSIコマンド／データ
内にある*）
IEEE
802.3レイ
ヤ
*後のスライドで説明
FCS
フレームチェックシーケンス
（CRC）
イーサネットヘッダは、「Ethertype」など、
物理ネットワークで必要な情報を提供する
Ethertype
「FIP」
（8914h）
（「FCエンティティ」
内にある*）
（「FCoEエンティティ」
FC埋め込みフレーム：物理FCと同じ
プロトコル制御情報：バージョン、SOF、EOFなど
Ethertype
「FCoE」
（8906h）
イーサネット
ヘッダ
変更されていない
FCレベル
FCoE Initialization Protocol（FIP）パケ
ット
FIP
ヘッダ
記述子
FCS
検出、リンク確立、維持、切断（ログインやログアウトなど）パラメータ
プロトコル制御情報：バージョン、オペレーションコードなど
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33
FIPプロトコルとFCoEプロトコル
検出フェーズ
FCFは互いおよびVLAN（存在する場合）を検出し、ファブリックを
形成する
ENodeがVLAN（存在する場合）を検出した後、ENodeとFCFが検出
を行う
VN portとVF portのペアリングの候補
ペアリング候補の機能
ログインフェーズ
ENodeが検出したFCFのポートのいずれかを選択する
ENodeポートとFCFポートの関連付けを行う
VN port   VF portの論理FCリンク
ENodeのMACアドレス指定に使用できる2つの方法
FPMA（Fabric Provided MAC Address）－ファブリックによって割り当てられる
???SPMA（Server Provided MAC Address）－サーバによって割り当てられる???
FCFが（各サイドの機能に基づき）FPMAによる方法かSPMAによる方法を選択する
FCoE
Initializati
on
Protocol
（FIP）
FLOGI、FLOGI ACC、LOGO、ELSなどを使用する
• エンドツーエンドなパス制御およびデータ転
送フェーズ
FCoE
プロトコル
PLOGI/PRLI
その他のすべてのFCプロトコルフレーム（FC4 ULPなど）
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34
イーサネット（FCoE）でのFCのカプセル化
ワー
ド
31-24
23-16
1
さまざま
Ver（4b）
ET=FCoE（16ビット）
4
reserved
5
reserved
6
7
…
イーサネットフレームの
サイズは64バイト～
2220バイト
送信元MACアドレス（6バイト）
2
3
このフィールドのサイズは
7-0
宛先MACアドレス（6バイト）
0
オプションのIEEE 802.1q
4バイト
タグはここに入る
15-8
n
n+1
n+2
reserved（12ビット）
reserved
SOF（8ビット）
カプセル化されたFCフレーム
FCフレーム = 最小28バイト（7ワード）
最大2180バイト（545ワード）
（FC-CRCを含む）
EOF（8ビット）
reserved
イーサネットFCS
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35
FIPオペレーションフォーマット
ワード
0
31-24
23-16
15-8
7-0
宛先MACアドレス（6バイト）
1
オプションのIEEE 802.1q
4バイト
タグはここに入る
2
3
4
5
記述子リスト
のサイズは
さまざま
イーサネットフレームの
サイズは
64バイト～2220バイト
送信元MACアドレス（6バイト）
Ver（4b
ET=FIP（16ビット）
reserved（12ビット）
）
FIPオペレーションコード
reserved
FIPオペレーションコード
記述子リスト長
FIPサブコー
reserved
ド
FP
FIPサブコード
フラグ
フラグ
記述子リスト
6
A S F
記述子リスト長
F
P
S
P
S
F
…
n
最小長またはmini-Jumbo長までパディング
n+1
イーサネットFCS
ケーパビリティビット（FPMA）
使用可能ビット
ソリシティドビット
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FCFビット
36
FCFモデル
FCファブリック
インタフェース
FCスイッチングエレメント
FC
エンティティ
または
PCoE
エンティティ
FC
エンティティ
PCoE
エンティティ
FCoE
コントローラ
ロスレスイーサネットMAC
ロスレスイーサネット
ブリッジエレメント
Link
End
Point
（LEP）
MACアドレス
MACアドレス
FC
エンティティ
または
PCoE
エンティティ
FC
エンティティ
PCoE
エンティティ
FCoE
コントローラ
ロスレスイーサネットMAC
ロスレスイーサネット
ブリッジエレメント
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37
CNA (ENode) モデル
FC
エンティティ
FC
エンティティ
PCoE
エンティティ
PCoE
エンティティ
FCoE
コントローラ
ロスレスイーサネットMAC
Link
End
Point
（LEP）
FC
エンティティ
FC
エンティティ
PCoE
エンティティ
PCoE
エンティティ
FCoE
コントローラ
ロスレスイーサネットMAC
各ENode（CNA）には、複数の物理イーサネットポートを搭載可能
各物理ポートには、複数の論理VN portを搭載可能
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38
単純なDCBファブリック
DCB
スイッチ
FC
DCB（統合）スイッチは、FC E-Port経由で従来のFCスイッチやファブリックに接続
できる
イーサネット
FC
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39
シナリオ1：FCoEとIPのフロー
インターネット
従来の
イーサネット
ネットワーク
DCB
ネットワーク
FCoE
スイッチ
DCB
ネットワーク
FCファブリック
FCoE
スイッチ
FCoEのフロー
IPのフロー
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40
シナリオ2：FCoEの良いフローと悪いフロー
インターネット
従来の
イーサネット
ネットワーク
DCB
ネットワーク
FCoE
スイッチ
FCファブリック
FCoE
スイッチ
DCB
ネットワーク
FCoEのフロー
FCoEの無効なフロー
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41
FCoEまとめ
FCoEは、T11（2009年6月）に完成したFC-BB-5の一部である。この文書は現在INCITSの管理下にあ
り公開販売されている。量産製品の生産・販売は既に開始。
FCoEは、イーサネットタイプの新しいネットワークでファイバチャネルをイーサネットフレームにカ
プセル化するためのシンプルで効率的なメカニズムである
従来のイーサネットインタフェースやファブリックではない
新しいネットワーク – DCBネットワーク
DCB（CEEとも呼ばれる）は、IEEE 802.1標準規格の作業部会によって定義された
FCプロトコルフレームは、イーサネットフレームに単に挿入される
FCoEには漸進的な配備モデルが組み込まれている
FCからFCoEに設置をアップグレードできる仕様である
FCとFCoEのファブリックをどのように組み合わせてもよい
統合インタフェースを備えたサーバエッジではFCoEで十分な場合もある
ただし、総合FCoE SANも可能（FCFを使用）
サーバエッジのケーブル、アダプタ、電力、冷却の量を削減できる
すべてのFCoEデバイスは、実際のFCデバイスと同時に使用できる必要がある
FCoEはデータセンタファブリック向けで、外部接続ネットワークには適用できない。
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42
2.4 DCB(データセンタブリッジング）の概要
-
FCoEに関連して
データセンタ内で使用される各種ネットワークにおいて、I/O統合
とコンバージドネットワーク展開が広がっている。データセンタ
ー管理者として、このようなネットワークの振る舞いや機能を十
分理解することが重要視されはじめている。
ここでは、データセンタネットワークを構築して運用するために
使用されるテクノロジとプロトコルについて説明する。特に、
IEEEデータセンタブリッジング(DCB)プロトコル（ETS、QCNな
ど）、ネットワーク管理プロトコルとしてのSDN、およびトラフ
ィック管理などを取り上げる。
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43
デ複雑なデータセンタネットワーク
L2イーサネット：
L3/L4：
VLAN
STP
DHCP
LAG（Link Aggregation）
ブロードキャスト／
マルチキャスト
DCB
PFC
ETS
QCN
DCBX
FC：
IP
TCP
NAS
iSCSI
UDP
ICMP
ECN
各種アプリケーションの転送
TRILL(TRansparent Interconnection of Lots of
Links)
オーバーレイネットワーク
VXLAN/NVGRE(Network Virtualization
using Generic Routing Encapsulation)
ネットワークの管理と監視
従来のネットワーク管理
SDN（Software Defined Network）：OpenFlow
SANプロトコル
転送としてのFC
クレジットフロー制御
FCoE
FCサービス
データセンタのトラフィックに関
する留意点：
キュー + バッファ
ヘッドオブラインブロッキング
インキャスト／マイクロバースト
持続輻輳
遅延とスループットの関係
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44
データセンタネットワークの要件と機能
要件
高スループット
高可用性
十分な拡張性
低遅延
堅牢さ
機能
帯域幅
サーバからの10Gが急速に普及している
40G/100Gは使用可能なネットワーク帯域幅を意味する
トラフィック分離
DCBプロトコルは同じネットワーク内に複数の平面を構築す
る
トラフィック間干渉なしで帯域幅を共有できる
大規模なL2ドメイン
ファブリック実装によって実現される
遅延の改善
転送経路が最適化されたスイッチとファブリック
ネットワーク輻輳管理
物理インフラストラクチャ上で同時に複数のフロー制御スキ
ームが機能する
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45
ネットワークコンバージェンス
コンバージェンスは2つの重要なテーマに沿って発生
する
これらは同時に発生している
階層の崩壊
SAN
SANAB
インフラストラクチャの
集中
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46
あらゆるものの仮想化
アグリゲーションと仮想化
ストレージアレイやサーバなどの多くの例
偶発的パーティショニングの回避
意図的パーティショニングの受け入れ
アグリゲーション
物理的なものとソフトウェアによるもの
柔軟な接続を利用して容量をまとめてプールする
仮想化
実要件を満たすために集約されたシステムの論理パーティション
柔軟性  どこにでもある代替可能リソース
ジャストインタイムプロビジョニングとシンプロビジョニングによる
ユーティリティインフラストラクチャ
これらがネットワークにも起こっている！
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47
仮想化がマルチプロトコル接続を促進
…その理由はデータセンタが常に流動的だから
アプリケーションのライフサイクル
サービスの導入、更新、廃止
サーバとネットワーク上の負荷は絶えず変化している
予測不可能
リソース管理の課題
余分な容量の最小化
再構成
再生／再利用
リソースの追加は最終手段
動的共有リソースプールがこれらの課題を解決する
仮想化 + ネットワークによって可能になる
サーバは潜在的に各種プロトコルを介してデバイスにアクセスする必要がある
ストレージはSANアタッチが20%から100%近くにまで進む
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48
プロトコルの分類
DCBプロトコル
•802.1P
•802.1Q
•802.1AB
•802.3X
•802.3bd
I/O統合と
ネットワーク
コンバージェンス
ネットワーク規模の
輻輳管理
物理／仮想
サーバ／スイッチ相互作用
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49
ファイバチャネルオーバーイーサネット（FCoE）
ファイバチャネルの観点から

イーサネットクラウドと呼ばれる新種のケーブルを介したFC接続
イーサネットの観点から

単なるもう1つの転送すべきULP（上位レイヤプロトコル）、


しかし…魅力的なプロトコル！
FCoEの要件を満たすように設計されたDCB
FC-BB-5： VE-VE & VN-VF、FC-BB-6 + VN2VN
FCoE経由で伝送されるクラス2、3、およびF
イーサネットサポート
ロスレス ― つまり、輻輳を理由にした破棄が許されない、転送要素あたり500 ms以下
の伝送遅延、順序正しい配信を保証する必要がある
コンポーネント



FCoE/FCスイッチ（またはFCF）
FCoE/FCゲートウェイ（NPIVベース）
FCoEトランジットスイッチ（DCB + FIPスヌーピング）
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50
2.4.1 リンクレベルフロー制御
ロスレスネットワークから得られるトラフィックの利点
・欠点？
テクニック
ポーズ
優先度フロー制御
ポーズとクレジット
リンクレベルフロー制御を中心とした複雑さ
ヘッドオブラインブロッキング
輻輳拡散
リンクレベル構成とエンドツーエンド損失動作
内部転送経路と外部リンク
エンドツーエンドでvswitchが必要な場合
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51
ロスレスネットワークの恩恵を受けるのは？
ロスレスが不可欠
FCoE
その他のロスレス候補
iSCSIローカルトラフィック
LANバックアップ
仮想マシンモビリティ
クラスタ
HPC
ロッシー候補
管理
キャンパス
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52
クレジットベースとポーズベースのフロー制御
フレーム
フレーム
フレーム
R_RDY
R_RDY
FCクレジットベースのリンクレベルフロー制御
サイズに関係なく、1クレジットが1フレームに対応する
（2G FCの場合は、1 kmおきに1クレジットが必要）
送信側は受信側からクレジット（R_RDY）を受け取っていれば、フレームを送信するだけで済む
平均フレームサイズが考慮されたポートでサポートされるクレジット数によって、伝送可能な最大距
離が決定される
クレジット帯域幅遅延が最大可能値を超えると、持続スループットが低減される
フレーム
フレーム
ポーズ
ポーズフレームベースのリンクレベルフロー制御
送信側を停止させる必要がある場合は、受信側が送信側に通知するためのフレームを送信する
ロスレス動作では、受信側がすべての移動中データを取り込む必要がある
この場合は、受信側のバッファに基づくハードリミットが、直接接続イーサネット上のストレージトラフィッ
クの距離に課される
バッファがオーバーランした場合は、フレームがドロップされる可能性がある
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53
リンクレベルポーズの複雑さ
ヘッドオブラインブロッキングと輻輳拡散
ロスレスネットワークでは、FCベースのSANが常にこのような振
る舞いをする
CNA
CNA
CNA
CNA
CNA
CNA
QCN使用しないロスレス
輻輳拡散
QCNを使用しないロッシー
輻輳が損失を招く
TCP輻輳制御が支配的に振る
舞う
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54
2.4.2 トラフィック管理
トラフィック管理とは、ネットワーク全体の帯域幅と輻輳の制御を
試みるプロトコルとアルゴリズムの総称である
これはリンクレベルフロー制御との重要な相互作用であることに注意
アプリケーションでもこのような特性を直接管理できるが、ここでは省略する
発信制限
速度制限
ETS（ Enhanced Transmission Selection）
発信速度リミッタの構成を表すDCBX内部の設定
エンドツーエンド輻輳制御
TCP/IP特有
WRED（Weighted Random Early Detection/Discard）と関連アルゴリズム（
policers）によって意図的に駆動される
QCN
ECN
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55
発信速度制限とETS
発信速度制限
クラス／グループ／キュー単位で帯域幅制限を設定する
特定のリンク上でのトラフィック量の制御を可能にする
ETS
発信速度リミッタの構成を表すDCBX内部の設定
グループを定義し、各グループに帯域幅を割り当てる手段
グループに優先度を割り当てる
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56
ETSの詳細
要件
リンクの観点から
3つ以上で8つ以下のトラフィッククラスをサポー
ト
ETSが帯域幅を制御する
クラスグループ単位で適用される
–
–
PFCが有効な場合の優先度用の1つ
PFCが無効な場合の優先度用の1つ
厳密優先度用の1つ
クラスグループは1つ以上のクラスからなる
特定のグループ内部は通常の公正さ
他のアルゴリズムで使用された残りの帯域幅から
1%以上の粒度で割り当てる帯域幅割り当てをサポ
ート
トラフィッククラスの1つで割り当てられた帯域
幅を消費できなかった場合に、使用されなかった
帯域幅を他のトラフィッククラスで使用できる（
使用しなくてもよい）ような送信選択ポリシーを
サポート
ロッシーとロスレスの両方に適用
される
ロスレスの場合は、結果がポーズのタイミン
グに影響する
ロッシーの場合は、フレームがドロップされ
るタイミングに影響する
厳密優先度トラフィックの処理後に適用され
る
1
クラスグループ1
クラスグループ
3
3
1
TXキュー0
TXキュー1
クラスグループ
2
2
6
TXキュー2
物理
TXキュー3
10 GE
TXキュー4
TXキュー5
ポート
TXキュー6
TXキュー7
2
2
4
5
3
T1
T2
T3
供給されたトラフィック
2
2
2
2
5
5
3
3
T1
T2
認識されたトラフィック
T3
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57
TCPのフロー制御
ストレージネットワーキングにとってTCPは不可欠（FCIP、iSCSI）
接続指向
全二重バイトストリーム（アプリケーション宛て）
ポート番号でIPアドレス内のアプリケーション／サービスエンドポイントを識別
接続識別：IPアドレスペア + ポート番号ペア（4タプル）
一部のサービスの既知のポート番号
信頼できる接続のオープンとクローズ
接続初期化でネゴシエートされる機能（TCPオプション）
信頼できる
順序正しい配信が保証される
セグメントがシーケンスと確認応答情報を伝送する
送信側がデータを受信されるまで維持する
必要な場合は送信側がタイムアウトしてから再送信する
チェックサムで保護されたセグメント
フロー制御と輻輳回避
フロー制御はエンドツーエンドで行われる（単一リンク上のポートツーポ
ートではない）
送信側輻輳ウィンドウ
パケットドロップと並べ替えに対処する
受信側スライディングウィンドウ
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58
輻輳制御：QCN（Quantized Congestion Notification)
QCNはポート単位で構成されたポイントで、ある優先度に基づいて動作する…
「いわば、L2とDC用距離を除いたTCP輻輳管理のようなものである」
事前対処的
デバイスはパケットをドロップしてホストを減速させる必要がない
代わりに、輻輳に基づいて圧力をかけることができる
送信デバイスが輻輳を認識して減速する
QCNの実際の効果はどのくらいか
トラフィックフローはどのくらい早く変化するか
実際のイベントからフロー速度調節までの反応時間はどのくらいか
粒度はどのくらいか
ロスレスQCNの使用
輻輳拡散を低減する
ロッシーQCNの使用
パケット損失を低減する
CNA
CNA
CNA
CNA
CNA
CNA
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59
輻輳制御：ECN
ECN（Explicit Congesion Notification)
これはIPまたはTCPに対する拡張である
ヘッダ内のビットを使用して機能を伝達し、輻輳検出を指摘する
IPv4ヘッダでは、DiffServフィールド内のビットが使用される
–
–
–
–
00：ECNでは未サポート
10：ECNで転送可能
01：ECNで転送可能
11：輻輳検出
TCPヘッダビットも使用される
–
–
–
NS（Nonce Sum）
ECE（ECN-Echo）
CWR（輻輳ウィンドウ減少）
次のように動作する
エンドポイントが対応可能なことを伝達する
輻輳発生に伴ってドロップされた可能性のあるパケットをマークするための経路に沿った中
間ホップ
TCP/IP受信側が、回線上で送信するパケットのECEフラグをセットすることにより、輻輳
が発生したという事実を伝達する
TCP/IP送信側は、自分の輻輳ウィンドウを下げて、自分の要求が履行されたことを受信側
に知らせるためにCWRを設定することにより、ECEの取得に対処して、ECEフラグのセッ
トを中止することができる
エンドポイントのECN機能だけでなく、中間ネットワークのECN機能も必60
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要なことに注意
DCBXアプリケーションの例
アプリケーション
TCP/UDP/イーサネット
ポート/Ethertype
HPC – RoCE (RDMA over
イーサネット
8915
NAS – NFS（既存）
UDP
2049
NAS – NFS（新規）
TCP
2049
NAS – CIFS/SMB
TCP
445
Converged Ethernet)
HPC – iWARP(Internet
Wide Area RDMA Protocol)
FCoE
8906
FIP
8914
iSCSI
TCP
3260
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61
SDNの例：OpenFlowプロトコル
パケット転送機能と経路制御機能をフロー制御プロトコルにより分離
通信トラフィックをフロー単位に制御することで、
経路制御の高度化、ネットワーク仮想化、可視化等を実現
フロー単位のパケット転送機能
（フロースイッチング)
経路制御機能
（障害回復、負荷分散、最適化
OpenFlowコントローラ
OpenFlowスイッチ
Rule
Rule
Action
Action
Statistics
Statistics
Flow Table
■フローテーブルにない通信を受信した場合は、そのス
イッチがコントローラに対し問合せを実施。■コントローラ
は宛先までの最適経路を計算し、その計算結果に基づい
たフローテーブルを経路上の各スイッチに登録する。
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62
インタフェースのレイヤー
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63
FibreChannel と Ethernet
■10GEではDC内でもiSCSIの適用が先行する。
■40GEの適用によってFCoEの帯域や速度の利点が出てくる。
（TCP/IP処理のオーバーヘッド）
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64
FCoEとiSCSI
■DC内、DC間での適用領域が違う。
■FC-SANへのgatewayとしてFCoEの利便性
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65
2.5 InfiniBand（IB）
IBは本来クラスター接続、RDMA用インターフェースであ
ったが、HPC領域をはじめとして、ストレージ接続にも使わ
れている。
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66
IBプロトコル
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67
IBにおける接続
１）Module-to-Module
コンピュータシステムの追加スロットでサポートされるI/Oモ
ジュール（NICやHBA)に間の接続
２）Chassis-to- Chassis
コンピュータ同士、外部ストレージシステム、データセンター
環境におけるスイッチやルータ等の外部LAN/WANのアクセスデ
バイスとの相互接続
IBではプロセッサノード（プラットフォーム）のホストバスア
ダプタをHCA(Host Channel Adapter)と呼び、I/O ノード（デ
バイス）上のアダプタをTCA(Target Channel Adapter)と呼ぶ
。I/OChassisのスイッチとプロセッサノード間スイッチを含む
構成もあり、I/OChassisの中にスイッチは持たず、TCAとRAID
システムのみのストレージサブシステムが外部スイッチを介し
てプロセッサノードに接続する形もある。
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68
IBの接続
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69
IBのIO制御
-IBスイッチファブリックはエンドノード間でキューイングされたメッセー
ジを配信することに関して信頼性の高いトランスポートメカニズムを有す
る。一般的には、メッセージのコンテンツと意味はIBA(Infini Band
Architecture)では定義されていないが、設計者がエンドノードデバイスや
エンドノードデバイスにホストされるプロセスに組み込む。
-IBはデータ転送路上でソフトウエアの介入なしでメッセージング（送受信
）及びリモートDMAのようなメモリ操作をサポートするハードウエアトラン
スポート層を定義している。
-IBは旧来のI/O、通信をサポートするカーネル特権モードや最新のプロセ
ス間通信をサポートするユーザスペースから、IBトランザクション開始及
び終了させる際のエラー検出・保護メカニズムを定義している。
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70
3．SSDインターフェース
PCI-e
NVMe
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71
PCIe
PCIeはIntel社がPCIバス、PCI-Xバスのより高速化を目
指し、第3世代のI/O規格として策定した3GIO(3rd
Generation I/O)を元にPCI-SIG(PCI Special Interest
Group)により規格化されたものである。従来のPCのバ
スとは違いpoint-to-pointのシリアルリンクであり、送信
と受信の2つのリンクを1つのペアとして全二重の１
Laneを構成する
伝送路はCopperもしくはFiberが利用される。2004年に
発表されたPCIe1.0では一つのシリアルリンクでそれぞ
れ2.5Gbpsのビットレートを持ち、8b/10bエンコードを
採用することでデータレートは250MB/sとなっている。
PCIeではLaneを複数持つことができ、x1, x4, x8, x16と
いった表現でLane数を表記することが一般的である
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72
PCIeの構造
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73
NVMe
- NVMeはPCI-eベースの
SSDコントローラの仕様で伝
送路はPCI-e。元々は
SATA/SCSIexpressで検討
していた。
- AHCIはAdvanced Host
Controller Interfaceの略
でATAシリアル化に伴って機
能を向上させた。
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74
NVMe利用例:PCIe SSD 搭載アレイ
SASインタフェースでなく、PCIe インタフェースを利用
 SFF-8639（コネクタの仕様）
 2.5インチドライブにPCIeイン
タフェースを追加するためのコ
ネクタ仕様
 多機能コネクタ
 SATA/SASのレーンもあり互換
性維持
 NVM Express（NVMe）
 コントローラの仕様
 AHCIに代わる
 SSD向けの最適化されたレジス
タ・コマンドセット定義
コネクタバックプレーン
汎
用
コ
ネ
ク
タ
汎
用
コ
ネ
ク
NVMe
タ
SASデバイス
または
多
機
能
コ
ネ
ク
タ
SATA
SAS
SCSI Express
多
機
能
コ
ネ
ク
タ
または
デバイス
SATA
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75
4. ワークロード
業務の運用にはワークロードの検証が不可欠
ネットワークはワークロードにどのように影響するか
使い方、構成、SSD/HDD
特にVM環境下での振る舞い
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76
SSDの失敗事例
企業概
要
•
•
某自動車会社
•
上場企業
•
1950年代に設立
•
4,000人を超える従業員
•
30億ドル超の売上額
大規模SSDキャッシュ・プロジェクト
POCを実施
本番環境にデプロイ済み
•
ただし、VMは簡単な計算で選択
VMはアプリケーション種別に基づいてのみ選択
•
プロジェクトは大失敗に終わる。
VMはとうてい利点をもたらすことができなかった（多大な浪費）。
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77
VMのSSDからの利点は以下に依存する …
そもそもボトルネックはディスクなのか
（あるいは、CPU、メモリか）？
VMがキャッシングから利点を得られるかどうかを、
どのように判断するか？
詳細なワークロードの特性評価
突出したI/Oの分析
読み取り／書き込み比率の分析
レーテンシー分析
キャッシュ・ヒット率の分析
簡単な経験則はない！
万能なサイズはない。
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78
ワークロードの特性を表す手法
ヒストグラムは、単一の数値（平均値、中央値、および平均からの
標準偏差など）よりも、多くの情報をもたらす。
例：多様な挙動は、ヒストグラムで表すと簡単に特定できるが、
平均値では不明瞭になる。
ヒストグラムは実際にオンラインで効率的に計算できる。
Made up Example
2000
1500
1000
500
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10
Latency of an operation (microseconds)
9
8
7
6
5
4
3
2
Frequency
0
1
平均値は5.3！
2500
79
ワークロードの特性を表す手法
ESXのディスクI/Oワークロードの特
性解析は、仮想ディスク単位で行わ
れる。
ワークロードをタイプごとに分けてそ
の固有のコンテナに入れ、トレンド
を観察できる。
手法
ESXの仮想マシンのI/O要求毎に、
値をヒストグラムに挿入する。
仮想ディス
ク毎に収集
されたデー
タ
例：I/O要求のサイズ → 4 KB
6
4
8192
4096
2048
1024
2
0
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80
ワークロードの特性を表す手法
読み取り／書き込み分布の
ヒストグラムが利用可能
I/Oサイズ
読み取り／書き込みの
全体的な比率は？
シーク距離
このワークロードでは、
書き込みは読み取りよりも
大きいのか、小さいのか？
読み取りは書き込みよりも
シーケンシャルか？
どのタイプのI/Oが
より長いレーテンシーを
引き起こしやすいか？
全て、読み取り、書き込み
全て、読み取り、書き込み
最新の16個のうちで最短のシー
ク距離
突出したI/O
全て、読み取り、書き込み
I/Oインターバル時間
全て、読み取り、書き込み
レーテンシー
全て、読み取り、書き込み
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81
ワークロードの特性が重要
集中的な書き
込み
安定した読み取りトラフィック
8KBの読み取り
および書き込み
バイモーダル（二
極性）な空間的局
所性
読み取り／書き込み比
率は、読み取りに大きく
偏っている。
アプリケーションのI/Oパターンを把握することが
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SSDの利点を予測する第一歩である。
82
5. 今後のロードマップ
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83
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84
6. SNIAとは


1997年米国設立の業界団体で現在約400社が加盟。ストレージに関係する仕様
の標準化、教育、出版などを行い、ベンダー間の協調、ユーザの啓蒙を図るこ
とを目的としている。
主な標準化仕様
SMI-S：ストレージ装置の管理API
CDMI：クラウドストレージの管理
セキュリティマネジメント仕様：ISO27040
グリーンストレージの省電力効率測定：Emerald Program
SSDに関する測定方法の標準：PTS
SNIA-Jは日本支部として米国と協調し、上記の情報をユーザに広く伝え、ま
た日本発の技術を米国と検討することを主目的として活動している。
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85
米国SNIA InitiativeとTWG
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86
SNIA-J 2014年度組織
理事会・総会
運営会議
監事
会長・副会長・
理事/運営理事（会計担当含）
事務局長
事務局
技術
委員会
・書籍WG(2014-2015)
教育
委員会
マーケティング
委員会
委員長・副委員長
委員長・副委員長
個別WG
委員長・副委員長
Cold Storage分科会
９社３２名参加
次世代不揮発メモリ分科会
６社１３名参加
グリーン分科会
５社
７名参加
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SNIA-J 2014年度会員
お陰様で２０１４年度に新たに７社新規加入いただきました。
新たな市場、新たな技術を常にウォッチし、新規会員を増やしていきます
 正会員
 分科会会員
２０１４年１２月より募集開始
EMCジャパン株式会社
ティントリジャパン合同会社
株式会社東芝
日本電気株式会社
ネットアップ株式会社
株式会社日立製作所
富士通株式会社
 個人会員
２０１４年１２月より募集開始
 特別会員
 賛助会員
株式会社 HGSTジャパン
テュフラインランドジャパン株式会社
東京エレクトロンデバイス株式会社
パナソニック株式会社
富士フィルム株式会社
SONY株式会社
アドバンスデザイン株式会社
IDEMA JAPAN
グリーン・グリッド
ジャパンデータストレージフォーラム
北陸先端科学技術大学院大学
情報社会基盤研究センター
大阪大学サイバーメディアセンター
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88
88
SNIA-J 2014年度主要活動
DSE(Data Storage Expo Tokyo 2014)
基調講演 David Dale(SNIA International 会長）
Japan IT week参加者総数 74,823 名
新会員
新たに６社が加入
(正会員 +1, 賛助会員 +5)
技術分科会立ち上げ、書籍プロジェクト開始
3 分科会 (コールドストレージ, 次世代不揮発メモリ, グリーン)
書籍プロジェクト（よくわかるストレージ・ネットワーク改訂）
SDC 2014（サンタクララ）で２論文
SNIA Japan ストレージトレンドセミナー（夏）
東京・大阪で合計172 名参加
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グリーンストレージ分科会
 活動方針
Energy Star for Data Center Storage v1.0の施行（2013年12月）
省エネ法基準見直しに向けてJEITAでストレージサブシステムの適用範囲、区分、
基準式等を検討中。これら日米欧の動向を正確に把握する。
•SNIA Emerald v2.x仕様の詳細、測定法・測定ノウハウの習得
•Energy Star v2.0（2015年末？）のベースとなるEmerald v3.x仕様策定貢献
活動内容
日米欧の動向調査と調査結果のSNIA日本支部主催セミナーでの発表など広報活動
第2回Emeraldトレーニング実施、Emerald v3.x仕様策定への貢献
分科会メンバ
6社
11名
富士通株式会社
株式会社東芝
株式会社日立製作所
東京エレクトロンデバイス株式会社
テュフ・ラインランド・ジャパン
日本電気株式会社
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90
90
グリーンストレージの必要性
ストレージとIT予算ーー平均15から20%
4つの基本戦略
機器の電力効率を高める
電源、ファン、HDD回転数、等
物理的冗長を抑える
デルタスナップショット、パリティRAID
容量コミットを少なくする
シンプロビジョニング
利用可能容量にできるだけデータを詰め込む
デデュプリケーション、圧縮
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91
冗長性のニーズ
RAID 10 －複数のディスク障害に対する保護
DRミラー－サイト全体に及ぶ災害に対する保護
バックアップ－障害および意図しない削除や変更に
対する保護
コンプライアンスアーカイブ－罰則に対する保護
テスト／開発コピー－未熟なコードによる障害から
ライブデータを保護
オーバープロビジョニング－ボリューム不足による
アプリケーションクラッシュに対する保護
スナップショット－より迅速でより効率的なバック
アップ
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92
冗長性の結果
- エネルギー消費はデータの単純（フル）
コピーの数にほぼ比例する
テスト
テスト
10 TB
テスト
テスト
テスト
アーカイブ
アーカイブ
バックアップ
バックアップ
バックアップ
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
RAID10
RAID10
RAID10
RAID10
データ
データ
データ
データ
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
5 TB
「増加」
1 TB
データ
RAID10
RAID10
RAID10
RAID10
RAID10
RAID10
RAID10
データ
データ
データ
データ
データ
データ
データ
アプリケーション RAID 10
データ
オーバーヘッド
オーバー
プロビジョン
スナップ
ショット
DR
ミラー
ディスク
コンプライアンス
バックアップ
アーカイブ
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最大
10倍強
テスト／開発
コピー
93
グリーン技術の影響
-
テスト
10 TB
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
アーカイブ
テスト
テスト
テスト
テスト
バックアップ
アーカイブ
テスト
テスト
テスト
テスト
テスト
バックアップ
アーカイブ
バックアップ
アーカイブ
バックアップ
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
データ
データ
データ
データ
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
スナップショット
「増加」
データ
データ
データ
データ
仮想
クローン
重複削除
&
圧縮
テスト
スナップショット
「増加」
RAID10
データ
スナップショット
「増加」
1 TB
テスト
テスト
テスト
5 TB
グリーンストレージ技術は、同じデータセットを格納および使用
するのに必要なストレージの生の容量を減らすことができる
これに伴い、エネルギー消費量も減少する
（ただし、アクティブなディスクが少ない場合に限られる）
RAID10
データ
バックアップ
スナップショット
「増加」
RAID DP
データ
スナップショット
「増加」
RAIDDP
データ
RAID 5/6
アーカイブ
RAID DP
RAIDDP
RAID DP
RAIDDP
シン
多目的
プロビジョニングバックアップ
RAID DP
RAIDDP
アーカイブ
バックアップ
RAID DP
RAIDDP
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94
SNIA Emerald™ Program
SNIA エメラルドプログラム
公正なテスト結果を集めるEPA Energystar
のスーパセットプログラム
SNIA/GSIに入る必要はないが、認証されればロゴとTMが表示でき
る。
独立なテストラボ、テスト認証者（現状はセルフテスト）
IT購入決定者、ストレージシステム製造者、EndUserに推奨
GSI Voteing Member $375 +8free
NonVote $500+4free
SNIA $750
Non $1500
http://www.sniaemerald.com/
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95
SNIA Emerald™ Program
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96
SNIA-Jとしてam
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97
次世代不揮発メモリ分科会
 活動目的
PCIe SSDやDIMM SSD等のハイパフォーマンスSSDやMRAM等の次世代不揮
発メモリの技術動向およびアプリケーション動向を調査し、ストレージシステム全体へ
のインパクトや、新たなアプリケーション・市場創出の可能性を探る
 活動内容
•不揮発メモリ技術・アプリケーションの動向調査・情報収集
•論文・WhitePaper（SNIA,IEEE）、標準化動向（SNIA,NVMe,PCISIG,T10）
•新規アプリケーションの検討
•SNIA日本支部主催セミナーでの発表、White Paperの作成・公開
分科会メンバ
6社
15名
富士通株式会社、富士通研究所
株式会社東芝
株式会社日立製作所
株式会社HGSTジャパン
東京エレクトロンデバイス株式会社
東芝ソリューション株式会社
日本電気株式会社
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98
98
SSDパフォーマンス状態
Performance States for Various SSDs
NM (MLC)
NS (SLC)
JS (SLC)
PSM (MLC)
JM (MLC)
FOB
1.2
Transition
1
Normalized IOPS (IOPS/Max(IOPS))
定常状態
(desirable
test range)
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
50
100
150
200
250
300
Time (Minutes)
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99
ワークロード依存性 - ベンダーA
SSD Mfg
A
ステップ 1: HD Tune Pro シ
ーケンシャル Write テスト
ステップ 2: IOMeter
ランダム Write テス
ト
ステップ 3: HD Tune Pro シー
ケンシャル Write テスト
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100
ワークロード依存性 - ベンダーB
SSD Mfg
B
ステップ 1: HD Tune Pro シ
ーケンシャル Write テスト
ステップ 2: IOMeter
ランダム Write テス
ト
ステップ 3: HD Tune Pro シー
ケンシャル Write テスト
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101
データ・コンテンツとの関連性
3D IOPS Surface Profile (IOMETER 2008)
30,000 - 35,000
IOPS
25,000 - 30,000
35,000
20,000 - 25,000
30,000
15,000 - 20,000
10,000 - 15,000
25,000
5,000 - 10,000
20,000
0.5
0 - 5,000
15,000
2
10,000
8
5,000
32
Transfer Size (KB)
3D IOPS Surface Profile (IOMETER 2006)
0
128
512
65/35
35/65
20/80
10/90
0/100
80/20
90/10
100/0
30,000 - 35,000
25,000 - 30,000
R/W Mix %
IOPS
20,000 - 25,000
35,000
15,000 - 20,000
10,000 - 15,000
30,000
5,000 - 10,000
25,000
0 - 5,000
20,000
0.5
1
15,000
2
4
10,000
8
16
5,000
32
0
64
Transfer Size (KB)
128
256
512
80/20
1024
90/10
100/0
65/35
35/65
R/W Mix %
20/80
10/90
0/100
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102
SSDパフォーマンス測定標準化の必要性
SNIAの技術作業部会（SSS:Solid State Storage TWG）
2009年初頭にパフォーマンス仕様の定義を制定
SSSパフォーマンスの比較可能なテスト(PTS)とレポート
を可能にするテスト・スイーツとテスト手順の仕様
非依存性 – どんな一つのテクノロジーにも肩入れしない
関連性 – エンドユーザに意味がある
再現性 – デバイス間の容易な比較
実用的 – リーズナブルな時間と作業で終わる
アクセス性 – オープンな仕様、3rd パーティーによる検証
---2011・4月に第一版のリリースを完了
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103
PTS仕様
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104
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105
7. SNIA-Jトレンドセミナーへのお誘い
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106
KVS（Key Value Store)概要
ユニークなキー（64-128bit長が一般
的）とデータが関係づけられたフラット
なデータ管理・保存方法
フラットな名前空間で高い拡張性
ファイルシステム階層や属性管理（inode）
など不要
独自のQuery方法
SQLは用いないデータベースという意味で
NoSQLと呼ぶこともある
代表的な実装例
Amazon DynamoDB
Apache Hbase
Apache Cassandra
実装例
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107
オブジェクトストレージとは？
KVSを拡張したアーキテクチャ
オブジェクト = データ（ファイル） + メタデータ
ユーザがメタデータを自由に追加定義可能
多くのオブジェクトストレージがKVSをベースに実装
コモディティハードウエアをベースとしたスケールアウト
アーキテクチャ
単一の名前空間をデータセンターや国/地域を跨いで構築可
能
容量やオブジェクト数などの拡張性制限なし
HTTP/HTTPS(RESTful API)によるアクセス
代表的な実装例
Amazon S3, OpenStack Swift
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108
オブジェクトストレージ
アーキテクチャ概要
インターネット
ロードバランサー
オブジェクトストレージ
Webサービス
Webサービス
ネームサービス
ネームサービス
コンテナサービス
コンテナサービス
Webサービス
Webサービス
コンテナサービス
Webサービス
ネームサービス
コンテナサービス
コンテナサービス
メタデータの同期
データ複製
リモートサイト
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109
オブジェクトストレージのデータ保護
ローカル／リモートでのデータ保護
ローカル
ストレージ（ドライブ），ノード，ラックを意識した保護
同期書き込みによる保護が一般的
リモート
他のサイトへの複製の作成（リモート複製の数指定可能）
非同期書き込みによる保護が一般的
データ保護方式
データ複製（ミラー）
オブジェクトを2つ以上で任意の複製数を指定し保護
処理の負荷は低いが容量効率が悪い
Erasure Code
オブジェクトを指定のサイズ／個数のチャンクに分割し、リード・ソロモン符
号などデータ部分消失時に復元できるデータ（パリティ）を付加し、複数ノー
ド（ストレージ）へ分散配置する（9データ+3パリティなど1.2 – 1.6程度の
容量効率が一般的）
容量効率が良いが処理の負荷は単純な複製に比べ高い
110
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オブジェクトストレージ利用
RESTful API現状と課題
オブジェクトストレージとして世界で最も利用されている
Amazon S3 APIについては、様々なプログラミング言語向
けのクラスやライブラリがインターネットやコミュニティ
を通じ容易に入手可能で開発に関するノウハウなど情報量
も多い
オープンソースのOpenStack Swiftを含め、各オブジェクト
ストレージ製品は独自のAPIを実装しつつも、Amazon S3
API互換機能を併せて提供するケースが多い
→Amazon S3 APIがデファクトスタンダードになりつつあ
る一方で、私企業に依存しない標準化されたAPIも必要
→CDMI
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111
SNIA CDMI (www.snia.org/CDMI)
SNIAにより標準化されたオブジェクトストレージ（クラウドストレージ）のデ
ータ管理インタフェースで、バージョン1.0.2，2012年にISO/IEC(17286)で国
際標準として認定されている
RESTful APIとして様々なクライアントからの利用を想定
いくつかのベンダー製品に加えOpenStack SwiftもCDMIをサポート
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112
Parallel NFS with NFSv4.1 (pNFS)
pNFSはNFSv4.1で標準化され
たNFSサーバのボトルネックを
解消しスループット向上を目指し
たアーキテクチャ
他にもSANをデータパスとして
利用する同様のファイルシステ
ムはいくつか存在
NFSv4.1のクライアントは透過
的にファイルシステムを利用
これまでのNFSと変わらずアプ
リケーションの変更は不要
pNFSはNFSv4プロトコルを拡
張しNFSサーバはデータの位置
情報のみクライアントと通信
クライアントはデータをSAN（
FC, FCoE, iSCSIなど）経由で
読み書き
www.pnfs.com
…
NFSv4.1
クライアント
pNFS
プロトコル
ストレージアクセス
プロトコル
メタデータ
サーバ*
NFSサーバ
制御
プロトコル
データ/ストレージサーバ
* メタデータサーバと
データサーバ機能の同居は可能
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113
NASの仮想化 – OOB（Out of Band）
クライアント
クライアント
クライアント
クライアント
メタデータ
サーバ
（MDS）
IP
ファイル
サーバ
ファイル
サーバ
ファイル
サーバ
ファイル
サーバ
ファイルA
ファイルG
ファイルB
ファイルD
ファイルF
ファイルH
ファイルC
ファイルE
ファイル
K_1
ファイル
K_2
ファイル
K_3
ファイル
K_4
ファイルA'
ファイル
B''
ファイルC'
ファイルB'
分散ファイル
ストライプ化されて
いるファイル
複製ファイル
グローバルネームスペース
個々のファイルやファイルセグメン
トは、1つのファイルサーバに固定さ
れる
複数のファイルサーバでファイルを
分散することや複製することができ
る－ファイルの並列アクセス
複数のファイルサーバでファイルを
ストライプ化できる－ストライプ単
位の並列アクセス
正しいファイルサーバを検索する責
任はクライアントが負う
例：NFSv4.1 pNFS、MS DFS
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114
NASの仮想化 – NFS4.1 pNFS
NAS：InBand
NAS：OOB
アプリケーション
サーバ
アプリケーション
サーバ
アプリケーション
サーバ
NFSv4クライアント
NFSv4クライアント
NFSv4クライアント
IP
NASアプライアンス
アプリケーション
サーバ
NFSv4.1クライアント
（pNFSあり）
アプリケーション
サーバ
アプリケーション
サーバ
NFSv4.1クライアント
NFSv4.1クライアント
（pNFSあり）
（pNFSあり）
IP
ストレージプロトコル：
SCSI（FCP、iSCSI、SRP、SAS）、
NFSv4.1、OSD
NASアプライアンス
（NFSv4.1あり）
pNFS拡張
データ
データ
SN
SN
データパスは制御パスおよび
メタデータパスから切り離されている
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115
NASの仮想化 – NFS4.1 pNFS詳細
NAS：OOB
アプリケーション
サーバ
アプリケーション
サーバ
アプリケーション
サーバ
NFSv4.1クライアント
NFSv4.1クライアント
NFSv4.1クライアント
（pNFSあり）
（pNFSあり）
（pNFSあり）
IP
ストレージプロトコル：
SCSI（FCP、iSCSI、SRP、SAS）、
NFSv4.1、OSD
NASアプライアンス
（NFSv4.1あり）
pNFS拡張
データ
ストレージネットワーク
...
ブロックデバイス
NFS
NFS
...
NAS
OSD
OSD
...
OSD
オブジェクトベース・ストレージ・デバイス
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116
NASの仮想化 – NFS4.1 pNFS
NFSv4.1クライアント
（pNFSあり）
NFSv4.1クライアント
（pNFSあり）
NFSv4.1クライアント
（pNFSなし）
NFS4.1 + pNFS
MDSは、pNFSに
対応していない
クライアントの
プロキシとして機能
NFS
ストレージ
プロトコル
制御プロトコル
ファイル：NFSv4.1
ブロック：iSCSI、FCP、SRP、SAS
オブジェクト：OSD
NAS
アプライアンス
NAS
アプライアンス
NAS
アプライアンス
NAS
アプライアンス
NASアプライアンス
（NFSv4.1あり）
pNFS拡張
NAS
アプライアンス
MDSが
グローバルネーム
スペースを作成
データ
1対1、ストライプ、ミラー、連結
グローバルネームスペース
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117
このチュートリアルに関するご意見は以下にご連絡く
ださい： SNIA日本支部教育委員会
[email protected]
SNIA-J推薦図書：
■ 「よくわかるストレージネットワーキング」
喜連川優編：オーム社
■SNIAストレージネットワーキング用語集
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118

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