次世代データセンターネットワークのアーキテクチャー

リソースの結合に必要な技術

以下では、リソース・プールを構築するために必要な技術を掘り下げる。まず第1に、低遅延かつ広帯域であることが重要であり、このうえで信頼性の確保も求められる。特に、メモリをリソース・プール化する場合は、性能に関してシビアになる。

低遅延はどのようなネットワークでも求められるが、メモリのリソース・プールを構築するとなると、遅延時間は100ナノ秒（0.1マイクロ秒）程度でなければならない。このクラスのネットワークを構築可能なネットワーク技術となると、現時点ではInfiniBandくらいである。

現在普通に使われている10Gbit Ethernet（10GbE）を使う限り、米Brocade Communications Systems（Brocade）の製品や米Arista NetworksのASIC（特定用途向けIC）技術でも、サブマイクロ秒程度の遅延が発生する。このため、Ethernet技術を使うのであれば、もう少し技術が進歩する必要がある。

一方、帯域という側面では、Ethernetの10Gビット/秒（およそ1Gバイト/秒）という帯域幅は、やや狭いと言わざるを得ない。米IntelのNehalemアーキテクチャーのプロセッサ間インターコネクト技術であるQPI（QuickPath Interconnect）は、25Gバイト/秒の帯域幅を持つからである。この差は大きく、メモリの利用形態によっては顕在化する。

メモリ共有型アプリケーションだけでなく、例えば、仮想サーバーのマイグレーションを実行するアプリケーションや、マルチノード・クラスタ環境でチェック・ポイント処理を実行するアプリケーションなどで、ノード間の帯域幅が問題になる。これらのアプリケーションでは、メモリ空間をディスクやほかのノードに書き出す処理を行うからである。

ただし、EthernetにせよFibre Channel（FC）にせよ、複数回線を束ねるリンク・アグリゲーションやトランキングなどを使えば帯域を拡大できる。特に、BrocadeのBrocade ISL TrunkingやPCI-Expressのマルチレーン通信では、複数のリンクにフレーム単位で分散する機能やバイト・ストライピングと呼ぶ技術により、より効率よく複数のリンクを使用できる。

多くのデータセンターではレイヤー2ネットワークにSTP（スパニング・ツリー・プロトコル）を使用しているため、ブロッキング・ポートによって同一構成では帯域が狭いという弱点がある。Fibre ChannelではFSPH（Fabric Shortest Path First）と呼ぶ技術によって解決しているが、Ethernetでは標準化が待たれている。

ロスレス性（信頼性）の確保やオフロード処理が重要

低遅延／広帯域に加えて、リソース・エリア・ネットワークではロスレス（Lossless）性が求められる。

そもそも低遅延性が求められるため、プロトコル・レベルでのエラー・リカバリはオーバー・ヘッドが大きすぎる。したがって、バッファ・オーバー・フローしないようなフロー制御が必要になる。現在ではFibre Channel（FC）や、Converged Enhanced Ethernet（CEE）やCisco Data Center Ethernetなどの次世代Ethernet技術によって、このようなフロー制御が実現されている。

もう1つリソース・エリア・ネットワークで必要になる技術が、別のハードウエアを用いた処理のオフロードである。メモリ通信やI/O通信は、その低遅延性からCPU処理すると高価についてしまうため、別のハードウエアで処理をオフロードすることが重要である。これはまさに、メインフレームにおける「チャネル」そのものである。

オフロードする機能はプロトコル処理だけではない。もっとも重要なのは「ファブリック・インテリジェント・サービス」である。これは、リソースの動的追加や経路の動的な変更に必須となる機能である。TCP/IPでこうしたサービスを構成することはできない。なぜなら、I/Oやメモリ通信はOS起動前に構成されていなければならないからである。

なお、データセンター・ネットワークを支えるネットワーク機器は、性能だけでなく消費電力も重要である。例えば、「Brocade NetIron MLX」（10Gビット/秒あたり81.1ワット）や「Brocade DCX backbone director」（1Gビット/秒あたり0.44ワット）は、他ベンダーの同等構成より50％から1000％ほど効率がよい。

次ページでは、リソース・エリア・ネットワークを広域へと拡張するための技術を解説する。