VCS（Virtual Cluster Switching） Fabricとは

データセンターでは従来、階層型ネットワーク設計が行われていました。しかし、仮想化が進むにつれて、従来の階層型ネットワークでは様々な問題により十分なパフォーマンスが得られなくなっています。最近ではその問題を解決し、トラフィック効率化を図るためにイーサネットファブリックの導入が進んでいます。イーサネットファブリック技術の一つに、Brocade社のVCS（Virtual Cluster Switching） Fabricがあります。

階層型ネットワークとは

これまで大規模なキャンパスネットワーク（複数のLANから構成されるネットワーク）やデータセンターネットワークでは、階層型のネットワーク設計が行われてきました。複数のサーバやスイッチをグループ化し、スイッチでまとめることで階層的なトポロジを形成する設計です。多くの場合は、コア層・アグリゲーション層（またはディストリビューション層）・アクセス層の3層で構成されることが一般的です。

階層型ネットワークにおける各階層の役割

仮想化の普及により浮上した階層型ネットワークの問題点

近年仮想化の波が押し寄せ、サーバやストレージの仮想化が進むと、従来の階層型ネットワークではいくつかの問題が浮上してきました。

水平方向へのトラフィックの増加

階層型ネットワークで物理サーバのみで構成される場合、クライアントからサーバへの要求に対し、サーバからクライアントに応答を返すといったように、トラフィックは主に上下、つまり垂直方向に流れます。また、サーバ間通信もコア層を介して行われることが一般的でした。
しかし、仮想化が進み、物理サーバ上で複数の論理サーバが動作するようになると、論理サーバのマイグレーション（論理サーバを停止せずに他の物理サーバ上に移動する機能）や論理サーバ間の通信量増大などにより、サーバ間の水平方向のトラフィックが大量に増えることになります。階層型ネットワークではサーバ間は直接接続されていないため、仮想化によって増大した水平方向のトラフィックは、そのまま水平には流れずに上の階層（スイッチ）を通して他の物理サーバに流れるので効率が悪く、パフォーマンスの低下や帯域の圧迫といった問題を引き起こします。

STPによるパフォーマンスの低下

さらにSTP（スパニングツリープロトコル）がこの問題に拍車をかけます。STPは、ネットワークのループ防止のためのプロトコルです。複数スイッチを導入してそのまま接続すると、物理的な接続がループ状になることで障害が発生することがあります。イーサネットでは特別なフレームをブロードキャスト（注1）してMACアドレス（注2）を学習するため、接続がループ状になっているとそのフレームが延々と転送され続けるブロードキャストストームが発生してしまいます。STPは、フレームを転送しないブロッキングポートをスイッチで指定することで、接続を論理的にツリー状に構成してブロードキャストストームを回避します。
STPでは、フレームが流れるアクティブなパスは一つになり、そのパスに障害が発生するとブロッキングポートを変更して別のパスをアクティブにします。つまり、実際には複数のパスがあっても、アクティブなパスは常に一つであるため、大量のトラフィックが発生すると著しくパフォーマンスが低下します。また、切替には数秒から数十秒かかるため、その間にサービス断が発生するリスクを伴います。
さらに、仮想化により各階層での構成が複雑になり、設計・設定・運用のそれぞれの手間が大きくなるといった問題もあります。
こういった問題から、サーバやストレージが仮想化されている環境では、階層型ではなくフラットなネットワークが適しているということになり、イーサネットファブリック技術に注目が集まっています。

Brocade社によるVCS（Virtual Cluster Switching） Fabric

VCS（Virtual Cluster Switching） Fabricの特長

VCS（Virtual Cluster Switching） Fabricでは、複数のスイッチを1台の論理スイッチとみなし、トポロジーフリーで接続が可能です。論理スイッチ部分にはスイッチを自由に接続できるため、例えばリーフ・スパイン構成を用いることで、柔軟にスケーラビリティを向上させることも可能です。その他にも次のような特長があります。

TRILLによる冗長化

冗長化技術として、TRILL（Transparent Interconnect of Lots of Links）を採用しています。
TRILLでは複数のパスが存在する場合、最短距離のパスを選択するので、すべてのパスを効率的に利用できます。また、ECMP（Equal Cost Multi Path）をサポートしているので、距離が同じ複数のパスにトラフィックを分散し、広帯域化と冗長化を実現しています。

マスターレス構成による可用性

論理スイッチ部分のスイッチはマスターレスで構成されます。すなわちすべてのスイッチの統合管理ができつつ、スイッチごとに管理が独立して行われるため、スイッチのいずれかに問題が発生してもサービス影響なく短期間での回復が可能となっております。

論理スイッチによる管理の手間とコストの削減

複数のスイッチを1台の論理スイッチとして扱うため、スイッチの設定作業だけでなく、ログ収集やファームウエアの入れ替えも個別に行う必要がなく、管理工数や作業時間と運用コストの削減が可能です。

仮想化やSDNに必須のイーサネットファブリック

イーサネットファブリック自体は標準化技術をベースに各社で拡張されており、現在はベンダー主導で標準＋独自の技術でのご提供が進んでいます。また、SDN（Software-Defined Networking）とも連携して利用できるため、FabricとSDNの組み合わせによるキャンパスネットワークへの適用や、SDDC（Software-Defined Data Center）での活用によるニーズが増大すると予想されます。

富士通はこうしたお客様の様々なニーズに応えるために、VCS（Virtual Cluster Switching） Fabric対応のコンバージドスイッチとして、Brocade VDX seriesを提供しています。

（注1）フレームを不特定多数の相手に送信すること。
（注2）LANカードなどのネットワーク機器に一意に割り当てられるアドレス。イーサネット上で機器を特定するために使われる。

掲載日：2015年8月5日

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