Cisco Catalyst 6500 シリーズ

40 ギガビット イーサネットに対する市場ニーズ

ホワイト ペーパー





40 ギガビット イーサネットに対する市場ニーズ



Gautam Chanda、シスコ


要約


図 1 より高速なイーサネットの需要を喚起する最近の傾向

図 1 より高速なイーサネットの需要を喚起する最近の傾向


ビジネスにおける 40 ギガビット イーサネットの必要性が、ますます切実になりつつあります。現在データセンターには依然として 10 ギガビット イーサネットが導入されていますが、サーバ仮想化やクラウド コンピューティング用の高帯域アプリケーション、データセンター内のファブリックの統合、また高性能コンピューティングに対するエンド ユーザからの需要増大といった今後の展開に、CIO および IT マネージャはいかに対処するかを考える必要があります(図 1 を参照)。より高速なデータ転送レートへの要求はとどまることがなく、ネットワークの生産性および運用コストに関して重大な意味をもたらしています。

6 月に IEEE が IEEE 802.3ba 標準を正式に採用すると、ついに 40 ギガビット イーサネットおよび 100 ギガビット イーサネット導入への道が開かれることとなりました。ネットワークでは、高速化により新たに得た 10 ギガビット イーサネット リソースをアクセス レイヤに移行し、さらに強力な 40 ギガビット イーサネット 対応機器でアグリゲーションおよびコア レイヤでのトラフィックを処理できるようになります。アナリストによる予測によると、OEM の甚大な開発努力により、今問われているのは、「もし 40 ギガビット イーサネットが IT 環境の一部として認められるようになれば」という仮定ではなく、「いつ」「どのように」認められるかに変化しています。

このホワイト ペーパーでは、近い将来の 40 ギガビット イーサネットへの移行(図 2)について紹介し、これによりネットワーク アーキテクチャがどのように変化するか、また新標準への移行準備として IT マネージャは今何をすべきかを説明します。

はじめに:40 ギガビット イーサネットのビジネス ケース


1980 年 2 月に IEEE 802 委員会が初めて開催されて以来、すべてのレイヤへのイーサネット伝送速度は加速度的に向上してきました。10 ギガビット イーサネットが採用されてから今月で 8 年が経過する今、IEEE は 802.3ba を導入し、40 ギガビット および 100 ギガビット イーサネットへの道を開きました。

図 2 で示すように、アクセス レイヤ内の I/O データ転送レートは 24 ヵ月ごとに倍増し、コア レイヤ内の転送レートは約 18 ヵ月ごとに倍増しています。40 ギガビット イーサネットの急進を後押しする主な要素は、新世代の高速かつ処理データ量の多いコンピューティング アプリケーションおよびテクノロジーです。仮想サーバやクラウド コンピューティングの導入拡大も主な要因の 1 つです。

2009 年末までに、新しいサーバ 5 台のうち約 1 台が仮想化されました。1 同時に、厳しい経済状況による財政難により、運用コストと総所有コストの削減を目指し、ネットワークにおけるリソースの統合を図ることを余儀なくされています。

データ ネットワークの進化における論理にかなった次なるステップは、4 倍のキャパシティと 100 ギガビット イーサネットへのコスト効率の良い移行を可能にする(図 3 を参照)、マルチモード ファイバを使用した 40 ギガビット イーサネットです。市場調査会社の Dell’Oro Group は、40 Gbps の光通信市場における出荷について、緊急性の高まりと価格の下落により 2013 年までに 145 億ドルに到達するだろうと予測しています。2

図 2 業界の最先端における導入傾向。一般市場への導入は通常数年遅れ

図 2 業界の最先端における導入傾向。一般市場への導入は通常数年遅れ


これまで、「IT 管理者は 40 ギガビット イーサネット テクノロジーの導入を先送りして、100 ギガビット イーサネット製品が市販されるようになるまで待つべきか」について議論がなされてきました。しかし、40 ギガビット イーサネットが柔軟な設計をもたらし、100 ギガビット イーサネットと比較してコスト的に優位であることから、その議論は意味のないものになりつつあります。今日の 40 ギガビット イーサネットは、データセンター ネットワークの集約リンクへの効果的な導入が可能です。図 3 が示すように、2016 年までに、40 ギガビット イーサネットは広くアクセス リンクに適用され、サーバの接続に使用されるようになるでしょう。40 ギガビット イーサネットを補完する 100 ギガビット イーサネットは、キャリア サービス プロバイダーおよびデータセンターのコア リンクとしてまたとない選択肢と言えます。

図 3 マルチモードおよびシングルモードのギガビット イーサネット

図 3 マルチモードおよびシングルモードのギガビット イーサネット


競争力の維持に努める IT 管理者や CIO にとって、40 ギガビット イーサネットは必要な帯域幅を得るための最適なオプションです。しかし、ネットワーク オペレータに適切な計画がなければ、行動を起こすときが来たときに、準備不足で臨むことになります。

40 ギガビット イーサネットへのネットワークのアップグレードを評価、計画し、明確化するためのプロセスについて検討してみましょう。図 4 が示すように、40 ギガビット イーサネットが広く普及するまでには、あと数年かかります。この間に IT 管理者および CIO は移行計画を開始することができます。

図 4 40 ギガビット イーサネット対応スイッチング機器の標準的な導入スケジュール予測

図 4 40 ギガビット イーサネット対応スイッチング機器の標準的な導入スケジュール予測


40 ギガビット イーサネット:詳細


40 ギガビット イーサネットおよび 100 ギガビット イーサネットは、1 秒あたり 40 および 100 ギガビットのイーサネット フレームの伝送をサポートする目的で IEEE 802.3ba タスク フォースにより開発されたイーサネット標準規格です。標準では、バックプレーン、銅ケーブル配線、マルチモード ファイバ、およびシングルモード ファイバを使用した通信の物理レイヤ仕様についても規定されています。40 ギガビット イーサネットおよび 100 ギガビット イーサネット標準規格は、2008 年 1 月に正式に開発が開始され、2010 年 6 月に正式に承認されました。

40 ギガビット イーサネット レイヤの中心となるのは、OM4 または OM3 などのファイバ ケーブルで接続される一対のトランシーバです。トランシーバは、ネットワーク サーバ、あるいはインターフェイス カードやスイッチなどの各種コンポーネントに接続します。

トランシーバ

40 ギガビット イーサネット トランシーバ(図 5 を参照)は、複数の標準のフォーム ファクタに基づいて開発されています。C Form-Factor Pluggable(CFP)トランシーバは、受信と送信それぞれ 12 の 10 Gbps レーンとして 1 つの 100 ギガビット イーサネット ポートをサポートするか、もしくは 3 つの 40 ギガビット イーサネット ポートをサポートします。サイズが大きいため、シングルモード光ファイバ、マルチモード光ファイバ、銅線のニーズにも対応します。CXP トランシーバ フォーム ファクタも各方向に 12 レーンを提供しますが、CFP よりもはるかに小型であるため、マルチモード光ファイバおよび銅線に使用されます。Quad Small-Form-Factor Pluggable(QSFP)は、CXP と同様のサイズで、送信、受信それぞれ 4 レーンで 40 ギガビット イーサネット アプリケーションをサポートします。現状ではマルチモード光ファイバおよび銅線をサポートしていますが、将来的にはシングルモード光ファイバにも使用される可能性があります。今後、レーン レートが 25 Gbps になると、QSFP の新たな役割として 100 ギガビット イーサネットへの適用が考えられます。

図 5 第 1 世代実装用に計画されたトランシーバのフォーム ファクタ

図 5 第 1 世代実装用に計画されたトランシーバのフォーム ファクタ
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ケーブルとコネクタ

図 6 に示すように、40 ギガビット イーサネット向けのケーブルは光ファイバまたは銅線です。サポートするチャネル長は、ケーブルおよびトランシーバの種類に依存します。コネクタに関して 802.3ba 標準で概説されている唯一の大きな変更点は、マルチファイバ パラレル光チャネルをサポートするために、マルチモード トランシーバで Multi-fiber Push On(MPO)タイプのコネクタを使用することです。

図 6 10 ギガビット イーサネットおよび 40/100 ギガビット イーサネット向けケーブル オプション

図 6 10 ギガビット イーサネットおよび 40/100 ギガビット イーサネット向けケーブル オプション


40 Gbps または 100 Gbps で動作するデータセンター環境には、一般的には OM3 や OM4 のマルチモード ケーブルが推奨されています。これは、銅線ソリューションと比較して、幅広い配置構成がサポートされるためです。また、シングルモード ソリューションよりコストを抑えることができます。

パラレル光ファイバの使用

従来のイーサネット標準規格は、各チャネルで 1 本のファイバを送信に、もう 1 本を受信に使用する二重方式の光ファイバ配線に依存してきました。しかし、802.3ab 標準では、チャネルごとに複数レーンのトラフィックが必要です。複数レーンを実現するために、40 および 100 ギガビット イーサネット標準では、図 7 に示すパラレル光ファイバを使用します。

図 7 マルチモード ファイバを使用した 10/40/100 ギガビット イーサネットのイーサネット チャネル割り当て

図 7 マルチモード ファイバを使用した 10/40/100 ギガビット イーサネットのイーサネット チャネル割り当て


40 ギガビット イーサネット仕様は、12 ファイバ ケーブル ソリューションを必要とし、各チャネルで送信用、受信用にそれぞれ 4 本の光ファイバを使用します。中央の 4 本は未使用またはダークファイバ用とします。100 ギガビット イーサネット ソリューションでは、24 本のファイバを 12 本ずつのアレイに分割し、片方のアレイを送信専用に、もう片方を受信専用とします。各アレイとも、中央の 10 本をトラフィックにあて、両端の 2 本をダークファイバ用とします。

100 ギガビット イーサネットには、多様なインターフェイスの選択肢がありますが、推奨されるのは、シングル 24 ファイバ MPO コネクタです。2 つの 12 ファイバ コネクタを重ねるか、または横に並べてチャネルを構成することも可能です。

40 ギガビット イーサネットのネットワークへの導入


図 8 に示すように、新しい 40 ギガビット イーサネット テクノロジーは、まず最初にデータセンターに導入されると考えられます。これは、アクセス スイッチとディストリビューション スイッチが接続されるレイヤ内のボトルネックの緩和に役立ちます。

Dell‘Oro Group の イーサネット スイッチ & エンタープライズ テレフォニー市場調査部門ディレクターのアラン・ウェッケル氏は次のようにコメントしています「企業はワイヤリング クローゼット内のクライアント側スイッチ上に 10 ギガビット イーサネット アップリンクを導入し始め、また 10 ギガビット イーサネットによるサーバの直接接続を開始しています。そして、さらに高速なネットワークが利用可能になるまでの間、これらのリンクの集約がネットワーク内でのボトルネックとなり始めています」。3

「たとえば、現在の企業は、集約する側、集約される側両方に同じ速度を使用して 10 ギガビット イーサネットを集約するために、複雑なファット ツリーまたはスパニング ツリー アーキテクチャを導入しなければなりません。データセンターにおける帯域幅の要求を満たすために、40 ギガビット イーサネットおよび 100 ギガビット イーサネットが必要不可欠となると私達は信じています」とウェッケル氏は説明しました。2

図 8 データセンター ネットワーク全体への 40/100 ギガビット イーサネットの導入

図 8 データセンター ネットワーク全体への 40/100 ギガビット イーサネットの導入


移行に際しての必要事項


40 ギガビット イーサネットにおける最も魅力的な特長は、応用の幅広さと設計の柔軟性です。生産性の向上と運用コストの削減を考慮すると、40 ギガビット イーサネットに適切に移行することにより非常にコスト効率の良い結果を得られます。

40 ギガビット イーサネットに移行する場合、現在の 10 ギガビット イーサネット スイッチ シャーシを使用して、ラインカードおよびトランシーバのみをアップグレードすることが可能です。CFP トランシーバを導入することで、40 ギガビット イーサネットから 100 ギガビット イーサネットへ移行する柔軟性も提供されます。

ケーブル配線については、40 ギガビット イーサネットまたは 100 ギガビット イーサネットのデータセンター環境の場合、OM3 または OM4 が最適です。主な違いは、最大伝送距離です。10 ギガビット イーサネットの場合、OM3 光ファイバは最大 300 m まで伝送します。一方 OM4 はさらに長いチャネルをサポートします。IEEE802.3ba の仕様によると、40 ギガビット イーサネットまたは 100 ギガビット イーサネット環境では、OM3 は最大 100 m、OM4 は最大 150 m の伝送に使用できます。150 m に近い距離での使用には、ケーブルを低データ損失コネクタで終端させる必要があります。

10 ギガビット イーサネットから 40 ギガビット イーサネットへのアップグレード パスとして、多数のオプションが用意されています。ネットワークにとって最適な方法を選択するにあたり、考慮すべき重要な問題点を以下に示します。

  • 10 ギガビット イーサネット チャネルの集約と比較して、40 ギガビット イーサネットの物理レイヤの導入がより効果的と判断する要素は何か
  • 既存のハードウェアまたはケーブルがある場合は、どれを交換または再構成する必要があるか
  • さまざまな 40 ギガビット イーサネット伝送オプションの機能とは何か

Cisco Catalyst 6500 4 ポート 40 ギガビット イーサネットおよび 16 ポート 10 ギガビット イーサネット ラインカードの導入


Cisco Catalyst 6500 シリーズ スイッチ向けの新しい Cisco® Catalyst® 6900 シリーズ 4 ポート 40 ギガビット イーサネット ファイバ モジュール(WS-X6904-40G)は、企業キャンパスのディストリビューション レイヤとコア レイヤや、10 ギガビット アグリゲーションを行う従来型のデータセンター、またメトロ イーサネット ベースのデータセンターの相互接続、さらに多目的サービス プロバイダーのネットワークなどの、高性能なデータ スループットに加え、セキュリティ、管理性、仮想化、および QoS を必要とする環境に導入する目的で開発されました。

WS-X6904-40G モジュールは、10 ギガビット イーサネットまたは 40 ギガビット イーサネットのいずれか(または両方)のインターフェイスをサポートします。この新しいモジュールは、単一のフォーマットで 10 ギガビットおよび 40 ギガビット イーサネット接続の両方をサポートし、柔軟な移行を可能にする唯一のソリューションです。WS-X6904-40G モジュールは、他にも多くの新しい魅力的な独自機能を備えています。たとえば、SGT(セキュリティ グループ タギング)および SGACL(セキュリティ グループ アクセス コントロール リスト)を使用したエンドツーエンドのロール ベースのセキュリティの導入や、IEEE 802.1AE MACsec(MAC based Security)標準ベースのリンクごとの暗号化、さらに VNTag(Virtual Network Tag)や拡張 QoS 機能などが付加されました。

図 9 に 40 ギガビット イーサネット ラインカードのポート割り当てを示します。図 10 には 10 ギガビット イーサネット ラインカードのポート割り当てを示します。

図 9 40 ギガビット イーサネット 4 ポート ラインカードのポート割り当て

図 9 40 ギガビット イーサネット 4 ポート ラインカードのポート割り当て


図 10 10 ギガビット イーサネット 16 ポート ラインカードのポート割り当て

図 10 10 ギガビット イーサネット 16 ポート ラインカードのポート割り当て


図 11 に 40 ギガビット イーサネット CFP トランシーバおよび FourX 10 ギガビット イーサネット SFP+ コンバータを示します。

図 11 40 ギガビット イーサネット CFP トランシーバおよび FourX 10 ギガビット イーサネット SFP+ コンバータ

図 11 40 ギガビット イーサネット CFP トランシーバおよび FourX 10 ギガビット イーサネット SFP+ コンバータ


使用例


キャンパスのアグリゲーションおよびコア

アクセス スイッチへのリンクが 10 ギガビット イーサネットに移行すると、お客様はアグリゲーション レイヤとコア レイヤをリンクするために 10 ギガビット以上のインターフェイスが必要になります(図 12)。

企業およびサービス配信データセンター:アグリゲーションおよびコア

エンド ホストの 10 ギガビット イーサネットへの移行により、スイッチのアップリンクには、これまでより高い帯域幅のサポートが必要になります。これが 40 ギガビット イーサネットの主な市場です(図 13)。

図 12 Cisco Catalyst 6500 シリーズ向け 4 ポート 40 ギガビット イーサネット ラインカードのキャンパスへの導入

図 12 Cisco Catalyst 6500 シリーズ向け 4 ポート 40 ギガビット イーサネット ラインカードのキャンパスへの導入


図 13 Cisco Catalyst 6500 シリーズ向け 4 ポート 40 ギガビット イーサネット ラインカードのデータセンターへの導入

図 13 Cisco Catalyst 6500 シリーズ向け 4 ポート 40 ギガビット イーサネット ラインカードのデータセンターへの導入


まとめ


今すぐ将来を見越したネットワークに

移行計画が遅れることのリスクとは、最適な移行パスの評価と選択に何が必要かということを見過ごす可能性があるということです。確かに 10 ギガビット イーサネットから 40 ギガビット イーサネットへのアップグレードは比較的円滑に進めることができるかもしれません。しかし、今日のネットワーク管理者は、さらに 1 歩先を見据える必要があります。つまり、現在のレガシー システムを 40 ギガビット イーサネット環境に変革するための最適な方法について検討するだけでなく、その変革が来たるべき 100 ギガビット イーサネットへの移行やさらにその後の変革にどのような意味を持つかを考える必要があるということです。今、このような問題について熟考し、実装計画を練ることにより、将来に備えた進化をネットワークにもたらすことができます。

事前計画のプロセスには、即時購入が必ずしも含まれる必要はないことを覚えておきましょう。802.3ba の仕様が整った今、ネットワークを取り巻く環境の劇的な変化を恐れることなく、ネットワーク計画をたてられるようになりました。

実際、Cisco Catalyst 6500 と最新の 40 ギガビット イーサネット ラインカードの組み合わせはこのような状況に最適です。今は 10 ギガビット イーサネット モードで運用し、FourX アダプタを使用して各 40 ギガビット イーサネット ポートを標準の 10 ギガビット イーサネット ポートに変換することにより、アップグレードを必要とせず、現在のネットワークを中断させることがありません。そして、帯域幅への要求がこれまでになく高くなったときに、ゆっくりとシームレスに 40 ギガビット イーサネットに移行できます。Catalyst 6500 は Supervisor Engine 2T のリリース後さらに 6900 シリーズ 40 ギガビット イーサネット ラインカードを加え、進化を続けます。




1 Worldwide Quarterly Server Virtualization Tracker、International Data Corporation、2010 年 4 月。
2 InformationWeek、2009 年 1 月 29日、W. David Gardner 報告。
3 Ethernet Alliance®、40 および 100 ギガビット イーサネット標準規格の承認に祝辞、デモンストレーションおよび相互運用性計画を発表、プレス リリース 2010 年 6 月 21 日。