Cisco Nexus 5000 シリーズ

Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチ:統合型 I/O によってデータセンターのコストを削減

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Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチ:統合型 I/O によってデータセンターのコストを削減



イントロダクション

データセンターはこれまでにない速さで成長しており、企業は課題に直面しています。エンタープライズレベルのアプリケーションは、より高いコンピューティング能力を必要としています。Web サーバが顧客対応戦略の中心的存在になり、電子メール、ドキュメント、マルチメディアなど、企業運営の中核をなすデータの量が増大し続けていることが背景にあります。また、コンプライアンス規定によってデータ保管の期間延長が求められています。これらの要求によってデータセンターの運営はますます複雑になり、コストが膨らんでいます。

一般にデータセンターでは、複数の異なるネットワークを運用します。たとえば、クライアント/サーバ間およびサーバ/サーバ間通信のためのイーサネット ネットワークや、ファイバ チャネル ストレージ エリア ネットワーク(SAN)があります。さまざまなタイプのネットワークをサポートするために、ネットワークごとに個別の冗長インターフェイス モジュールが使用されます。サーバではイーサネット ネットワーク インターフェイス カード(NIC)およびファイバ チャネル インターフェイスが使用され、ネットワーク アーキテクチャの各レイヤでは冗長ペアのスイッチが使用されます。並列インフラストラクチャを採用すると、導入コストが増大し、データセンターの管理が難しくなり、ビジネスの柔軟性が損なわれます。

このような課題に対応できるのがユニファイド ファブリックです。ユニファイド ファブリックを使用すると、データセンター内の I/O を統合し、ファイバ チャネルおよびイーサネット ネットワークで単一の統合インフラストラクチャを共有することができます。Cisco® Nexus 5000 シリーズ スイッチは、Cisco Nexus ファミリに属するデータセンタークラス スイッチ製品です。サーバが LAN、SAN、およびサーバ クラスタに接続するネットワーク アクセス レイヤまたはエッジでユニファイド ファブリックを実現します。データセンターでユニファイド ファブリックを展開するときは、サーバ接続部分から着手するのが最適です。これは、テクノロジーの変化はコア部分よりもサーバ接続部分の方が速いことと、一般にアクセス レイヤまたはエッジには統合の必要な物理ネットワーク相互接続が多数あることが理由です。既存インフラストラクチャとの統合を図るために、Cisco Nexus 5000 シリーズはネイティブのファイバ チャネル アップリンクを備えており、導入済みの SAN および使用可能な SAN スイッチと容易に接続できます。将来は FCoE(Fibre Channel over Ethernet)をサポートするシスコ製品の提供が予定されており、統合がアクセス レイヤを越えて拡張されます。

このドキュメントでは、Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチによって実現するビジネス上の利点について、今日のデータセンターが直面している現実のシナリオを交えながら説明します。分析で明らかになったことは、Cisco Nexus 5000 シリーズを使用して 10 Gbps の統合インフラストラクチャを構築する場合のコストは、同じようなインフラストラクチャを 1 Gbps の非統合構成で構築する場合とほとんど変わらないということです。したがって、追加コストをほとんどあるいはまったくかけずに、場合によっては少ないコストで、10 Gbps インフラストラクチャのすべての利点を手に入れることができます。分析では、Cisco Nexus 5000 シリーズを使用した 10 Gbps 統合インフラストラクチャの経済的優位性は、接続数が増えるにつれて高まることもわかっています。

Cisco Nexus 5000 シリーズの利点

標準ベースの高パフォーマンスなイーサネット ユニファイド ファブリックを実現する革新的なアーキテクチャによって、Cisco Nexus 5000 シリーズはデータセンターの変革を容易にします。このプラットフォームによって、それまでは独立していた LAN、SAN、およびサーバ クラスタ ネットワークの環境が 1 つのユニファイド ファブリックに統合されます。業界をリードする多数のテクノロジー パートナーからの支援を受けて、Cisco Nexus 5000 シリーズは次世代データセンターの課題を解決するように設計されています。次世代データセンターが抱える課題には、高密度マルチソケット、マルチコア、仮想マシン最適化サービスなどがあります。また、インフラストラクチャの無秩序な拡大や作業負荷の増大も珍しくありません。

Cisco Nexus 5000 シリーズは、ファイバ チャネル トラフィックを 10 ギガビット イーサネット ネットワーク上に拡張して、I/O を 1 組のケーブルに統合し、冗長なアダプタ、ケーブル、およびポートを排除します。サーバは、1 枚のカードと 1 組のケーブルによってイーサネットおよびファイバ チャネル ネットワークに接続されます。また、サーバ ラックで単一のケーブル配線インフラストラクチャだけを使用することも可能になります(図 1)。

図 1 LAN および SAN の二元化ネットワークによる既存のインフラストラクチャ(左)と Cisco Nexus 5000 シリーズを使用した統合型 I/O(右)

図 1 LAN および SAN の二元化ネットワークによる既存のインフラストラクチャ(左)と Cisco Nexus 5000 シリーズを使用した統合型 I/O(右)

Cisco Nexus 5000 シリーズによって実現される I/O 統合には、次のような利点があります。

  • 総所有コスト(TCO)の削減:インフラストラクチャの縮小によって導入コスト(CapEx)が削減され、インフラストラクチャの簡素化によって運用コスト(OpEx)が削減されます。
  • データセンター インフラストラクチャの簡素化:アダプタ カード、ケーブル、およびポートの数が少なくなり、管理するインフラストラクチャが簡素化および均一化されるので、IT スタッフはより生産的なタスクに従事できるようになります。サーバ I/O 要件の簡素化により、必要なスロットの数が減るので、サーバあたりのインターフェイス コストを削減したり、小型で低価格のサーバ フォーム ファクタをプロビジョニングすることも可能になります。
  • 既存のサーバ、ネットワーク ストレージ、および設備資産への投資を保護するデータセンター統合:サーバと Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチの間に FCoE を展開することで、既存のストレージ アーキテクチャ、ネットワーク アーキテクチャ、管理および運用プロセスに支障を生じさせることなく、インフラストラクチャの簡素化とコスト削減を達成できます。
  • 仮想マシン対応ネットワーク サービスを通じたビジネス機敏性の向上:Cisco Nexus 5000 シリーズは仮想マシンに対応したネットワーク サービスを提供するため、セキュリティ、Quality Of Service(QoS)、およびパフォーマンスのレベルは維持したままで、アプリケーションを物理サーバ間で移動させることができます。ケーブル配線の要件を標準化し、サーバとストレージ デバイスの間の全面的な接続を実現します。

ビジネス分析の方法と範囲

ここで紹介するビジネス分析の方法、シナリオ、およびモデルは、エンタープライズレベルのデータセンターにおけるシスコの豊富な経験に基づいており、金融、サービス、および製造セクターで行われたインタビューによって実証されています。シナリオに出てくるスイッチやオプティクスの価格はすべてリスト プライスです。その他すべてのコンポーネントおよび機器の価格は、このドキュメント作成時点での実際の市場価格です。

シスコは、ここで紹介するシナリオがあくまでも例であり、データセンター展開の完全な範囲および複雑さを表すものではないことを認識しています。それでも、Cisco Nexus 5000 シリーズの TCO、投資回収率(ROI)、その他の財務指標を理解するうえで、シナリオは有益な出発点です。

シナリオの中で行われるビジネス分析では、アクセス レイヤまたはエッジに関連する TCO を考察しています。分析対象のコンポーネントには、アダプタ、スイッチ、および接続が含まれ、これによって導入コスト、メンテナンス コスト、およびケーブルのライフサイクル コストを数値化しています。総括すると、Cisco Nexus 5000 シリーズ ユニファイド ファブリック TCO の数値化可能な利点の大半は、導入コストの節減にあります。本書のインタビューにご協力いただいた参加者の中で、サーバ I/O およびインフラストラクチャ管理の標準化による利点に関して運用コスト アイテムの分析データを提供できる方はまだいらっしゃいませんでした。TCO への貢献を数値化するには、今後の現実世界でのユーザ体験が必要です。

ケーブル コストを軽視することはできません。作業料やケーブル インフラストラクチャの状態にもよりますが、ラック内でのケーブル設置は 1 本あたり最大 200 ドル、パッチ パネルまでのケーブル配線は 1 本あたり 600 ドル以上かかる場合があります。また、この分析では数値化していませんが、ケーブルの束によって通気が阻害されると、通気を促すために必要な電力が最大 25 パーセント余分に消費される可能性があります。破棄されたケーブルも隠れたコストの 1 つです。役目の終わったケーブルはその場に放置されることが多く、時間の経過とともに通気やサービスの問題の原因となる可能性があります。これらの問題は、設置するケーブルの数を減らすことで抑えることができます。ケーブル配線コストは、I/O 統合によるコスト節減の重要な要素です。

長期的な視点で見たユニファイド ファブリックの利点の 1 つに、消費電力の削減があります。シスコは、データセンターのネットワーク統合による消費電力削減の目標を 8 パーセントに設定しています。アクセス レイヤで展開されるこの第 1 世代製品で節減できる電力量は限定的なものと考えられます。完全な統合の実現はまだこれからであり、テクノロジーの進化は 1 Gbps LAN および 4 Gbps SAN から 10 Gbps ネットワークへの移行によって引き起こされることが多いからです。構成によっては 30 パーセントを越える節減が達成される可能性がありますが、それらの節減を 0.10/kwh ドルで数値化しても、この TCO 分析にとって大きな意味はありません。

市場では 10 Gbps LAN テクノロジーの採用が加速化しています。その要因には、コストが低下していること、銅線接続が可能であること、およびサーバ マザーボードへの 10 ギガビット イーサネットの組み込みが近い将来実現することが挙げられます。10 ギガビット イーサネットでは、長さ制限のある安価な銅線接続を活用し、高価な光リンクの数を削減するために、単一ラックまたはラック全体あたりのスイッチ数を減らす必要があります。10 ギガビット イーサネットがサーバに組み込まれている場合、またはサーバ仮想化などのアプリケーションによって 10 ギガビット イーサネットが必要とされる場合、SAN 統合を正当化することは比較的容易です。統合によって SAN アダプタを排除し、SAN ケーブル、オプティクス、および SAN スイッチの数を減らせば、ラックあたり 10,000 〜 20,000 ドル以上の節減を達成できます。Cisco Nexus 5000 シリーズは、10 ギガビット イーサネット環境専用の標準的なラック型 LAN スイッチとして、また SAN 接続されたサーバの統合手段として導入できます(図 2)。以下の例 1 では、10 ギガビット イーサネット LAN および 4 Gbps ファイバ チャネル SAN 実装の I/O 統合によって得られる追加のメリットを示しています。

図 2 Cisco Nexus 5000 シリーズはアダプタ、スイッチ、接続の数を減らしてコストを節減

図 2 Cisco Nexus 5000 シリーズはアダプタ、スイッチ、接続の数を減らしてコストを節減

統合の利点は 10 ギガビット イーサネット アダプタに限られません。10 Gbps ユニファイド ファブリックは、ギガビット イーサネット LAN および 4 Gbps SAN ネットワークに対しても優位性があります。以下に続く例では、今日一般的に導入されているギガビット イーサネットおよび 4 Gbps ファイバ チャネル ネットワークと比較したユニファイド ファブリックの利点を示しています。ただし、第 1 世代では、ユニファイド ファブリックによってあらゆるケースで機器導入コストが節減されるわけではありません。一般的に言えば、サーバにおけるネットワーク接続数および SAN 接続されるサーバの割合が増えるにつれて、節減量は大きくなります。

ユニファイド ファブリックを実装するための最も効率的な方法は、仮想マシン テクノロジーなどをサポートする新規サーバ インストールまたはサーバ アップグレードと組み合わせて行うことです。

ビジネス事例

Cisco Nexus 5000 シリーズを使用すると、導入コストおよび運用コストを節減できるだけでなく、10 ギガビット イーサネット アクセスの利点を享受できます。以下に説明する 2 つの例のシナリオで示すとおり、データセンターは多くの場合、1 Gbps LAN および 4 Gbps SAN の非統合展開のコスト以下で 10 Gbps イーサネットに移行できます。このシナリオでは、Cisco Nexus 5000 シリーズによって、ケーブル コストを大幅に削減し、SAN および LAN のアダプタとスイッチを統合および排除できることも示されています。すべてのシナリオでラック間ケーブルおよびラック内ケーブルの大幅な削減が達成されました。構成によっては、ラック間ケーブルを最大 90 パーセント、ラック内ケーブルを最大 75 パーセント削減できることがわかっています。

例 1:10 ギガビット イーサネットおよび 4 Gbps ファイバ チャネルの非統合ネットワークと、LAN および SAN の統合ネットワークの比較

例 1(図 3)では、Cisco Nexus 5000 シリーズの 10 Gbps トップオブラック インストールにおける TCO および ROI と、10 Gbps LAN および 4 Gbps SAN I/O のトップオブラック インストールにおける TCO および ROI を比較しています。どちらのラックも 16 台のサーバを収容しています。非統合型 I/O の場合、サーバあたり 2 つの 10 Gbps LAN アダプタおよび 2 つの 4 Gbps SAN アダプタが使用されています。統合型 I/O の場合は、サーバあたり 2 つの統合型ネットワーク アダプタ(CNA)が使用されています。

図 3 例 1 のシナリオ

図 3 例 1 のシナリオ
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表 1 に、2 つのインストールにおけるスイッチとケーブルの数の比較を示します。

表 1 非統合型 I/O および統合型 I/O のスイッチとケーブルの数の比較

項目 非統合型 I/O 統合型 I/O
ラックあたりのスイッチの数 4 2
ラック内ケーブルの数 64 32
ラック間ケーブルの数 18 18


この事例では、統合スイッチングの導入コストが 30 パーセント削減されています。これは、2 つの SAN スイッチおよび関連するハードウェアを排除したことによります(図 4)。この例は、追加ラックの展開に合わせて拡張できます。このドキュメント作成時点で、CNA の価格は確定していません。CNA 価格設定の上限値によっては、導入コストの削減率は 15 パーセント程度に留まる可能性があります。

図 4 非統合型 I/O および統合型 I/O の導入コストの比較:例 1

図 4 非統合型 I/O および統合型 I/O の導入コストの比較:例 1

図 4 で、「Other(その他)」のカテゴリには、アダプタ、ケーブル、およびオプティカル トランシーバが含まれます。

TCO 分析の数値化可能な要素には、ハードウェア メンテナンス サービスやケーブル設置コストが含まれます。サービスは、スイッチやアダプタなどのアクティブ デバイスに適用されます。サービス コストは、4 年間にわたって年率 8 パーセントとして 1 年間の保証がある場合、19.5 パーセント増加します。導入コストとサービス コストを組み合わせた場合、統合型 I/O は非統合型 I/O と比べて 31 パーセントのコスト削減になります。

ケーブル設置費用は、新しいデータセンターや、再配線の必要な場所で発生する場合があります。ラック内配線でケーブルあたり 50 ドル、ラック間配線でケーブルあたり 200 ドルとして試算すると、ケーブル コストはこの分析には大きく影響しません。シナリオによっては、これよりも顕著な結果が現れます。

表 2 例 1 での TCO 削減率のまとめ

項目 削減率
機器導入コストのみ 30%
機器導入、メンテナンス、ケーブル設置のコスト 31%


この例では、把握可能な TCO の大部分を導入コストが占めています。ただし、データセンターごとに条件は異なり、ほかにも数値化可能な要素があるデータセンターも存在します。この例はあくまでも統合の利点を示すためのものであり、確定的な結果ではありません。[注:運用コストは担当者によって把握されますが、運用コストを検証するための手法はデータセンター運用部門へのインタビューでは明らかになりませんでした。]

例 2:ギガビット イーサネット LAN および 4 Gbps ファイバ チャネル SAN の非統合ネットワークと統合ネットワークの比較

統合型 I/O では、経済的な優位性を発揮するために 10 Gbps を使用する必要はありません。
一般に、サーバあたりの接続数が多くなるほど、統合型 I/O の優位性は高まります。
エンドオブロー(EoR)サーバ接続は、今日最も幅広く展開されている接続です。EoR の場合、サーバは、アクセス レイヤまたはエッジ スイッチとして近くに配置されたモジュラ スイッチにラック間接続します。代替手段としてトップオブラック(ToR)スイッチを展開できます。(1)

この例では、100 台のサーバをラックあたり 16 台の構成で展開しています。統合されていないスイッチは EoR モジュラ スイッチです。2 つのラックにまたがる 32 台のサーバを統合型 I/O スイッチが接続しています。サーバあたり 2 つ、4 つ、6 つの 1 Gbps LAN 接続、およびサーバ全体で 2 つの 4 Gbps SAN 接続を含む構成を、サーバあたり 2 つの 10 Gbps 接続を含む統合型 I/O と比較しています。LAN モジュラ スイッチのサイズは、それぞれの分析に合わせてスイッチ コストを増やすことなく各種の接続ニーズに対応するために変化します。2 つの 1 Gbps LAN 接続はマザーボードに常に組み込まれており、すべてのスイッチは冗長展開されます。表 3 に 4 つのシナリオをまとめます。

表 3 非統合型 I/O および統合型 I/O のシナリオの比較

項目 非統合型 I/O:サーバあたり LAN 接続 × 2 および SAN 接続 × 2 非統合型 I/O:サーバあたり LAN 接続 × 4 および SAN 接続 × 2 非統合型 I/O:サーバあたり LAN 接続 × 6 および SAN 接続 × 2 統合型 I/O:サーバあたりの接続 × 2
100 台のサーバ全体でのスイッチの数 4 4 4 8
ラック内ケーブルの数 200
ラック間ケーブルの数 438 648 860 48、56、64*


* 統合型 I/O のラック間ケーブルはアップリンク専用です。2 台のラックで構成されるラック モジュールを使用していますが、ラック モジュール間の短距離ケーブル配線はラック内と見なしています。3 つの非統合シナリオとの比較では、アップリンク数が変わるため、ラック間ケーブルの数も 3 つ示しています。
このデータからわかることは、統合の大きな利点は長距離ケーブルが削減されることであり、その比率はおよそ 10 対 1 になっています。トップオブラック戦略のため、スイッチ デバイス数は増加します。

統合により、導入コストは非統合の各シナリオと比較してそれぞれ 8、22、32 パーセント削減されます。接続数が増えるにつれて統合の利点が大きくなることがわかります(図 5)。(スイッチのリスト プライスに基づく分析は、市場動向が適切に反映されず、変動する可能性があります。この例はあくまでも達成可能な利点を示すためのものです。)

図 5 非統合型 I/O および統合型 I/O の導入コストの比較:例 2

図 5 非統合型 I/O および統合型 I/O の導入コストの比較:例 2

例 1 の場合と同様、メンテナンスとケーブル設置を考慮すると TCO は向上しますが(たとえば、削減率が 22 パーセントから 28 パーセントに)、それでも大部分は導入コストが占めています。

ブレード サーバの検討

2 つの例で行った比較では、ラックマウント サーバを使用しました。統合型 I/O の利点は、ブレード サーバでさらに拡大します。ブレード サーバは、フォーム ファクタによって制限されます。統合型 I/O では、小型のブレード サーバ フォーム ファクタでは高い I/O 負荷、ハイエンド フォーム ファクタではより大きな I/O 能力に対応できます。また、SAN 用の高価な組み込み型ブレード サーバ スイッチが不要になり、LAN スイッチの数もパススルー ブレードの数と同様に削減できます。ブレード サーバで統合型 I/O をサポートする製品はまだありませんが、近い将来販売が予定されています。

パススルー ブレードからの複数の 10 Gbps I/O ポートを統合するには、ToR も便利です。これらのポートは、上述の例と同じ方法で、安価な銅線接続によって接続され、光ケーブルによって集約およびアップリンクされます。

ToR 展開は、組み込み型の統合型 I/O ブレード サーバにとっても便利です。ブレード サーバからのポート密度はパススルー ブレードの場合よりも低くなりますが、複数ラックのブレード サーバを接続する ToR スイッチにより、安価な銅線接続、集約、および長距離リンク転送に利点がもたらされます。

まとめ

Cisco Nexus 5000 シリーズの登場により、サーバのためのコスト効果の高い 10 Gbps LAN テクノロジーとの組み合わせが可能になり、データセンター内でユニファイド I/O が実現します。データセンター管理者は、インフラストラクチャの統合を開始して、経済的な利益を達成できます。

上述の分析で示されているとおり、Cisco Nexus 5000 シリーズを使用して 10 Gbps の統合インフラストラクチャを構築する場合のコストは、同じようなインフラストラクチャを 1 Gbps の非統合構成で構築する場合とほとんど変わりません。したがって、追加コストをほとんどあるいはまったくかけずに、場合によっては少ないコストで、10 Gbps インフラストラクチャのすべての利点を手に入れることができます。分析では、Cisco Nexus 5000 シリーズを使用した 10 Gbps 統合インフラストラクチャの経済的優位性は、接続数が増えるにつれて高まることもわかっています。

また、10 Gbps ユニファイド ファブリックは、測定可能な経済的利点以外にも多くの利点をもたらします。Cisco Nexus 5000 シリーズを使用して、データセンターはユニファイド ネットワークの実現、相互接続アクセスの向上、およびアプリケーション実行の高速化を図ることができます。ユニファイド ファブリックにより、企業は、標準となる単一の I/O パイプを手にすることができ、一貫性のある方法でサーバを構成できます。すべてのサーバがストレージにアクセスでき、ハードウェア構成を変更する必要はありません。

Cisco Nexus 5000 シリーズは、今日または将来の SAN および LAN 統合のために使用できます。たとえば、最初は LAN 用に展開して、後で仮想化の必要性が生じたときに SAN も対象にすることができます。

関連情報

http://www.cisco.com/jp/go/nexus/

(1)「トップオブラック」という用語は、広い意味で使用しています。スイッチは文字どおりラックのトップ(上位)に配置する必要はなく、サーバ フィールド内の任意の場所に配置できます。また、ToR スイッチの接続先は、それ自体が常駐しているラック内のサーバに限りません。たとえば、統合型 I/O に対応した 40 ポート スイッチ 1 台で、4 つの近接するラックにまたがって分散されている 32 台の 4RU(4 ラック ユニット)サーバに容易に対応できます。接続の制限は、スイッチあたりのポートの数および Twinax ケーブルの最大長(10 m)によって決まります。このように複数のラックにまたがる接続は「マルチラック」と呼ばれることがあります。複数のラックは「ラック モジュール」と呼ばれます。