ホワイトペーパーFabricPath および Cisco FabricPath Switching System によるデータセンターの柔軟な拡張概要従来のネットワーク アーキテクチャは、静的なアプリケーションに対して高い有用性を提供するように設計されていました。しかし、サーバ仮想化、きわめてスケーラブルな分散型アプリケーションなど、業界のトレンドは物理データセンター ゾーン間を自由に移動できる柔軟性、および Any-to-Any コミュニケーションをサポートする帯域幅のスケーラビリティ向上を必要としています。 Cisco FabricPath はデータセンター ネットワークの概念を変え得る革新的な Cisco NX-OS テクノロジーです。Cisco FabricPath はレイヤ 3 のルーティングとレイヤ 2 のスイッチド ネットワークの利点を兼ね備えており、可用性が高くスケーラブルなレイヤ 2 ファブリックを構築します。Cisco FabricPath は、Cisco Nexus® 7000 シリーズ スイッチに基づく統合型システム ソリューション Cisco FabricPath Switching System（FSS）の重要なコンポーネントです。Cisco FSS は、きわめてスケーラブルで柔軟なデータセンター構築のための基盤として使用できます。 現在のネットワーク設計における課題現在のデータセンターには何らかの形でレイヤ 2 スイッチングが含まれています。その理由の一部は特定のソリューションでレイヤ 2 の接続性が必要とされるためです。ただし、IP アドレッシングの管理オーバーヘッドと柔軟性の不足もその理由です。データセンターに一台のサーバをセットアップするためにはプランニングを必要とします。つまり、ネットワーク チーム、サーバ チーム、アプリケーション チーム、ストレージ チームなどチーム間での調整です。ルーテッド ネットワークでは、ホストのロケーション移動の際はアドレスを変更する必要があります。一部のアプリケーションはサーバを IP アドレスで識別するため、サーバのロケーションを変更することは基本的にサーバ インストール プロセスを最初からすべてやり直すことに等しくなります。レイヤ 2 は、IP レイヤから見て透過的にデバイスの挿入や移動ができるため、柔軟性を備えています。仮想テクノロジーはデータセンター内の管理対象仮想サーバの密度を高めるため、物理リソースをより活用できるようになりますが、柔軟なレイヤ 2 ネットワーキングの必要性も大きくなります。 レイヤ 2 スイッチングは大規模なデータセンターの運用に非常に重要な柔軟性を備えていますが、ルーテッド ソリューションと比較して欠点もあります。レイヤ 2 データ プレーンはフレーム急増の影響を受けやすくなっています。フォワーディング トポロジは、一般的に Spanning Tree Protocol（STP; スパニング ツリー プロトコル）によって計算され、このトポロジはいかなる場合もループフリーでなければなりません。ループフリーでないと、フレームがワイヤスピードで複製され、ブリッジド ドメイン全体に影響します。このような制約事項のためレイヤ 2 はネットワークで使用可能な帯域幅をフル活用することができず、多くの場合にホスト間やネットワーク上で最適ではないパスが作成されます。また、障害がブリッジド ドメイン全体に影響する可能性があるため、リスクを封じ込めるためにレイヤ 2 は小さめの領域に分割して設計します。 したがって、現在のデータセンター設計はレイヤ 2 の柔軟性とレイヤ 3 の拡張性との間で次のように妥協点を探しています。
Cisco FabricPath：レイヤ 2 でのルーティングCisco FabricPath は、レイヤ 2 においてルーティングの安定性とパフォーマンスを実現するように設計された画期的な Cisco NX-OS 機能です。 イーサネット ネットワーク（従来のイーサネット）から FabricPath ファブリックへイーサネット フレームが入るとすぐに、Cisco FabricPath の機能がコントロールを開始します。イーサネット ブリッジング ルールは、FabricPath ファブリックではトポロジとフォワーディングの原則に影響しません。フレームは FabricPath ヘッダーでカプセル化されます。このヘッダーはルーティング可能な発信元アドレスと宛先アドレスで構成されています。これらのアドレスは、フレームの受信元スイッチのアドレスおよびフレームの宛先スイッチのアドレスにすぎません。フレームは、そこからリモート スイッチに到達するまでルーティングされます。リモート スイッチで、フレームはカプセルを解除され、元のイーサネット形式で配信されます。図 1 で、この単純なプロセスを示します。 
図 1 FabricPath を使用する Cisco FSS の中でのフレーム FabricPath と従来のイーサネットの基本的な違いは、FabricPath のファブリック内では、フレームは常に既知の宛先アドレスを使用して転送されるということです。ブリッジのアドレスは自動的に割り当てられ、ルーティング テーブルはすべてのユニキャスト宛先およびマルチキャスト宛先について計算されます。ファブリックのフォワーディング プロセスがフラッディングすることは決してありません。結果的にこのソリューションでは、レイヤ 2 の動作が従来のように単純かつ柔軟であり、さらに IP の信頼性とスケーラビリティを高めるルーティング メカニズムが使用されます。 Cisco FabricPath には次のような利点があります。
図 2 vPC+ による FabricPath 非対応デバイスの接続 Cisco FabricPath Switching System の概要仮想化の動きはデータセンターのエッジから始まりました。サーバを仮想化すると、1 つの物理ホスト上で複数のサーバを仮想マシンとして統合してその利用率を増やすことができます。Cisco FabricPath Switching System（FSS）は、スケーラブルなファブリックを構築するための基盤です。Cisco FSS は Cisco NX-OS の重要な機能である FabricPath の利点と、Cisco Nexus 7000 F1 シリーズ モジュールのパフォーマンス上の利点を組み合わせて、ハイ パフォーマンス システムを構築します。Cisco FSS は、データセンター インフラストラクチャの構築を顧客が簡素化できるようにする、検証済みのソリューション バンドル セットとして提供されます。Cisco FSS は、物理ロケーションに関係なく 2 つのポート間に最適な帯域幅を提供できます。さらに、従来のようなトランスペアレント ブリッジングの拡張の制限にとらわれず、新しいテクノロジーに基づいてファブリックを構築します。したがって、一つのラックやポッド内にとどまらず、また設定のオーバーヘッドもなく VLAN をスイッチのすべてのポートに拡張できます。直接接続されたデバイスから見ると、Cisco FSS は透過的なネットワークとして動作し、あたかも Cisco FSS に接続されているすべてのデバイスが一つのスイッチに接続されているかのように動作します。 Cisco FSS は IEEE データセンター ブリッジング（現在は CEE-DCB ですが、この標準が最終決定された場合 IEEE-DCB）をサポートするため、すべてのデータセンター I/O テクノロジーのコンバージェンスが可能になります。 Cisco FSS には大きな利点があります。
Cisco FabricPath Switching System 使用例シンプル、スケーラブル、および効率的なレイヤ 2 ドメインの作成という Cisco FSS の価値は、多数のネットワーク シナリオに応用できます。その一部をここに示します。 典型的なデータセンター設計一般に、現在のデータセンターは図 2 のデータセンター A のようにポッドに分かれています。ポッド内のブリッジド ドメインにはいくぶん運用上の柔軟性があります。現在使用できる最良のソリューションは Cisco NX-OS テクノロジーである Cisco virtual PortChannel（vPC）に基づいています。Cisco vPC では、冗長性とロード バランシングのためにスパニング ツリー プロトコルを使用しなくても、各アクセス スイッチをアグリゲーション スイッチのペアに冗長接続できます （Cisco vPC テクノロジーの詳細については、http://www.cisco.com/web/JP/product/hs/switches/nexus7000/prodlit/white_paper_c11-516396.html を参照してください）。 図 3 のデータセンター B は Cisco FSS に基づいた設計を表し、リンクとスイッチの数はデータセンター A と同じです。ただし、ケーブル配線のレイアウトは異なっています。データセンター A の場合、各アクセス スイッチは 4 ポート EtherChannel 1 つを通じて 1 つの vPC ドメインのアグリゲーション スイッチ 2 台に接続されています。データセンター B の場合、各アクセス スイッチは 1 つのアップリンクを通じてアグリゲーション スイッチ 4 台に接続されています。 
図 3 汎用データセンター この Cisco FSS 設計は、この新しいアーキテクチャの次のような利点を簡単に説明するために多くの可能性の中から選んだ 1 つにすぎません。
ハイ パフォーマンス コンピューティング （HPC）ハイ パフォーマンス コンピューティング用のデータセンターは、サーバがほとんどオーバーサブスクリプションなく相互通信できるように設計されています。スパニング ツリーベースのネットワークでは、通常はレイヤ 3 の境界をルート スイッチの近くに置き、ノース/サウス トラフィックに対して高い総スループットを提供します。ただし、一般的に横向きのイースト/ウェスト トラフィックは大きくオーバーサブスクリプションされます。これは、トランスペアレント ブリッジングが最終的にはスパニング ツリーに沿ってトラフィックを転送するためです。つまり、2 つのブリッジ間のフォワーディング リンクは 1 つに限られるということです。このような制約事項により、ネットワークのバイセクション（二分岐）帯域幅は大きく制限されます。 Cisco FabricPath は ECMP を使用してこの制約事項を排除します。図 4 のネットワークは、第一世代の Cisco Nexus 7000 F シリーズ I/O モジュールを使用して実装できます。このモジュールは Cisco FSS と同時に販売開始されます。 
図 4 第一世代 Cisco Nexus 7000 F シリーズ I/O モジュールを使用した高性能ファブリック 各アクセス スイッチのアップリンクはすべて異なるアグリゲーション スイッチ 16 台につながる 16 ポート PortChannel です。これらはファブリックへの 2.56 Tbps の接続とバイセクション帯域幅を提供します。アクセス スイッチには 10 Gbps アクセス ポート 256 個も含まれています。これらのアクセス ポートはネットワークのどの場所のピアにもノンブロッキング到達が可能です。10 Gbps ポート 8192 個を含むこの設計は、オーバーサブスクリプションを導入するか、今後の 40 Gbps および 100 Gbps アップリンクを使用することで、さらに拡張できます。 まとめ現在の仮想化が進んだデータセンターの運用には、レイヤ 2 が何らかの形で必要とされています。ただし、ブリッジング ドメインの規模は、トランスペアレント ブリッジング データプレーンの制約事項によって制限されています。FabricPath テクノロジーに基づく Cisco FSS は、レイヤ 2 の柔軟性とルーティングの拡張性およびパフォーマンス上の特性を組み合わせて、シンプル、スケーラブル、および効率的なソリューションを提供します。 |
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FabricPath および Cisco FabricPath Switching System によるデータセンターの柔軟な拡張