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Cisco Data Center Ethernet

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Q&A





Cisco Data Center Ethernet



Q. Data Center Ethernet とは何ですか。製品ですか、プロトコルですか、それともソリューションですか。
A: Cisco® Data Center Ethernet アーキテクチャは、特にデータセンターでの使用に合わせて従来のイーサネットを強化するために設計されたイーサネット拡張機能の集合です。これらの拡張機能を組み合わせることで、データセンターが直面するさまざまなシナリオのソリューションが形成されます。Cisco Data Center Ethernet アーキテクチャを構成するコンポーネントは、パケット ロスのない(ロスレス)ファブリック、レイヤ 2 マルチパス化(L2MP)、およびイーサネット拡張機能の 3 つです。
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Q. Data Center Ethernet のスイッチまたはエンドポイントとなるための条件は何ですか。
A: Data Center Ethernet スイッチとは、L2MP と、パケット ロスのないトランスポートが可能であることに加えて、Data Center Ethernet の拡張機能である Priority-based Flow Control(PFC; 優先度ベース フロー制御)、Enhanced Transmission Selection(ETS; 拡張伝送選択)、および Data Center Bridging Exchange(DCBX)プロトコルの機能を持つものを指します。Data Center Ethernet エンドポイントとは、PFC、ETS、DCBX の各拡張機能を備えているものを指します。

輻輳通知と FCoE(Fibre Channel over Ethernet)のサポートは、Data Center Ethernet スイッチおよびエンドポイントの必須の機能ではありません。輻輳通知と FCoE のオプションを持たないけれども、Data Center Ethernet のその他の要件を満たすスイッチやエンドポイントもありえます。
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Q. Data Center Ethernet のイーサネットに対するプロトコル拡張機能にはどのようなものがありますか。
A: 拡張機能は次に示すとおりです。最初の 3 つ(PFC、ETS、DCBX)は必須ですが、輻輳通知は省略可能です。
  • 優先度ベース フロー制御(PFC)(必須): PFC(Priority-based Flow Control)は、イーサネットの既存のポーズ メカニズムを拡張するものです。現在のイーサネット ポーズ オプションは、1 つのリンク上のトラフィックをすべて停止させるので、実質的にはリンク全体に対するリンク ポーズです。PFC によって物理リンク上に 8 つの独立した仮想リンクが作成され、これらのリンクを個別に一時停止および再始動することができます。このアプローチを採用したネットワークでは、特定の独立した仮想リンクに対してノードロップ サービス クラスを作成することができます。また、8 つの仮想リンクのそれぞれに別の QoS(Quality-of-Service)ポリシーを適用して差別化することもできます (IEEE 802.1Qbb、http://www.ieee802.org/1/files/public/docs2007/new-cm-barrass-pause-proposal.pdf を参照)。
  • 拡張伝送選択(ETS)(必須): ETS(Enhanced Transmission Selection)は、優先度グルーピングとも呼ばれます。PFC を実装すると 8 種類の独立した仮想リンクを作成できますが、各 PFC トラフィック タイプの中で複数のトラフィック クラスを定義できることが好都合な場合があります。ETS とは、同じ PFC 優先度クラスの中でのこのような処理の差別化を可能にする機能です。帯域幅割り当て、低遅延、またはベスト エフォートに基づいて処理の優先順位が付けられるため、結果としてグループごとのトラフィック クラス割り当てが可能になります。たとえば、イーサネット トラフィック クラスに高優先度を指定し、その同じクラスの中でベスト エフォートを指定する場合です。ETS によって、同じ優先度クラスの中でトラフィックを差別化する、つまり優先度グループを作成することが可能になります (IEEE 802.1Qaz、http://www.ieee802.org/1/pages/802.1az.html を参照)。
  • DCBE(Data Center Bridging Exchange)プロトコル(必須): DCBX は、検出および機能交換のためのプロトコルです。Data Center Ethernet 対応デバイス間で設定情報を交換するために使用されます。次に示す Data Center Ethernet 機能のパラメータを交換できます。
  • 輻輳通知(省略可能): 輻輳通知は、トラフィック管理の形態の一つです。ネットワーク エッジにできる限り近い部分でトラフィックをシェーピングして、輻輳による悪影響を最小限に抑えるというもので、レート制限をトラフィックの発信元で実施します。輻輳通知管理メカニズムでは通知とプロービングの機能が利用され、ネットワーク ルート上に輻輳があるときは、伝送を減速させるためにメッセージが発信元に送り返されます。アーキテクチャによって輻輳ポイントと反応ポイントが定義されます。このモデルでは、輻輳は輻輳ポイントにおいて計測され、レート制限(バック プレッシャー)は反応ポイントにおいて課せられます。これによってトラフィック シェーピングが行われ、輻輳の影響が低減されます (IEEE 802.1Qau、http://www.ieee802.org/1/pages/802.1au.html を参照)。
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Q. 標準化団体では Data Center Ethernet 拡張機能をどのように扱っていますか。
A: Data Center Ethernet 拡張機能は一つ一つ異なる仕様であるため、IEEE 標準化プロセスにおける現在の段階もそれぞれ異なります。すべての拡張機能が標準として提案済みであり、標準化ワーキング グループでのライフサイクルとタイムラインは拡張機能ごとに異なります。
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Q. このようなイーサネット拡張機能の集合体にいくつもの名称(DCE™、CEE、DCB)があるのはなぜですか。これらの名称はどのように異なるのですか。
A: この仕様の集合を表す呼び名が組織によって異なるからですが、いずれも中核の仕様は同一です。IEEE は DCB(Data Center Bridging)という名称を使用しています。IEEE は一般に、IEEE 802.1az のように標準仕様の名称に番号をつけていますが、 仕様のグループに標準の番号を使って命名する手段がなかったため、この組織がグループ化した仕様には DCB という名称が付けられました。

CEE(Converged Enhanced Ethernet)は、IBM が考案した名称です。これも、中核となる仕様グループを反映したものであり、標準になる前の仕様のバージョン 0 リストに関して業界ベンダー間(シスコを含む)のコンセンサスを得るために発案されました。

シスコが使用している「Data Center Ethernet」という名称は、シスコが開発した、データセンターのための次世代イーサネットのアーキテクチャを指します。Cisco Data Center Ethernet は CEE 提案と DCB 提案のスーパーセットであり、同じく PFC、ETS、DCBX の 3 つの仕様を使用しています。Cisco Data Center Ethernet には、L2MP、ロスレス ファブリック、および輻輳通知も含まれます。DCE™ という呼び名は、シスコ製品またはシスコ パートナー製品にこれらの仕様が組み込まれて、Cisco Data Center Ethernet アーキテクチャで定義されている要件が満たされているときに使用されます。
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Q. Data Center Ethernet とロスレス イーサネットが重要なのはなぜですか。
A: パケット ロスのない(ロスレス)サービスを必要とするアプリケーション(ファイバ チャネル ストレージのトラフィックなど)をイーサネット ネットワーク上で伝送してユニファイド ファブリックを実現するには、ロスレス サービス クラスを実現する手段が必要です。ファイバ チャネル ストレージ トラフィックは、ノードロップで伝送できることが必要です。Data Center Ethernet とロスレス イーサネット スイッチ ファブリックを使用すれば、ノードロップ タイプのトラフィックを作成できます。
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Q. マルチパス化(L2MP)とは何ですか。なぜ重要なのですか。
A: L2MP は、データセンター内のノード間で複数の並列パスでの通信を可能にすることによって、ノード間のバイセクション帯域幅を増大させる拡張機能です。イーサネットでこのことを実現するには、スパニング ツリー プロトコルの制約(ループを回避するために、1 つのパス以外はすべてブロックされる)を克服する代替手段が必要です。これまでに多数の機能強化によってスパニング ツリー プロトコルが改善されてきましたが、トラフィックの負荷を代替パス間で分散する能力に関してはまだ遅れています。L2MP 機能を持つ Data Center Ethernet ならば、ノード間の接続がすべて使用されるようになり、パスは 1 つだけというスパニング ツリー プロトコルの要件とコンバージェンスの遅さは解消されます。レイヤ 2 でのマルチパス化を実現するためのオプションが、標準の中で多数提案されています。
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Q. 「ロスレス イーサネット」は「Data Center Ethernet」と同義ですか。それとも他にも必要なものがあるのですか。
A: ロスレス(パケット ロスのない)イーサネット環境には、2 つの基本的な要件があります。1 つはリンクを一時停止させる手段(たとえば Data Center Ethernet の PFC)、もう 1 つは一時停止コマンドを内部スイッチ ファブリックの入力側から出力ポートに結び付ける手段です。イーサネットのポーズ(一時停止)オプションと Data Center Ethernet の PFC によって、各リンク上でのロスレス イーサネット通信が可能になります。さらに、真のロスレス イーサネットを実現するには、パケット ロスのないイントラスイッチ ファブリック アーキテクチャが必要です。パケット ロスのないイントラスイッチ ファブリックを実現するには、スイッチの入力ポートにおける仮想リンクの PFC ポーズを出力ポートの仮想出力キューに論理的に結び付けます。その結果、入力ポートからビジー状態の出力ポートにパケットがスイッチングされることはなくなります。このようなリソース調停を行うことで、出力ポート リソースが使用できないときのスイッチ ファブリックにおけるパケット ロスが解消されます。Data Center Ethernet とイントラスイッチ リソース調停を組み合わせれば、ロスレス イーサネット ファブリックの 2 つの要件が満たされます。この用途としては、低遅延イーサネット上でのマルチプロトコル トランスポート、FCoE、RDMA(Remote Direct Memory Access)などがあります。
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Q. FCoE とは何ですか。
A: FCoE(Fibre Channel over Ethernet)は、ネイティブのイーサネット転送方式とは独立して、ネイティブのファイバ チャネルをイーサネット上でマッピングするプロトコル仕様です。ファイバ チャネルの構造体がすべて維持されるため、I/O 統合の実現に大きく近づきます。FCoE は、Data Center Ethernet の必須の機能ではありませんが、Data Center Ethernet のファブリックを活用するオプション機能です。
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Q. Data Center Ethernet およびロスレス イーサネットは FCoE をサポートするために必須ですか。
A: INCITS T11 が現在策定している FCoE 標準では、FCoE をサポートするにはロスレス イーサネット ネットワークが必須になる予定です。標準のポーズ メカニズム(および PFC)によって、リンクはロスレスになりますが、ポーズも PFC も、それだけでネットワークをロスレスにすることはできません。ネットワークをロスレスにするには、各スイッチが入力リンクのバッファと出力リンクのバッファとを相互に関連付けることと、これらをポーズの実装に結び付けることが必要です。これはアーキテクチャの機能の一つであり、プロトコルとは無関係です。DCE™ モジュールを持つ Cisco Nexus 7000 シリーズは、このロスレス ネットワークを実現します。
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Q. なぜ Data Center Ethernet が必要なのですか。イーサネットだけで十分ではありませんか。
A: Data Center Ethernet とは、イーサネットという既存の強固な基盤に、特にデータセンター内のイーサネットに必要とされる新しい機能を追加するものです。このようなデータセンターのための拡張機能の追加によって、イーサネットによる I/O 統合が可能になります。これまでそれぞれ別のネットワークで送信されていた IP やファイバ チャネルなどのプロトコルを、イーサネットを介して同一のネットワーク ファブリック上で転送できるようになります。また、10 ギガビット イーサネットの普及が続いているため、さまざまなトラフィック タイプが共存する機会が増えていきます。Data Center Ethernet の拡張機能(PFC、ETS、DCBX、および輻輳通知)が実装されていれば、トラフィック タイプ別の処理を維持しながら、1 つの 10 ギガビット イーサネット接続で複数のトラフィック タイプを同時にサポートすることができます。これらの拡張機能によって、FCoE トラフィックのノードロップ伝送が可能になるため、同じ 10 ギガビット イーサネット リンクでファイバ チャネル ストレージ トラフィックもサポートできるようになります。
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Q. I/O の統合による明らかな利点には、ケーブル数の削減、消費電力の削減、インターフェイス数の削減、およびストレージの統合によるストレージ利用率の向上がありますが、その他にどのような利点がありますか。
A: 統合された I/O リンク、つまりユニファイド I/O ケーブルでは、マルチプロトコル トラフィックを 1 本のケーブルだけでユニファイド ファブリックに渡すことができます。ユニファイド ファブリックとは、単一の多目的データセンター トランスポートで IP トラフィックとファイバ チャネル ストレージ データの同時伝送を可能にするものです。これらのトラフィックは同じインターフェイス、同じスイッチ ファブリックを介して伝送されますが、サービス クラスの差別化は維持されます。それ以外にも、すべてのホストが共通のユニファイド ファブリックを介してストレージ リソースにアクセスできるという利点があります。たとえば、ホストが FCoE をサポートしていれば、どの SAN(ストレージ エリア ネットワーク)リソースでもマウントできるようになります。
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Q. 従来のイーサネットとの互換性はありますか。Data Center Ethernet のポートは、既存のギガビット イーサネットや 10 ギガビット イーサネットのポートに接続できますか。
A: はい。Data Center Ethernet 対応のポートは、他の標準イーサネット ポートに接続するときは標準イーサネット ポートとして動作します。下位互換性は、当初から備えています。
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Q. ホストは Data Center Ethernet をどのようにサポートするのですか。
A: シスコは多方面のパートナー企業と共同で作業を進めており、これらのパートナーから、Data Center Ethernet の機能をサポートする 10 ギガビット イーサネット ネットワーク インターフェイス コントローラ(NIC)および次世代統合型ネットワーク アダプタ(CNA)が提供される予定です。
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Q. 製品が Data Center Ethernet 互換となるための条件は何ですか。
A: Data Center Ethernet の必須の仕様を実装している製品は、同じ仕様セットを実装している他の製品との間に互換性を持つことになります。DCE™ エンドポイント(ホスト、ターゲット、サーバなど)に最小限必要なものは、PFC、ETS、および DCBX です。DCE™ スイッチには、ノードロップ サービスと L2MP が可能なロスレス イントラスイッチ ファブリック アーキテクチャも組み込まれている必要があります。

DCE™ スイッチは、フレームのドロップが発生しないロスレス伝送サービスを行うためのロスレス ファブリックを実現できることが必要です。FCoE をサポートするには、ストレージ トラフィックのノードロップ サービスを実質的に保証するロスレス ファブリックが必須です。マルチプロトコルをサポートするロスレス イーサネット ファブリックを実現するには、2 つの要素が必要です。1 つは優先度ベースのポーズ メカニズム(PFC など)、もう 1 つはインテリジェントなスイッチ ファブリック調停メカニズムです。この調停メカニズムとは、ポーズ要件を考慮して入力ポート トラフィックを出力ポートのリソースに結び付けるというものです。

現在のイーサネットの標準的なポーズ メカニズムでは、リンク上のすべてのトラフィック タイプが停止します。PFC によって、同一の物理リンク上に 8 つの独立した論理リンクが作成されるため、8 つのトラフィック タイプのうちの 1 つだけを停止させることができます。一時停止しても他のトラフィック タイプのフローが中断されることはありません。PFC は、物理リンク上の IEEE 802.1p トラフィックのうちどのタイプのトラフィックを一時停止させるかを、優先度ベースのポーズ メカニズムを使用して選択します。差別化されたトラフィック タイプごとに一時停止ができるので、トラフィックを単一のインターフェイス上で統合することが可能になり、その結果ユニファイド I/O リンクのイーサネット接続はただ 1 つになります。1 つに統合された I/O 接続によって、複数のトラフィック タイプが集約されてユニファイド ファブリックに配信されます。

PFC は、論理リンクごとにノードロップを可能にすることに加えて、論理トラフィック タイプを個別に停止させる能力を持ちます。PFC(および標準のポーズ メカニズム)によって、リンクは無損失(ロスレス)になりますが、ネットワークをロスレス ファブリックにするには不十分です。リンク上でノードロップ転送が可能であることに加えて、イントラスイッチ ファブリックの入力ポートの一時停止動作を出力ポート リソースに結び付ける手段が必要です。ネットワークをロスレスにするには、各スイッチが入力リンクのバッファを出力リンクのバッファに関連付けることも必要です。出力ポート リソースの可用性の情報を入力ポート トラフィックに論理的に結び付けることで、調停が可能になり、パケット ドロップなしの保証に役立ちます。これが、ロスレス スイッチ ファブリック アーキテクチャの定義です。このロスレス イーサネット イントラスイッチ ファブリックの動作によって、必須のノードロップ サービスが実現します。これは、現在のファイバ チャネル スイッチにみられるバッファ クレジット管理システムをエミュレートするものです。
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Q. すべてのシスコ製品が Data Center Ethernet をサポートするのですか。
A: 今後、すべてのシスコ製品が Cisco Data Center Ethernet を実装するとは限りません。シスコ製品の多くは、データセンターだけに向けて設計されているのではないからです。Cisco Data Center Ethernet は、主としてデータセンター ネットワークの機能を強化する目的で設計されていますが、他の環境においてもメリットがあります。拡張機能のほとんどは、データセンターで使用されるシスコ製品に搭載される予定です。Data Center Ethernet には多数のコンポーネントがあるため、特定のプラットフォームでは拡張機能の一部だけが追加される可能性があります。たとえば、あるシスコ スイッチ製品は I/O 統合をサポートしていても輻輳通知は実装していないというケースが考えられます。このスイッチは、オプションの輻輳通知機能を持たない Data Center Ethernet 互換であると見なされます。
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Q. Cisco Nexus 7000 シリーズ スイッチのハードウェアは現在 Data Center Ethernet をサポートしていますか。ソフトウェアまたはハードウェアのアップグレードは必要ですか。
A: Cisco Nexus 7000 シリーズが Data Center Ethernet をサポートするには、新しいライン カード モジュールと、Cisco NX-OS ソフトウェアへのアップグレードが必要です。スーパーバイザ、ファブリック モジュール、および共通機器はそのままで Data Center Ethernet に対応できます。現在のイーサネット スイッチのほとんどは、新しいハードウェアとソフトウェア アップグレードを必要とします。拡張機能の多くがハードウェア内で実現されるためです。
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Q. Cisco Nexus 7000 シリーズのファブリックはロスレスです。これは、すでに Data Center Ethernet をサポートしているということですか。
A: Cisco Nexus 7000 シリーズのファブリックはロスレスであり、現在 Data Center Ethernet をサポート可能です。
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Q. Cisco Nexus 7000 シリーズのファブリックがロスレスならば、第 1 世代のライン カードで Data Center Ethernet とロスレス伝送をサポートできますか。
A: 第 1 世代のライン カードは従来のイーサネットのものであり、Data Center Ethernet の拡張機能をサポートしません。また、現在ではパケット ロスが発生する場合があります。
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Q. Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチは Data Center Ethernet をサポートしますか。
A: はい。Cisco Nexus 5000 シリーズ スイッチは Cisco DCE™ スイッチです。
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Q. Data Center Ethernet に関する詳細情報はどこにありますか。
A: 次の URL にアクセスしてください。
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