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Cisco SAN アナリティクスおよび SAN テレメトリ ストリーミング ソリューションの概要

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Updated: 2020 年 9 月 29 日

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エンタープライズ ストレージ インフラストラクチャの詳細

エンタープライズストレージ業界はかつてない変革をしようとしています。一方ではオールフラッシュアレイの普及が進み、もう一方では NVMenonvolatile memory express)や NVMe over Fabric などのテクノロジーによって状況が大きく変わってきています。このようなストレージのトレンドを生み出している主な要因は、高性能であるということです。1 秒あたり数百万件の入出力操作(IOPS)とマイクロ秒単位での応答時間が新しい標準となっています。ただし、ラボで認定された結果がお客様の実稼働環境で常に得られるとは限りません。これは、ラボと実稼働環境で、既知と未知、制御と非制御、低リスクと高リスクという違いがあるからです。

実稼働環境では、運用上のすべての変更をデータで確認し、完全に承認する必要があります。試行錯誤はありえません。実稼働環境は多次元方程式のようなものです。この方程式の各変数はそれぞれ単独で機能しますが、複数の変数をまとめるには、各コンポーネントがどのように相互作用するかを詳細に可視化して理解する必要があります。可視化できなければ、実稼働環境はベストエフォート型のソリューションとなってしまいます。

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図 1.                

エンタープライズ ストレージ インフラストラクチャを可視化する際の課題

最高情報責任者(CIO)と最高技術責任者(CTO)は、詳細な可視性と分析が重要だと考えています。ただし、次の理由により、実稼働環境で実現することが難しい場合がよくあります。

      包括的な可視性の欠如:コンピューティングサーバ、ストレージ、ストレージ エリア ネットワーク(SAN)を一元的に可視化しようとすると、多くの場合複雑になります。現在、少数のエンドポイントを可視化することはできますが、業界で現在利用できる製品でストレージトラフィックをすべて可視化しようとすると複雑になります。

      ハイブリッド インフラストラクチャ:企業は複数のアーキテクチャに同時に対処する必要があります。たとえば、コンピューティングレイヤで異なるタイプのハイパーバイザや仮想マシンが実行されている場合があります。これらのハイパーバイザやゲスト仮想マシンは、異なるベンダーの異なるアーキテクチャに基づいて開発されている可能性があります。同様に、ストレージ インフラストラクチャにもさまざまなタイプのストレージアレイが含まれている場合があります。オールフラッシュ、ハイブリッド、非フラッシュアレイなどです。ストレージアレイは、同じベンダーから提供されている場合でも、異なるアーキテクチャがベースになっている場合があります。

      縦割り組織:多くの組織は、さまざまなコンポーネントの所有権をさまざまなチームに割り当てています。多くの場合、これらのチームは縦割りになっています。適切に連携されていたとしても、プロセスとコンプライアンスのガイドラインによってチーム間のやり取りに遅れが生じる可能性があります。縦割り組織も、問題の検出とトラブルシューティングが遅くなる原因の 1 つです。

      複雑な環境:インフラストラクチャを所有する専門チームは、すでに複数のツールやアーキテクチャに対応しています。同時に多くの異なる技術の専門家になることは現実的ではありません。

そのため、実用的なインサイトに直接変換できる、シンプルで直感的に利用可能な形式の情報が必要です。

以下のセクションでは、Cisco SAN アナリティクスと SAN テレメトリストリーミングの概要を示します。上記の課題を解決する業界初のソリューションです。

Cisco SAN アナリティクスの概要

Cisco SAN アナリティクス ソリューションは、ファイバ チャネル ブロック ストレージ トラフィックをエンドツーエンドで可視化します。アーキテクチャの設計が Cisco MDS 9000 スイッチファミリと統合されているため、ストレージ エリア ネットワークでネイティブに利用できます。Cisco SAN アナリティクスは、コンピューティング インフラストラクチャとストレージ インフラストラクチャ間の I/O トラフィックを詳細に可視化します。可視化された情報は、各ポート、スイッチ、サーバ、仮想マシン、ストレージアレイから得られた情報に追加されます。

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図 2.                

Cisco SAN テレメトリストリーミングの概要

Cisco SAN アナリティクスおよび SAN テレメトリストリーミングは、表 1 に示す設計原則に基づいて動作します。

表 1.        Cisco SAN アナリティクスおよび SAN テレメトリストリーミングの設計原則

原則     

仕組み

特長

設計による統合

データセンターのコンピューティングレイヤとストレージレイヤは、SAN を利用して相互に通信します。Cisco SAN アナリティクスは、SAN レイヤに完全に統合された設計になっています。

  すでに把握しているコンピューティングサーバ、ストレージ、SAN の既存のレイヤで運用を継続できます。
  データセンターに新しいトラフィック検査コンポーネントを導入する必要はありません。

シンプル

Cisco SAN アナリティクスは、既存の Cisco MDS 9000 スイッチに統合されます。1 つのコマンドを実行するだけで数秒で有効にできます。

  環境内の問題を迅速に解決できます。
  よりプロアクティブな運用が可能になり、ユーザエクスペリエンスが向上します。

低コスト

統合設計アーキテクチャにより、新しいトラフィック検査コンポーネントをデータセンターに導入する必要はありません。シンプルで柔軟なライセンス形態により、エンドツーエンドで可視化する機能を利用できます。

  専用アプライアンスの管理に伴う CapEx OpEx が不要になります。
  柔軟なライセンス形態により、必要なときに必要な場所で機能を有効にできます。

優れた拡張性

Cisco SAN アナリティクスは、SAN の規模に合わせてネイティブに拡張できます。単一スイッチの小規模な SAN でも、数千ポートを備えた大規模な SAN でも、SAN に接続されているエンドデバイスを可視化できます。

  あらゆる場所に導入できるため、ストレージトラフィックを全体的にカバーできます。
  アナリティクスの範囲は、ファブリックの規模に応じて拡張されます。

常時稼働

Cisco SAN テレメトリストリーミングは、常時稼働するように設計されています。

  通常の状態におけるアプリケーションのストレージトラフィックをプロファイリングしてベースラインを設定できます。
  環境が変わった点を手動で検出する必要はありません。Cisco SAN テレメトリストリーミングが常時モニタリングしているため、プロアクティブに検出されます。

オープンでプログラム可能

Cisco SAN テレメトリストリーミングは、オープンでプログラム可能な設計になっています。インテリジェントメトリクスは、業界標準の形式を使用してサードパーティ製ツールからアクセスできます。プログラム可能なアーキテクチャをベースにしています。

  ファームウェア アップグレードによりメトリクスやプロトコルを追加できます。
  独自のアナリティクス アプリケーションを構築して特定のユースケースを解決したり、既存のサードパーティ製アプリケーションと統合して、組織全体で可視化機能を統一したりできます。

Cisco SAN アナリティクスと SAN テレメトリストリーミングを利用すれば、既存の課題も新しい課題も解決できます。表 2 に、現在の問題点とシスコの対応を示します。

表 2.        Cisco SAN アナリティクスと SAN テレメトリストリーミングによる対応

既存の課題

Cisco SAN アナリティクスと SAN テレメトリストリーミングによる対応

包括的な可視性の欠如

Cisco SAN アナリティクスは、SAN に統合された設計になっています。I/O フローを検査し、インフラストラクチャを包括的に可視化します。ストレージアレイ、サーバ、オペレーティングシステムのアーキテクチャやベンダーは問いません。

ハイブリッド インフラストラクチャ

Cisco SAN アナリティクスは、コンピューティング/ストレージ インフラストラクチャのベンダーやアーキテクチャに依存しません。SAN 上のトラフィックフローから情報を取得して可視化します。Cisco SAN テレメトリストリーミングは、SAN に接続されたエンドデバイスのハードウェアやソフトウェアのバージョンにほとんど、またはまったく依存しません。

縦割り組織

Cisco SAN テレメトリストリーミングは、業界標準の形式でデータをエクスポートします。エクスポートされた情報には、リモートのさまざまなチームが完全に独立した状態で同時にアクセスできます。Cisco SAN テレメトリストリーミングからエクスポートされた情報を統合することで、各組織は使い慣れたツールをそのまま利用できます。

複雑さ

Cisco SAN アナリティクスは、設計原則に基づいて統合されているため、導入が非常に簡単です。Cisco MDS 9000 シリーズ スイッチで数秒以内に有効にできます。

Cisco SAN アナリティクスおよび SAN テレメトリストリーミングのユースケース

3 に、Cisco SAN アナリティクスと SAN テレメトリストリーミングのユースケースを示します。

表 3.        Cisco SAN テレメトリストリーミングのユースケース

ユースケース    

実現方法

重要な理由

ストレージパフォーマンスに関するインサイト

Cisco SAN アナリティクス ソリューションは、包括的なアプローチでストレージ インフラストラクチャのパフォーマンスを定量的に示します。パフォーマンスメトリクスは、ホストポート(イニシエータ)、ストレージポート(ターゲット)、および論理ユニット番号(LUN)間のフローに対して計算されます。この固有の組み合わせは、ITL(イニシエータ - ターゲット - LUN)フローと呼ばれます。NVMe トラフィックでは、同じ概念が ITN として表されます。「N」は Namespace(名前空間)ID を示しています。リアルタイムで計算されたパフォーマンスメトリクスは、外部のレシーバにエクスポートできます。

インフラストラクチャを包括的に可視化することで、リスクを軽減し、最適なパフォーマンスを維持できます。

迅速なトラブルシューティング

Cisco SAN アナリティクス ソリューションによって生成された情報は、パフォーマンスベースラインを維持するために使用できます。過去のトレンドから逸脱した場合に自動的にアラームが生成されるため、プロアクティブにトラブルシューティングできます。このモニタリング機能により、パフォーマンスが低下した理由や、問題の根本原因がどこにあるかを把握できます。

事前に予測してトラブルシューティングすることで、厳格なサービスレベル契約(SLA)に対応してダウンタイムを短縮できます。

インフラストラクチャの最適化

Cisco SAN アナリティクスを利用して ITL/ITN ペア間のストレージトラフィックをモニタすることで、スケールアップするかスケールアウトするかの判断がしやすくなります。たとえば、1 つのホストが複数の仮想マシンを実行している場合や、特定のストレージポートが複数の LUN にアクセスするために使用されている場合、ストレージトラフィックが大量になる可能性があります。Cisco SAN アナリティクスは、このような状況を検出するのに役立ちます。一部の仮想マシンを使用率の低いホストに移したり、一部の LUN を使用率の低いストレージポートに移したりするなど、コンポーネントの配置を最適化できます。

インフラストラクチャを最適に活用することで、CapEx OpEx を削減できます。

アプリケーション導入に関する推奨

Cisco SAN アナリティクスを使用すると、長期間にわたってストレージのトラフィックパターンをモニタできます。この情報を利用することで、ストレージのニーズに合わせてアプリケーションをプロファイリングできます。ストレージトラフィックの要件に基づいて、将来、同じアプリケーションを他の仮想マシンまたはホストに拡張することが推奨される場合があります。既存のアプリケーション A を例にします。アプリケーション A の別のインスタンスを導入する必要がある場合、ストレージトラフィックのスループットを把握しておくことで、スループット要件に対応できるリソースを備えた新しいホストを選択できます。

データに基づいて判断することでアプリケーションを迅速に導入できます。

 

導入時に試行錯誤せずに最適なパフォーマンスを確保できます。

ストレージプロビジョニングに関する推奨

Cisco SAN アナリティクスを利用すれば、使用可能な LUN/名前空間のパフォーマンスメトリクスが得られます。この情報を利用すればストレージをプロビジョニングしやすくなります。たとえば、LUN を異なるストレージポートに分散することでスループット要件に対応できます。LUN が長期間にわたって利用されていない場合は、エラーの可能性を詳細に確認するか、プロビジョニングを解除します。

ストレージアレイとストレージ インフラストラクチャ全体の使用率を最適化することで、効率が向上します。

変更管理

Cisco SAN アナリティクスは、ITL/ITN の単位でパフォーマンスメトリクスを収集します。このメトリクスは、トレンドとベースラインを生成する際に使用できます。特定のコンポーネントを変更する必要がある場合は、変更前後に Cisco SAN アナリティクスによって生成されたインサイトをモニタして比較することで、正常に変更されたことを確認できます。

コンポーネント変更をする際にプロアクティブに SLA を保証することで安心できます。

監査

Cisco SAN アナリティクスは、包括的なアプローチに基づいて、ストレージファブリック全体のパフォーマンスとエラーに関するメトリクスを複数生成します。生成された情報は、インフラストラクチャの監査に利用できます。

コンプライアンスを確保するために必要な情報を入手できます。

正常性レポート

Cisco SAN アナリティクスは、ホストとバックエンドのストレージ間の読み取り/書き込みトランザクションを含め、コンピューティングレイヤとストレージレイヤ間の ITL/ITN フローをモニタします。モニタされた情報は、デバイスレベルおよびポートレベルの既存のメトリクスに追加されます。これらのメトリクスはすべて、正常性レポートの生成に利用できます。この正常性レポートによって、SAN だけでなく、ストレージ インフラストラクチャとアプリケーション全体の正常性が明らかになります。

運用がシンプルになり、問題がプロアクティブに解決されます。

Cisco SAN アナリティクス ソリューションのアーキテクチャ

Cisco SAN アナリティクスは、コンピューティングレイヤとストレージレイヤの間の SAN に統合される設計になっています。この設計は、Cisco MDS 9000 スイッチファミリの最新のイノベーションによって可能になりました。アーキテクチャ全体は、論理的に次の 3 つのコンポーネントに分割できます。

      ポート ASIC を利用してトラフィックを検査するコンポーネント

      オンボード Network Processing UnitNPU)でトラフィック処理とフローメトリクスの計算を行うコンポーネント

      外部の分析/可視化エンジンにフローメトリクスをストリーミングして、エンドツーエンドで可視化するコンポーネント

トラフィック検査

トラフィック検査コンポーネントは、Cisco MDS 9000 スイッチで使用可能な最新世代のファイバチャネルポート ASIC と統合されています。入力方向または出力方向のフレームは、パフォーマンスや機能を損なうことなく検査できます。つまり、トラフィック アクセス ポイント(TAP)がポート ASIC に組み込まれているということです。

イニシエータとターゲット間のブロック I/O トランザクションは、基盤となるファイバチャネル接続を使用して SCSI または NVMe プロトコルで転送されます。アプリケーションデータ(読み取りまたは書き込み)は、ファイバチャネルおよび SCSI/NVMe ヘッダー内にカプセル化されます。ポート ASIC は、フレームを検査した後、関連するフレームのファイバチャネルおよび SCSI/NVMe ヘッダーをキャプチャします。Cisco MDS 9000 スイッチは、アプリケーションデータ自体の検査やキャプチャを行いません。検査されるのはヘッダーのみですが、必要な情報を収集できます。

I/O メトリクスの計算

フローメトリクスの計算は、オンボードの Network Processing UnitNPU)を使用してスイッチ自体で行われます。NPU は、パケット処理用に最適化されたプログラム可能なプロセッサです。Cisco MDS 9000 スイッチでは、NPU はポート ASIC からフレームを受信し、ファイバチャネルおよび SCSI/NVMe のヘッダー以外は切り捨てます。フレームヘッダーはローレベルの特殊なマイクロコードで処理されます。このマイクロコードは、共通の属性(I/O トランザクション(または Exchange)が同じ、ITL/ITN フローが同じなど)に基づいて複数のフレームを相互に関連付けてフローメトリクスを生成します。メトリクスは、NPU に関連付けられたメモリで保持される階層型のリレーショナルデータベースに保存されます。

スイッチ上のプログラム可能な NPU を利用できるため、さまざまな可能性が広がります。新しい機能は、ソフトウェアをアップグレードすることでシステムを中断せずに追加できます。たとえば、NVMe/FC などのその他のメトリクスへの対応は後から追加されたものです。将来的には、ハードウェアを一切変更せずにさらに多くのメトリクスを追加できるようになります。

ファブリックの規模が大きくなるのに合わせて、統合設計アーキテクチャにより、トラフィック検査とメトリクス計算用のリソースも増加します。

外部レシーバへの I/O メトリクスのストリーミング(SAN テレメトリストリーミング)

Cisco MDS 9000 スイッチは、業界標準のオープンな形式で外部のレシーバにフローメトリクスをストリーミングします。外部レシーバは、ファブリック全体をエンドツーエンドで可視化し、一元管理できます。また、長期的なストレージメトリクスの算出、トレンド分析、関連付け、予測なども実行できます。開発の柔軟性を確保するために、スイッチの SAN アナリティクス アーキテクチャとは別のアーキテクチャに導入されます。外部レシーバは、Cisco MDS 9000 スイッチから取得したメトリクスに基づいて、非常に特殊なユースケースに対応できます。たとえば、複数のスイッチから同時にメトリクスを受信し、イニシエータとターゲットで生成された情報と関連付けることができます。

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図 3.                

Cisco SAN テレメトリストリーミングのアーキテクチャ

NX-OS 8.4(1) 搭載の Cisco MDS 9000 で計算された I/O メトリクス

次に、NX-OS 8.4(1) 搭載の Cisco MDS 9000 32Gbps スイッチで計算された主な I/O メトリクスを示します。以下のメトリクスは、Cisco MDS 9700 ディレクタあたり最大 40,000 件の ITL/ITN フロー(SCSI および NVMe トラフィック)について計算されたもので、既存のポートレベルのメトリクスに追加されます。

      イニシエータ ID:イニシエータのファイバチャネル IDFCID

      ターゲット ID:ターゲットのファイバチャネル IDFCID

      LUN/NSID:ターゲットに関連付けられた論理ユニット番号(LUN)または名前空間 ID

      I/O Per SecondIOPS):1 秒あたりの読み取り/書き込みコマンド数

      スループット:1 秒あたりの読み取り/書き込みコマンドの帯域幅(バイト)

      Exchange 完了時間:読み取り/書き込みコマンド(または Exchange)の完了にかかった時間(マイクロ秒)

      データアクセス遅延:読み取り/書き込みコマンドが発行されてからストレージアレイが応答するまでの時間(マイクロ秒)

      未処理の IO:未完了の読み取り/書き込みコマンドの数

      中断、障害、タイムアウトなどのエラー数

Cisco MDS 9700 32Gbps ファイバチャネルモジュールおよび MDS 9000 32Gbps ファイバ チャネル ファブリック スイッチは、高度なポート ASIC とオンボードの NPU を利用して SAN テレメトリストリーミングに対応しています。

まとめ

Cisco SAN アナリティクスは、ファイバチャネルスイッチでネイティブにフレームを検査することで、ファイバ チャネル ブロック ストレージ トラフィックを可視化する業界初のソリューションです。外部のタップ、プローブ、アプライアンスは使用しません。手頃な価格のシンプルなアプローチを採用し、ファブリックのすべてのエンドデバイスにシームレスに拡張できます。オープンでプログラム可能なアーキテクチャのため、組織横断的に利用できます。Cisco SAN アナリティクスのリアルタイム可視化機能とアナリティクス機能は、ピークのパフォーマンスを維持し、問題をプロアクティブにトラブルシューティングするのに役立ちます。

関連情報

Cisco MDS 9000 シリーズ NX-OS SAN アナリティクス/SAN テレメトリ ストリーミング コンフィギュレーション ガイド

Cisco MDS 9132T データシート

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