革新性と信頼性により、ファイバーチャネルがデータセンター SAN の選択肢となる

大規模なデータセンターには、サーバー、ストレージ、スイッチ、その他のさまざまなハードウェアが詰め込まれており、最新のテクノロジートレンドに対応しようとしています。データセンター内で起こっているあらゆる変化の中で、ストレージ接続において頼りになるテクノロジーが 1 つあります。ファイバーチャネルは、信頼性とセキュリティに基づいて、長年にわたってデータセンターの主力となってきました。ただし、エンタープライズ市場向けの第 1 巡目指名にとどまりません。多くのハードウェアおよびソフトウェアベンダーは、製品が顧客に出荷される前のゴールデンタイムに向けて準備が整っていることを確認するために、ファイバーチャネルのテストに重点を置いています。

Dell PowerStore (ファイバチャネル付き)

ストレージおよびスイッチのベンダーはファイバチャネルに新機能や拡張機能を追加し続けており、ソフトウェア開発者はソフトウェアアップデートを一般にリリースする前にファイバチャネルの機能をテストします。ファイバーチャネルは、大規模なデータセンターでは依然として主流の SAN テクノロジーです。 VMware のほとんどのお客様は、進行中のイノベーションと、現在導入されている既存の信頼性、回復力、セキュリティ、速度を活用するためにファイバーチャネルを使用しています。

ファイバチャネルテクノロジの重要性と重要性について疑問がある場合、VMware はファイバチャネルを使用した新しいリリースのテストを優先することでその疑問を解決します。 VMware Explore での最新の発表の中で、vSphere 8 が最も興味深いものでした。 VMware は引き続き vVols ストレージエンジニアリングに重点を置き、NVMe-oF に vVols サポートを追加しました。

Marvell QLogic QLE2772 デュアルポート 32Gb FC アダプター

VMware サイトに記載されているように、「当初は FC のみをサポートしますが、vSphere NVMe-oF でサポートされる他のプロトコルの検証とサポートを継続します。」 VMware でのコンセンサスは、顧客は NVMe-oF、iSCSI、および 100G イーサネットに移行している可能性があるが、高性能でミッションクリティカルなアプリケーションに関しては FC が好まれるということです。したがって、ファイバーチャネルは今後も vSphere のテクノロジー進歩の最前線にあり続けるでしょう。他のテクノロジーへの移行はありますが、VMware ではファイバーチャネルの需要が減少しているとは考えていません。

これは VMware だけではありません。自動化、機械学習、DevOps に関するあらゆる話題の中でも、ファイバーチャネルは依然としてほとんどの IT プロフェッショナルにとって最優先事項です。 SAN ファブリックは、その固有の信頼性、セキュリティ、低遅延により、医療、金融、製造、保険、政府などの業界にとって重要です。もちろん、ファイバーチャネルテクノロジーは立ち止まっているわけではなく、現在出荷されている 64G ファブリックや、プログレッシブスイッチおよび HBA ベンダーでの 128G へのロードマップなど、進化を続けています。 Marvell QLogic は、ファイバチャネルテクノロジに関して比類のないリーダーシップと革新性を実証し続けています。

ファイバーチャネルがストレージエリアネットワークにとって頼りになるテクノロジーであるのには理由があります。それは、まさに機能するからです。ベンダーコミュニティは、業界の変化する要求を満たすために仕様を進化させるために協力するという強い取り組みを行っています。ソフトウェアベンダーによるテストは、セキュリティと信頼性だけでなく相互運用性にも焦点を当てており、それは VMware vSphere 8 の場合に明らかです。ベンダーは、新しいアップデートやハードウェアをデータセンターにリリースする前に、ファイバチャネルとの相互運用性を確保することに取り組んでいます。

VMware は、NVMe over Fabrics (NVMe-oF) の機能強化など、vSphere 8 にいくつかのコア機能を導入しました。もちろん、NVMe-oF の人気が高まっている理由はいくつかあります。主に、顧客は従来の SCSI や NFS を介して NVMe-oF に関連する高いパフォーマンスとスループットを享受できます。ストレージベンダーは NVMe アレイに移行しており、自社の製品ライン全体に FC-NVMe のサポートを追加しています。

VMware はこれをヒントに、NVMe-oF に固有の vSphere 8 に次のような大幅な機能強化を加えました。

すべての自動運転に関する話題がかなり大きくなってきています。ここでは SAN、特にファイバーチャネル SAN について話しているので、これは、雑草に巻き込まれることなく Autonomous SAN がどのように機能するかを強調するのに最適な場所です。

自律型 SAN は、医療、金融、政府、保険などの主要産業をサポートしているため、不可欠です。ファイバチャネル SAN は、その固有の信頼性とセキュリティにより、これらの業界で頻繁に導入されています。

これらの重要な業界での停止やダウンタイムは、壊滅的な事態になる可能性があります。期間に応じて、停止により数十万ドルまたは数百万ドルの収益が失われる可能性があります。医療分野では、停電により処置が遅れたり、緊急サービスが実行できなくなったりする可能性があります。これを念頭に置いて、ファイバーチャネル業界標準化団体は信頼性と可用性の向上を追求し続けています。

最新のデータセンターと高度なアプリケーションの需要を満たすために、業界は本来意図されていないタスクを実行するようにデバイスを構成しています。インテリジェントなデバイスがあるだけでは十分ではありません。今日では、周囲のすべてを認識できる設置ベースが必要です。これは「協調的インテリジェンス」と呼ばれるもので、デバイスは行われているアクティビティを認識するだけでなく、必要に応じてアクションを実行する機能も備えています。

自律型 SAN の取り組みの最初のフェーズは、ファブリックパフォーマンス影響通知 (FPIN) と呼ばれるアーキテクチャ要素を開発することです。ファブリック通知は、ファブリック内で発生するイベントをネットワーク内のデバイスに通知するメカニズムを作成し、復元力の決定を支援します。 2 種類のエラー状態が発生する可能性があります。論理エラーは多くの場合、再試行または論理リセットによって回復でき、システムへの影響は比較的少ないです。一方、物理的なエラーの場合は、修復を完了するために同様の介入が必要になることがよくあります。断続的なエラーは解決が難しく、時間がかかる場合があります。

ファブリック通知を使用すると、ファブリック (またはエンドデバイス) が断続的な物理的な問題を検出し、エラーが持続するかどうかを監視し、持続する場合は、イベントの影響を受けるデバイスに送信されるメッセージを生成します。この情報により、マルチパスソリューションは物理エラーの場所と性質を認識し、それを「回避」できます。 IT 管理者は、エラーを解決するための回復コマンドの特定、隔離、または開始に関与する必要はありません。

これらのメカニズムはすべて、機能の交換と操作の登録を通じてエンドデバイスによって制御されます。ファブリック内のファイバーチャネルスイッチは、他のファブリックコンポーネントを認識できるため、ストレージネットワーク、接続されているデバイス、およびインフラストラクチャ全体に関する情報を収集できます。これらのスイッチはファブリック全体でその情報を交換し、自己学習、自己最適化、自己修復を実現する自律型 SAN の真のビジョンを作成します。

ファブリック通知は、最終的にファブリック内のデバイスにインテリジェンスを提供し、無駄なエネルギーのトラブルシューティング、分析、および問題の解決を排除し、パフォーマンスや障害に影響を与える問題をデバイスが修正することで自動的に解決されます。

VMware は、業界標準のテクノロジーであるファブリックパフォーマンス影響通知 (FPIN) を使用して、FC ファブリックイベントのアラートを受信、表示、有効にするプロセスを備えたインテリジェントな自動運転 SAN を提供するための基盤を築きました。

FPIN は、ゾーン内の別のポートの状態をエンドデバイスに通知するためにファブリックポートによって送信される通知フレームです。条件には次のようなものがあります。

プロアクティブな通知メカニズムにより、ポートの問題を迅速に解決でき、ダウンタイムを軽減するために回復アクションを設定できます。

図 1: Marvell QLogic FC を搭載した vSphere 8.0 は、SAN のオーバーサブスクリプションを示すファブリック通知を登録および受信します

図 2: Marvell QLogic FC を搭載した vSphere 8.0 は、リンクの整合性の低下を示すファブリック通知を登録および受信します。

Marvell QLogic Enhanced 16GFC、Enhanced 32GFC、および 64GFC HBA は vSphere 8.0 に完全に統合され、自律型 SAN の構成要素として機能するファブリック通知テクノロジーをサポートします。

VMware は、ここ数回の vSphere リリースで vVol に焦点を当ててきました。 vSphere 8.0 では、コアストレージに、初期リリースでのみ FC-NVMe サポートを伴う NVMe-oF の vVol サポートが追加されました。ただし、VMware は、vSphere NVMe-oF でサポートされる他のプロトコルの検証とサポートを継続します。新しい vVols 仕様、VASA/VC フレームワークは、ここで見つけることができます。

業界や多くのアレイベンダーがパフォーマンスの向上と遅延の低減を目的として NVMe-oF サポートを追加しているため、VMware は vVol が最新のストレージテクノロジーでも最新の状態を維持できるようにしたいと考えていました。

パフォーマンスの向上に加えて、NVMe-oF vVol のセットアップも簡素化されています。 VASA が登録されると、基本的なセットアップがバックグラウンドで完了し、作成するのはデータストアだけになります。 VASA は、すべての仮想プロトコルエンドポイント (vPE) 接続を処理します。お客様は、vCenter のストレージポリシーベースの管理を通じて、vVols データストア内の NVMe-oF ストレージアレイを管理できるようになりました。 vSphere 8 では、追加のネームスペースとパスのサポートも追加され、vMotion のパフォーマンスが向上しました。

ファイバーチャネルによって証明されるように、サーバーの仮想化はリンク共有の増加を促進しました。データセンター内の仮想マシン (VM) の数が増えると、共有リンクは利用可能な最大帯域幅を利用して、CPU コア、メモリ、その他のシステムリソースに関連するデータを転送します。 VM および他の物理システムから送信されたデータは混在します。そのデータはストレージエリアネットワーク (SAN) トラフィックと同じパスに沿って移動するため、すべて同じように見え、個別のデータストリームとして見ることはできません。

Marvell QLogic の VM-ID (フレームのタグ付けを使用して、SAN 全体でさまざまな VM とその I/O フローを関連付けるエンドツーエンドのソリューション) を利用すると、共有リンク上の各 VM を解読できるようになります。 QLogic は、最新の 64GFC、Enhanced 32GFC、および Enhanced 16GFC ホストバスアダプター (HBA) でこの機能を有効にしました。このテクノロジーには、VMware ESX からグローバルに一意の ID を収集するアプリケーションサービスモニターが組み込まれています。その後、すべての VM からのさまざまな ID を解釈して、インテリジェントな監視を実行できます。

VM-ID は、ファブリックを介して元の VM からの I/O に対する深いレベルのビジョンをもたらし、SAN マネージャーがアプリケーションレベルのサービスを制御し、QLogic ファイバーチャネル HBA 内の各仮想ワークロードに指示できるようにします。

図 3: Brocade スイッチ分析エンジンは、Marvell ファイバーチャネル HBA によって個々の VM-ID でタグ付けされたファイバーチャネルフレームをカウントすることにより、VM ごとの統計を表示できるようになりました。

1988 年にこのプロトコルが初めて開始されて以来、ファイバーチャネルの進歩は続いています。最初の FC SAN 製品である 1Gb FC は 1997 年に出荷が開始され、進化は今日も続いており、128Gb 製品が登場する予定です。

3 ～ 4 年ごとに、FC の速度は 2 倍になります。パフォーマンスの向上に加えて、ファブリックサービス、Universal SAN Congestion Mitigation を備えた StorFusion™、NPIV (仮想化)、クラウドサービスなどの新しいサービスが含まれています。ネットワーク企業と OEM はこれらの標準の開発に参加し、信頼性と拡張性のあるストレージネットワーク製品を提供するために協力し続けています。

ファイバーチャネルは、市場で最も信頼性の高いストレージ接続ソリューションとみなされており、進歩的な機能拡張を提供する伝統があります。サーバーとストレージのテクノロジーにより、より大きな SAN 帯域幅の需要が高まっています。アプリケーションとストレージの容量、SSD と NVMe をサポートする 32Gb および 64Gb のストレージアレイ、サーバー仮想化、およびマルチクラウド展開は、より高いスループット、より低い遅延、より高速なリンク速度をすべて予測可能なパフォーマンスで提供するため、ファイバーチャネルの価値を証明しています。

マーベルは最近、まったく新しい 64GFC HBA の導入を発表しました。これらには、利用可能な帯域幅を 2 倍にし、より高速な PCIe 4.0 バスで動作し、FC と FC-NVMe を同時にサポートするシングル、デュアル、クアッドポート FC HBA の QLE2870 シリーズが含まれており、将来性のあるミッションクリティカルな企業に最適です。アプリケーション。

NVMe デバイスが非常に高速な読み取りおよび書き込みアクセスを実現することに異論の余地はありません。したがって、議論は、これらの NVMe デバイスが依然として保証された配信を必要とするストレージデバイスであることを考慮せずに、高速ネットワークに接続することに移ります。ロスレス配信方式として開発された技術がファイバーチャネルです。業界リーダーによる多数のテストでは、基盤となるテクノロジーがファイバーチャネルである場合、NVMe-oF と NVMe/FC のパフォーマンスが向上しました。

フラッシュアレイにより、高密度の仮想化ワークロードでブロックストレージのパフォーマンスが向上し、データ集約型のアプリケーションの応答時間が短縮されます。ネットワークインフラストラクチャがフラッシュストレージアレイと同じレベルで実行できない場合を除き、これはすべて非常に良好に見えます。

フラッシュベースのストレージには、確定的で低遅延のインフラストラクチャが必要です。他のストレージネットワーキングアーキテクチャでは、遅延が増加することが多く、ボトルネックやネットワークの輻輳が発生します。これが発生すると、より多くのパケットを送信する必要があり、さらに混雑が発生します。 Channel のクレジットベースのフロー制御を使用すると、パケットをドロップしたり再送信を強制したりしながら、宛先バッファが受信できるのと同じ速さでデータを配信できます。

私たちは今年初めに、マーベルの FC-NVMe アプローチに関する詳細なレビューを投稿しました。詳細については、「Marvell Doubles Down on FC-NVMe」を参照してください。

VMware ブログでは、NVMe over Fabrics (NVMe-oF) について、NVMe プロトコルを使用してネットワークファブリック経由でホストを高速フラッシュストレージに接続するプロトコル仕様として説明しました。 VMware は、vSphere 7 U1 で NVMe-oF を導入しました。 VMware ブログでは、vSphere 仮想化環境ではファイバチャネル (FC-NVMe) が一貫して SCSI FCP よりも優れたパフォーマンスを示し、より高いスループットとより低いレイテンシを実現するベンチマーク結果が示されたと述べています。 NVMe over TCP/IP のサポートが vSphere 7.0 U3 に追加されました。

NVMe の採用の増加に基づいて、VMware は NVMe-oF を使用した共有 NVMe ストレージのサポートを追加しました。固有の低遅延と高スループットを考慮して、業界は AI、ML、IT ワークロードに NVMe を活用しています。通常、NVMe はローカル PCIe バスを使用するため、外部アレイに接続することが困難でした。当時、業界は IP と FC に基づいた NVMe-oF の外部接続オプションを進めていました。

vSphere 7 では、VMware は NVMe over FC および NVMe over RDMA で NVMe-oF を使用する共有 NVMe ストレージのサポートを追加しました。

ファブリックは、ストレージエリアネットワークに必要なロスレスで保証された配信を維持しながら、より高速な速度を提供し続けます。 vSphere 8.0 は、これまでで最速の FC 速度である 64GFC をサポートしています。

vVols は、ここ数リリースの VMware ストレージエンジニアリングの主な焦点であり、vSphere 8.0 では、コアストレージに NVMe-oF の vVols サポートが追加されました。当初、VMware は FC のみをサポートしますが、他の NVMe-oF プロトコルの検証とサポートを継続します。

これは、新しい vVols 仕様、VASA/VC フレームワークです。詳細については、VASA 4.0/vVols 3.0 にアクセスして、この新しい vVols 仕様の詳細をご覧ください。

vSphere 8 では、引き続き機能と拡張機能が追加されており、最近では、サポートされるネームスペースが 256 に、NVMe-FC および TCP のパスが 2K に増加しました。もう 1 つの機能である NVMe デバイスの予約コマンドサポートが vSphere に追加されました。予約コマンドを使用すると、顧客は NVMe-oF データストアを備えた Microsoft WSFC でクラスター化された VMDK 機能を使用できるようになります。

ファイバーチャネルには、自動検出という別の効率が組み込まれています。 FC デバイスがネットワークに接続されると、必要な認証情報がある場合は自動的に検出され、ファブリックに追加されます。ノードマップが更新され、トラフィックがファイバーを通過できるようになります。これは、管理者の介入を必要としない簡単なプロセスです。

NVMe/TCP を実装すると、より多くのオーバーヘッドが発生します。 NVMe/TCP には自動検出メカニズムがないため、ESXi には NVMe Discovery Service のサポートが追加されました。 ESXi の高度な NVMe-oF Discovery Service サポートにより、標準に準拠した NVMe Discovery Service の動的な検出が可能になります。 ESXi は、mDNS/DNS-SD サービスを使用して、ネットワーク上のアクティブな NVMe-oF 検出サービスの IP アドレスやポート番号などの情報を取得します。 ESXi は、(NVMe) 検出サービス (DNS-SD) を提供するエンティティからの情報を要求するマルチキャスト DNS (mDNS) クエリを送信します。このようなエンティティが (クエリが送信された) ネットワーク上でアクティブである場合、要求された情報 (つまり、サービスが実行されている IP アドレスとポート番号) を含む (ユニキャスト) 応答をホストに送信します。

ファイバーチャネルは、ブロックストレージを運ぶことを目的として構築されており、この記事で概説したように、低遅延、ロスレス、高性能、信頼性の高いファブリックです。明確にしておきたいのは、一部の重要な高速ネットワークにおけるストレージトラフィックに対する TCP の使用を改善するための進歩が見られるということです。しかし、TCP がロスレスネットワークではないという事実には変わりがなく、データの再送信には依然として懸念があります。

Marvell FC 製品ファミリー

このレポートはマーベルの後援を受けています。このレポートで表明されているすべての見解や意見は、検討中の製品に対する当社の公平な見解に基づいています。

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IBM が Selectric を設立して以来、私はテクノロジー業界に携わってきました。しかし、私のバックグラウンドは執筆です。そこで私はプリセールスの仕事から抜け出し、自分のルーツに戻り、少し執筆活動をしながらもテクノロジーに携わることにしました。

革新性と信頼性により、ファイバー チャネルがデータセンター SAN の選択肢となる

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