コアからワイヤリングクローゼットまでを100GbEで実装
医療研究機関が100GbEネットワークの導入を決断した理由
高いスループットと低いレイテンシの両立を目指し、40GbEを検討せずに一足飛びで100GbEに進むことにした米国の医療研究機関。その決断の理由とは?
ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)の要件をサポートするため、米国のある非営利の医療研究機関が米Brocadeのソリューションを用いて100ギガビットイーサネット(GbE)のバックボーンを構築した。
メリーランド州チェビーチェイスのハワードヒューズ医療研究所(HHMI)では、研究者らが日々大量のデータ画像を生成しており、多くの場合、キャンパスアクセスレイヤーで10GbE接続が必要となると同研究所のエンタープライズシステム担当ディレクター、スパルタコ・チチェルキア氏は説明する。
「当研究所ではデータ取得からストレージ、ストレージからHPC環境、あるいはストレージから視覚化やレンダリングやデータ評価へと大量のデータが移動している。今や皆が大量のデータを生成している。そうしたデータを取得点からストレージなどの他の場所へ移動させるのは難しい課題だ。ネットワークがボトルネックになりかねないからだ」と同氏(関連記事:60.9%が無線環境を構築 読者調査が示す企業ネットワークの今)。
研究者がネットワークに送り込むデータ量が増加の一途をたどっていることから、チチェルキア氏は米Force10 Networksのインフラを基盤とした10GbEのレガシーネットワークがボトルネックになる可能性を懸念した。そして2010年の冬にはHHMIがネットワークの5年ごとのリフレッシュ時期を迎えていたこともあり、チチェルキア氏は利用できる中で最速のファブリックにアップグレードすることを決断した。
「極めて高いスループットと低いレイテンシ(遅延)を実現してくれるであろうネットワーク設計を目指すことにした。それまでもコアで複数の10Gビットリンクを束ねて既に20~40Gビット程度のスループットを実現していたわけだから、40GbEは検討すらせず、一足飛びで100GbEに進むことにした」と同氏。
コアから各ワイヤリングクローゼットまでを1組の100GbEリンクで接続
チチェルキア氏はHHMIのデータセンターのコアに、マルチシャーシトランキング(MCT)機能を備えたBrocadeの「MLXe-32」シャーシを2台インストールした。MCTはネットワーク仮想化技術であり、ユーザーは2台のスイッチを1つの仮想端末のように動作させられる。各MLXe-32シャーシはイーサネットブレード用に32スロットを装備する。HHMIはMLXe-32スイッチのスロットの半分に100GbEポートを取り付け、シャーシに計32個の100GbEポートを装着した。残りのスロットには1GbEと10GbEのポートが装着されている。
この2台のMLXe-32シャーシは、各ワイヤリングクローゼットにインストールされた計16台のMLXe-16シャーシからトラフィックをアグリゲート(集約)する。各MLXe-16シャーシは100GbEアップリンクを2つ装備し、それがHHMIの各コアスイッチに接続している。チチェルキア氏によると、MCT機能のおかげでネットワークからスパニングツリープロトコル(STP)を排除できるため、この2つの100GbEアップリンクはどちらも常にアクティブだという。
さらにチチェルキア氏は100GbEネットワークで高い性能を確保すべく、VoIPとテレビ会議用にキャンパスネットワークをもう1つ導入した。この2つ目のネットワークは無線LANに有線バックボーンを提供する役割も果たしており、イーサネット経由でノートPCや無線アクセスポイントに電源を供給するためのPower over Ethernet(PoE)機能に対応した「Brocade FCX」スタッカブルスイッチが複数配置されている。この2つ目のネットワークもHHMIの2台のMLXe-32コアスイッチにアグリゲートされる。FCXスイッチの各スタックは1組の10GbE接続を介してコアにアップリンクする。
2つのキャンパスネットワークの集約に加えて、MLXe-32シャーシはHHMIのデータセンターコアとしても機能し、サーバとHPCトラフィックを集約している。
「データセンターではArista Networksのトップオブラック(ToR)スイッチを使用している。優先度の低いキャビネット向けにはBrocade FCXスイッチを何台か配備しており、他にForce10のレガシーなトップオブラックスイッチも何台かある。そちらについては目下、リプレースを進めているところだ」とチチェルキア氏。
100GbEネットワーク導入の初期結果:スパニングツリーが不要に
新しいネットワークへの切り替えは2011年9月に実施された。この切り替えにより、HHMIはネットワークコアをそれまでのForce10シャーシ4台からMLXe-32スイッチ2台へとまとめられた。
チチェルキア氏によると、こうしてアーキテクチャを整理統合したことで、より低いレイテンシが確保され、その一方でポートの密度を高められたという。
「それに加えて、われわれはスパニングツリーを用いた昔ながらの設計から、MCTを用いた完全なアクティブ-アクティブ構成へと移行した。その結果、スイッチを4台から2台に減らしてレイテンシを50%近く短縮できただけでなく、スパニングツリーにおいてパッシブモードで使用するリンクが不要になったことで効率も100%強化できた。MCTに移行したおかげで、われわれはインフラ全体をフルに活用できるようになった」と同氏。
なお、従来のスパニングツリー設計からBrocade MLXe-32コアを使ったMCT設計へと移行するに当たり、チチェルキア氏はネットワークのテストでちょっとした不具合に遭遇した。
「われわれはパイプラインとリソースのおかげで、スパニングツリーを一切不要にすることができた。そこでMLX-e-32はMCT機能に加えて、802.1w(RSTP:Rapid Spanning Tree Protocol)を実行できるようにも構成されている」と同氏。
あいにくコアスイッチ上の一部の10GbEインタフェースがリセットを繰り返すというトラブルが発生し、チチェルキア氏のスタッフはその原因を特定できなかった。そこで同氏は問題解明のため、Brocadeにパケットキャプチャー分析を依頼した。
「MCTと802.1wの間にソフトウェアのバグがあることが分かった。特にForce10のトップオブラックスイッチに関係する不具合だった。Brocadeがすぐにパッチを用意することはできないと分かり、われわれはスパニングツリーの設定を802.1wから802.1sに修正してみた。すると、問題は解消された。その後、Brocadeはパッチを発行している。だがわれわれはネットワークを安定させる時間が欲しかったし、パッチを展開するのに都合のよい管理のタイミングもなかった。われわれは年末休暇中にこのパッチを適用する予定だ」とチチェルキア氏は語っている。
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