インフラ全体で仮想I/O管理を共通化できる「スイッチによるI/O仮想化」

ストレージI/Oの仮想化手法の1つである「スイッチによるI/Oの仮想化」は、ネットワーク全体で特定のVMに対して一定レベルのパフォーマンスを保証でき、さらに故障時の可用性対策にも有効だ。

公開 2012年11月02日 08時01分

著者

George Crump

[TechTarget]

印刷する Googleで優先するソースとして追加

「ストレージI/Oの仮想化」関連用語を理解

　仮想サーバと仮想デスクトップが普及したことで、ストレージへのI/O要求がさらに高まった。その解決策として「仮想I/O」に注目が集まっている（関連記事：煩わしいI/O管理からCPUを解放するネットワークの仮想化手法）。これから2回にわたり、ストレージI/Oの仮想化を実現する方法を解説していく。

　まずは、ストレージI/Oの仮想化に関連する重要な用語を解説しよう。I/O仮想化を検討する上では、知っておく必要があるものばかりだ。

押さえておきたい「ストレージI/Oの仮想化」関連用語
用語	意味
コンバージドネットワークアダプター（CNA）	イーサネットネットワークインタフェースカード（NIC）とファイバーチャネルホストバスアダプター（HBA）の機能を組み合わせたアダプター
Fibre Channel over Ethernet（FCoE）	ファイバーチャネルをイーサネットネットワーク上で動作させるストレージプロトコル
NICパーティショニング（NICP）	ネットワークインタフェースデバイスを論理的に分割し、複数の仮想サーバで利用できるようにする技術。QLogicが開発
PCI-SIG I/O Virtualization（IOV）	PCI Express（PCIe）ベースのデバイスを共有するための規格を開発するPCI分科会
シングルルートI/O Virtualization（SR-IOV）	1台のコンピュータ内でPCIeデバイスを共有するためのPCI-SIG規格

マルチルートI/O Virtualization（MR-IOV）：複数のコンピュータ（ブレードシステムなど）でPCIeデバイスを共有するためのPCI-SIG規格

　これらの仮想I/Oカードで登場しつつあるもう1つの機能として、「仮想スイッチをカード上に作成する」機能がある。これは特に仮想化サーバ環境で役立つ機能であり、サーバから送出されるネットワークトラフィックを大幅に減少させる効果がある。この機能を使えば、同じホスト上で動作する2個のVMが互いに直接通信することが可能になる（これは極めて一般的な要求だ）。仮想スイッチは、このトラフィックをわざわざ物理スイッチに送らず、ローカルトラフィックを物理ホストの内側に隔離する。これもホスト内部のVMのパフォーマンスと全体的なネットワーク効率の向上につながる。

　また、I/O仮想化を提供できるネットワークアダプターは、使用するストレージプロトコルの種類を仮想化する機能を備えている。例えば、FCやFCoE、10GbE、iSCSIをサポートするカードもある。仮想I/Oアダプターには、サーバあるいはVMの動作を中断せずにポートの設定を変更する機能も求められる。現在、一部のアダプターでは再起動が必要だが、それもいずれ改善されるだろう。

インフラレベルの仮想I/O

　I/Oを仮想化できるもう1つの場所が「インフラそのもの」である。このインフラ仮想化は、仮想化されたネットワークアダプターと組み合わせることができる他、単独で運用することも可能だ。インフラレベルのI/O仮想化には、2つのタイプが存在する。1つは「スイッチインフラの仮想化」で、これは基本的にアダプターにおいて仮想I/Oを拡張するという手法だ。もう1つは、「広範なI/O仮想化を実現するゲートウェイ型装置を使用する」方式で、基本的には専用I/Oファブリック（一般的にはI/Oゲートウェイと呼ばれる）である。

スイッチレベルの仮想I/O

　仮想I/Oネットワークアダプターがホスト内でネットワーク帯域の制御と割り当てが行えるというのは、確かに大きなメリットだ。しかし、スイッチインフラがそれを管理する方法を知らなければ、この最適化のメリットの多くが失われる。米Brocadeや米Cisco Systemsなどの企業は、仮想I/Oをサポートするスイッチを提供している（関連記事：基幹ルータからUTMまで　仮想化を推し進めるネットワーク機器たち）。これらのスイッチは、ネットワーク全体を通じて特定のVMに対して一定レベルのパフォーマンスを保証することができる。スイッチレイヤーで各VMを識別し、パフォーマンス特性に対応したポリシーを含む特定のポリシーを設定することが可能だ。これらのポリシーは一般に、サービス品質のレベル（低／中／高）あるいは利用可能な帯域全体の割合（％）として設定される。

　仮想I/Oのポリシー管理は、パフォーマンスだけに限定されているわけではない。セキュリティやその他の設定も、物理ポート別ではなくVM別に設定できる。これは仮想サーバ環境では大きなメリットがある。ホスト間でVMを移行した場合、各VMのネットワーク設定がそのまま引き継がれるからだ。

　特に注目されるのは、一部のベンダーでは、スイッチとNIC間の通信を可能にする仮想I/Oソリューションを開発しているということだ。これにより、カードレベルで設定したポリシーがホストとスイッチ間のインフラ全体に反映されるのだ。この通信機能がなければ、例えば、利用可能なネットワークI/O帯域の25％を割り当てるよう設定したVMを別のホストに移行すると、この優先的なアクセス設定が失われる恐れがある。スイッチレイヤーでの仮想I/Oでは、VMが仮想環境内で移動した場合でも、こういった設定を引き継がせることが可能になる。

　また、自身を仮想化できるスイッチもある。この技術を利用すれば、ネットワークに配備した複数の独立したスイッチが1つの巨大なスイッチのように見える。個々のスイッチにログインして管理する必要がないので、設定とポリシーの管理が大幅に簡素化される。スイッチ群の仮想化により、その中のスイッチの1つが故障した場合の可用性対策も容易になる。

　次回は、仮想I/Oゲートウェイの解説と仮想I/Oの実装方式の選択基準ポイントを紹介する。

印刷する

この記事の著者

George Crump

インフラ全体で仮想I/O管理を共通化できる「スイッチによるI/O仮想化」

「ストレージI/Oの仮想化」関連用語を理解

関連記事

インフラレベルの仮想I/O

スイッチレベルの仮想I/O

関連記事

この記事の著者

新着ホワイトペーパー PR

瞬時にM365が乗っ取られる――全社員に周知すべき“新フィッシング”の教訓