「LinuxとWindowsの違い」だけではない
いまさら聞けないファイルシステム 「NFS」と「CIFS/SMB」の違い
NFSとCIFS/SMBとはどのような違いがあるのだろう。NFSとCIFS/SMBをどのように使い分けるかを説明できるだろうか?
「Network File System」(NFS)と「Common Internet File System」(CIFS)/「Server Message Block」(SMB)は、サーバなどのリモートコンピューティングデバイスに保存されたファイルを、クライアントシステムに表示し、アクセスできるよう設計されたプロトコルだ。CIFSは、SMBプロトコルのバリエーションの1つだが、現状のストレージシステムの大半はSMBプロトコルを使用している。
Microsoftは「Server Message Block Version 1.0」(SMB1)を「Windows 2000」で導入して以降、CIFSという用語を使わなくなった。同社はCIFSとSMB1の間ではほとんど変更を加えておらず、同じ種類を示すID「Windows NT LAN Manager 0.12」(NTLM 0.12)を使っている。
「SMB Version 2」(SMB2)は、MicrosoftがSMBの概念を基礎に開発した新しいファイル共有プロトコルだ。以降の更新はこのSMB2を基に構築している。CIFSは「SMBの1つの実装方式」として残っているが、現在のストレージシステムでCIFSが使用されることはほとんどない。
代表的な例を考えてみる。クライアントベースのアプリケーションやシステムが、ファイルにアクセスするためにサーバに要求する。あるいは、サーバで実行されているプログラムにメッセージを渡すためにサーバに要求する。要求された操作をファイルサーバが受け取り、応答を返す。そうすると、ユーザーはリモートコンピューティングデバイスやストレージデバイス上のファイルを、それが自分のPC上にあるかのように表示、保存、更新できるようになる。
NFSプロトコルもCIFS/SMBプロトコルも、OSやハードウェアを問わず動作するように開発されている。ただし、実際には、NFSはLinuxシステムや「UNIX」系のシステムに導入されるのが一般的だ。一方、CIFS/SMBは通常Windowsで使用される。それは、各OS向けに開発されたアプリケーションが、ある一連のファイルシステムプロパティを想定することが原因だ。
NFSアプリケーションとCIFS/SMBアプリケーション
それぞれのプロトコルの主な用途は大きく異なる。NFSは昔からミッションクリティカルな企業向けアプリケーションの導入に関連付けられている。OracleのデータベースやVMwareの仮想インフラなどがその例だ。それは、サーバメンテナンスやフェイルオーバー(冗長系への切り替え)による再起動後に、混乱なくクライアントからNFSに再接続できるためだ。
当初のCIFS/SMBは小規模LANで使用されるファイル、印刷サービス、アプリケーションの共有に重点が置かれることが多かった。Microsoftは、ユーザーが意識しないで再接続をするためのサポートを最近まで追加しなかった。サポートしたのは「SMB Version 3」(SMB3)プロトコルからだ。
Microsoftはサポート対象のWindowsの全バージョンで「NFS version 2」(NFSv2)クライアントと「NFSv3」クライアントを提供し、「Windows Server 2012」以降では「NFSv4.1」サーバを利用できるようにしている。同様に、LinuxでもSMBクライアントをサポートする。また、LinuxやUNIXでSMB/CIFSを有効にするオープンソースの「Samba」ソフトウェアもかなり以前から利用できる。Appleの「macOS」は主にSMBを使用するが、NFSもサポートする。企業向けストレージシステムの多くは、ファイルアクセス用にNFSとSMBの両方をサポートする。
NFSとCIFS/SMBの歴史
Sun Microsystemsは1980年代半ば、ローカルファイルアクセスに匹敵する速度でファイルシステムリソースを共有できるようにすることを目標に、NFSを開発した。NFSでは、ファイルシステム全体やその一部を、ユーザーやシステム管理者がマウントできる。
Sun Microsystemsは1989年に無償利用できるNFSプロトコル仕様を「Request for Comments 1094」(RFC 1094)として公開した。これはインターネット標準化団体IETFから入手できる。Sun Microsystemsは1985年以降、NFSソースコードの参照実装の商用ライセンスを多くのベンダーに許可している。IBMなど、RFC 1094に基づき独自バージョンのNFSを作成しているベンダーもある。オープンソース版のNFSは「FreeBSD」で初めて登場した。後にLinuxでも提供されるようになり、現時点ではこれが最も多数を占めるNFS実装になっている。
1998年、Sun MicrosystemsはNFSの保守管理をIETFに譲渡した。今も続くNFSプロトコルの開発にはさまざまなベンダーに属する技術者が貢献している。
バリー・フェイジェンバウム氏は、IBMの社員だった1980年代初頭に「BAF」プロトコルとして知られるSMBを作成した。このプロトコルは当初、IBMの「DOS」、MicrosoftとIBMが共同開発した「OS/2」、初期バージョンのWindowsで使用され、ネットワーク経由でファイルやデバイスを共有できるようにしていた。Microsoftを筆頭にIntelや3ComなどのベンダーがSMBの機能強化に取り組んだ。
Microsoftは1990年代に、同社の「Windows NT」OSをベースにしたSMBプロトコルのバージョンを表すためにCIFSという用語を使い始めた。同社はCIFSを、「Windows NT Server 3.51」「Windows NT Server 4.0」「Windows NT Workstation 4.0」「Windows 98」の各OSに使用するSMBプロトコルのNTLMバリエーションと定義した。CIFSという用語は、SMBプロトコルのバリエーション全てを表現するために使われることもある。
CIFSが設計されたのは、サーバシステムにホストされたファイルやディレクトリへの管理された状態での同時アクセスをクライアントに提供するためだけではない。ネットワーク経由での印刷キューやプロセス間通信サービスへのアクセスを容易にするためでもあった。それに対し、NFSは対象をファイル共有に限定している。
NFSとCIFSを比較すると、どちらのプロトコルもトランスポートには依存しない。だが、CIFSはダイレクトホスティングや「NetBIOS over TCP/IP」などのNetBIOSベースのトランスポートで最もよく使用された。
CIFS/SMB1が時代遅れといわれる理由
CIFSという用語は使われなくなっている。というのも、これが適用されるOSのサポートをMicrosoftが終了しているためだ。MicrosoftはWindows 2000のサポートも終了しているため、結果的にSMB1も使用されない。
CIFS/SMB1はNFSに比べて通信数が増える傾向がある。WAN経由ではファイルプロトコルの最適化が必要になることもある。SMB1は、1980~1990年代に小規模LANでファイルやアプリケーションにアクセスするユーザー向けに設計されたものだ。Microsoftは「Windows Vista」と「Windows Server 2008」からSMBコードベースの大半を近代化(モダン化)して書き直した。
SMB2は、このプロトコルの以前のバージョンよりも効率とパフォーマンスに優れ、ファイルやアプリケーションに対する安全性の高いユーザーアクセスを、WANや大規模LANにおいて実現するために設計された。SMB3は、リモートダイレクトメモリアクセス(RDMA)ネットワークを介して最新のデータセンター規模で運用されるブロックインフラワークロード向けに開発された。加えて、高度に安全なファイルアクセスシナリオも視野に入れている。
NFSの進化が行きつく先はSMB?
NFSは長い時間をかけて進化してきた。パフォーマンスを上げるためのサーバへの非同期書き込み、アクセス制御リスト、新バージョンのファイルロックなどの機能が追加され、さまざまな点でSMBにますます似てきている。「NFSv4.2」は初期のNFSバージョンとは違って完全にステートフルだ。初期のNFSバージョンはその設計上、クライアントを機能させるのにサーバ側でクライアントの状態を保持する必要のない導入を対象としていた。だが、NFSでは持続的かつデータが重要なアプリケーションの継続使用を可能にするために、相変わらずサーバ再起動の処理と状態の復旧が行われる。
プロトコルのそれぞれの進化とともに「NFSv4」とSMB3はかつてないほど機能が似てきている。だが、NFSとCIFS/SMBを比較すると、NFSは今後もLinux環境で主に使用される可能性が高く、WindowsではSMBが主流になることは変わらないだろう。
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