平成24年度秋期 ネットワークスペシャリスト 午後Ⅱ 問1

問1 データセンタの分散化に関する次の記述を読んで，設問1～5に答えよ。 C社は，OA製品の製造・販売会社である。C社では，被災しても事業が継続できるように，サーバ及びデータを保存するストレージを堅ろうな既設データセンタに収容していた。しかし，事業継続計画を見直した結果，災害によっては，1か所集中型のデータセンタでは事業継続が困難になることが分かり，データセンタの分散化を行うことになった。 分散化に当たって，新たに構築するデータセンタ（以下，新データセンタという）は，被災時に使用するバックアップセンタとしての役割だけでなく，通常時に，蓄積された各種データの分析にも活用することにした。S主任とN君は，このプロジェクトのネットワーク基盤の検討メンバに選任された。図1は，既設システムと新データセンタのネットワーク構成図である。 図1 既設システムと新データセンタのネットワーク構成図 新データセンタの構築においては，将来のITシステムの技術動向を踏まえて，拡張性に配慮したシステムを目指した。そこで，ブレード型サーバを使用し，その中で仮想化技術を用いて，仮想サーバを動作させることにした。サーバと他の機器との接続には，信頼性，QoS，必要通信帯域など多様な要求に対応するネットワークを実現する必要があった。加えて，ラックに搭載するブレード型サーバの外部接続インタフェース及び配線のための収容スペースが少ないので，配線を減らしたいという要求もあった。 S主任は，SAN（Storage Area Network）のトラフィックを収容することを想定して，次のようなネットワーク設計方針をN君に示した。 (1) 信頼性を高めるための冗長経路を，同時に利用した通信帯域の拡張 (2) SAN用に利用可能な，ロスがなく低遅延のデータ転送 (3) サーバの外部接続インタフェースを簡素化するためのLANとSANの統合 (4) 統合ネットワークの高信頼化 N君が，設計方針を実現するための調査をしていく中で，イーサネットの拡張機能をベースに，複数の技術を組み合わせる必要があることが分かってきた。そこで，N君は，設計方針とその実現技術を関係付けたネットワークの検討を，図2に示す順序で進めることにした。 図2 設計方針とその実現技術を関係付けたネットワークの検討 〔【1】複数経路の同時利用方式〕 イーサネットでは，ループしている経路があると，ブロードキャストフレームが無限にループするので，論理的な接続ではループを作らないように，例えばSTP（Spanning Tree Protocol）の場合には，ポートの閉塞処理が行われる。このため，物理的に冗長な経路を導入しても，同時にはその経路を利用できないという問題がある。 N君が調べたところ，ルーティングを行うブリッジ（以下，RBという）で構成された1組のネットワーク（以下，RBファブリックという）内で，複数経路を同時に利用できる方式（以下，複数経路制御方式という）があることが分かった。 図3は，複数経路制御方式を説明するためのRB構成を示している。“デバイス”は，RBファブリックに接続するホストやストレージを表している。RBファブリックを構成するRBには，2種類のポートがある。一つはRB間の接続用ポート（以下，ファブリックポートという）であり，もう一つは，デバイスとの接続用ポート（以下，エッジポートという）である。各RB内には，イーサネットフレーム（以下，フレームという）の転送制御のための経路制御テーブルが作成される。経路制御テーブルの内容は，宛先RBごとに，出力するファブリックポート番号と宛先RBまでのホップ数の組合せを示したものである。図3では，例としてRB1の経路制御テーブルを示している。 図3 複数経路制御方式を説明するためのRB構成 RBファブリックに入ってきたフレームは，出口となるエッジポートがあるRB（以下，出口RBという）に向かって，経路制御テーブルに従って転送されていく。出口RBまで，最小ホップ数の経路が複数ある場合，同時に複数経路を利用できる。また，ある経路に障害が発生しても，複数ある経路の残りの経路が使える場合は，継続してフレームの転送ができる。 一方，RBファブリックに入ってきたフレームの出口RBと，そのRB内の出力するポートを知るためには，接続されたデバイスのMACアドレスをあらかじめ学習しておく必要がある。①RBファブリックでは，各RBで学習したMACアドレスは，あらかじめ決められたRBに集められた後，各RBで共通に使われるMACアドレステーブルが作られて，全RBに配信される。図3では，配信されたMACアドレステーブルを示している。 次に，RBファブリックのエッジポートに入ってきたフレームが，どのように変換されて転送されるかを説明するために，RBファブリックのフレーム転送を，図4に示す。図4では，デバイス1からデバイス2にフレームを転送する場合を示している。 図4 RBファブリックのフレーム転送 入力フレームは，図4中の（B）に示すヘッダ（以下，TRヘッダという）が付加され，カプセル化されてRB間を転送される。RB間を転送されるフレームのイーサタイプには，TRヘッダをもつフレームであることを示す値（TR）が設定される。出口RBは，図3のMACアドレステーブルを，入力フレームの宛先デバイスのMACアドレスを宛先MAとして参照することで，決定される。次の転送先となるRBは，図3に示した経路制御テーブルを，出口RBを宛先RBとして参照することで，決定される。TRヘッダのHCの値は，RBを通過するたびに減算され，HCの値が0のフレームは廃棄される。出口RBまで転送されてきたフレームは，カプセル化の解除が行われ，TRヘッダが外されて宛先デバイスに送出される。 フレーム送出時に，TRヘッダ中のHCを適切な値にして送信するように設定すると，障害時の代替経路として，残りの正常な経路が使用できる。 〔【2】ロスレスイーサネット技術〕 ストレージのデータ転送のような場合に，大きな通信帯域と信頼性を実現するためにイーサネットを拡張する技術が，IEEE 802.1委員会のDCB（Data Center Bridging）タスクグループで規格化されている。今回の要件を満たすには，ホスト，ストレージ及びRBに，この拡張されたイーサネット（以下，拡張イーサネットという）を使用する必要がある。拡張イーサネットでは，優先度別のキュー制御や，スイッチ内バッファの【ア】によるデータロスを防ぐためのスイッチ間バッファ管理の仕組みが規定されており，従来のイーサネットにはないロスレス転送を実現している。また，インタフェースの速度としては，FC（Fibre Channel）の2Gビット／秒を超える，最低でも【イ】Gビット／秒のイーサネットの採用が必要と考えられる。 ホストに実装するアダプタであるCNA（Converged Network Adapter）は，拡張イーサネットに対応するとともに，HBA（Host Bus Adapter）とNICの両方の機能を備えている。CNAがもつこれらの機能は，OSからはそれぞれ別のインタフェースとして認識され，別のMACアドレスが使われる。CNAを使うことで，ストレージとのI/O用のFCフレームを，イーサネットフレームにカプセル化して転送することができる。 〔【3】イーサネットを使用したSANのデータ転送〕 FCoE（Fibre Channel over Ethernet）は，拡張イーサネットを使用してFCフレームを転送する技術である。FCフレームをカプセル化して転送するフレームのイーサタイプには，FCoEを示す値が設定される。FCoEを使うためには，FCoEに対応したインタフェースを備えたスイッチ（以下，FCoE-SWという）が必要になり，さらに，FCSW（Fibre Channel Switch）に相当する機能を実現するFCF（FCoE Forwarder）をFCoE-SW上に実装する必要がある。FCによるSANは，複数のFCSW及びFCoE-SWによるネットワーク（以下，FCファブリックという）となる。 FCファブリックでは，接続しようとするホストは，最初にログイン処理を行う必要がある。このログイン処理を行うことで，ホストの接続ポートを識別するID（以下，FCIDという）が割り当てられる。FCIDは，ドメイン，エリア及びポートという物理的な接続関係を表すフィールドで構成されている。FCoE対応のホストは，FCファブリックに接続するために，FIP（FCoE Initialization Protocol）を用いてイーサネット経由でFCFにログインする。FIPを用いてFCFにログインすると，FCファブリック側から下位24ビットをFCIDとした，FCファブリック内でユニークなMACアドレスが，CNA中のHBAに当たる部分に割り当てられる（表1）。 表1 CNAに割り当てられるMACアドレスのフォーマット FIPのフレームは，制御を行うためのものであり，データ転送の場合のFCoEのイーサタイプとは別の，FIPを示すイーサタイプが使われる。 FCFを実装したFCoE-SWによるFCoE用のフレーム（以下，FCoEフレームという）及びFCフレームの転送を，図5に示す。 図5 FCoE-SWによるFCoEフレーム及びFCフレームの転送 FCFは，FIPの処理やFCoEフレームの中継処理を行うので，FCoEを使うためにはFCファブリック内にFCFが少なくとも一つは必要である。FCFを実装したFCoE-SWでは，FCoEフレームはFCFを経由して転送される。また，図5に示すように，FCF経由でFC対応のストレージを接続することも可能である。 〔【4】LANとSANのスイッチ統合〕 RBファブリックとFCファブリックを統合したネットワーク（以下，統合ファブリックという）を構築するには，スイッチの共用化を図る必要がある。この手段として，RB上にFCFを実装することが考えられている。FCFへは，拡張イーサネット経由でデバイスを接続するので，FCF機能を実装しないRBを経由してFCF機能付きのRBに接続することもできる。したがって，複数経路制御方式とFCoEを組み合わせて統合ファブリックを構成する場合，FCFを実装したRBをどこに配置するかが課題である。図6は，N君が考えた，FCF機能付きRBの配置構成案である。 図6 FCF機能付きRBの配置構成案 図6の構成案を見たS主任は，②“案1は，FCF機能のない簡素なRBを使って，ホストやストレージを接続できるが，ホストからストレージ1にアクセスする場合に問題がありそうだ”と指摘した。N君は，案1と案2を比較検討し，案2の配置構成を採用することにした。 これまでの検討結果を基にN君が採用した製品による，LANとSANの統合システムのフレーム転送を，図7に示す。 図7 LANとSANの統合システムのフレーム転送 図7では，ホスト1からストレージに向かうデータ転送用のフレームを例に，フレームの構造を示している。統合ファブリックのエッジポートに入ってきたフレームは，統合ファブリック内部を転送するためのTRヘッダが付加され，カプセル化されて，RB1→RB3→RB2へと転送される。ストレージが接続されたRB2に到達すると，カプセル化が解除され，TRヘッダが外されて，ストレージに向けて送出される。 〔【5】統合ネットワークの高信頼化〕 N君は，これまでの調査で，LANとSANを統合するネットワーク技術に見通しがついたので，新データセンタのネットワーク構成を検討するために，SANの可用性の確保について構成要件を検討することにした。まず，サーバからストレージ内の論理的なディスクであるロジカルユニット（以下，LUという）へのアクセス経路について調べた。ストレージシステムは，データベースに高速にアクセスしたり，重要なデータを保存したりするために，高い信頼性・可用性が要求される。要求を実現するには，ホストから目的のLUへのアクセス経路を複数確保する必要がある。このとき，【ウ】と呼ばれる，1か所での障害発生時にシステム全体が動作不能になってしまう機器や部位を作らないことが重要である。 FCSWから構成されるFCファブリックでは，ホストとストレージ間通信のための通信可能なポートの組合せはFCSWが管理している。また，ストレージには，複数経路からLUへのアクセスを可能にするストレージコントローラ（以下，SCという）がある。ホスト側では，LUへの経路について，③HBA→SC→LUという経路の組合せで管理するものが多い。このように，複数のアクセス経路がある場合，どの経路を使うかについては，ホスト側のソフトウェアで制御する。また，④障害によっては，一つのFCファブリックが機能しなくなる可能性もあることから，そのような場合への対応方法も考えておくことが重要である。これらを考慮したホストからストレージ内のLUへのアクセス経路を，図8に示す。 図8 ホストからストレージ内のLUへのアクセス経路 図9は，N君が作成した新データセンタのシステム構成である。サーバは，仮想化技術によって仮想サーバとして構築しておき，状況に応じて，必要な仮想サーバを起動し，関連するストレージ及びネットワークの接続を切り替えて使用する方式とした。 図9 新データセンタのシステム構成 物理サーバ1と物理サーバ2は，通常時はデータ分析のための仮想サーバを動作させ，被災時は，既設データセンタのバックアップのための仮想サーバを動作させる。また，一方に障害が発生しても，相互にバックアップできる構成にしている。 S主任から，ネットワーク基盤の基本方式について了承を得たN君は，詳細なネットワーク設計に取り掛かった。 設問1 本文中の【ア】～【ウ】に入れる適切な字句を答えよ。 設問2 〔【1】複数経路の同時利用方式〕について，(1)～(6)に答えよ。 (1) 図3中のRB1の経路制御テーブルで，宛先がRB2とRB3の場合の最小ホップ数の経路について，RB4の場合の表記を参考に全て挙げ，解答欄の空欄に適切な字句を入れて完成させよ。 (2) 図3の接続構成で，RB1からRB4にフレームを転送する場合に，経路の冗長性を考慮してHCの設定をどのようにすればよいか。また，その目的は何か。それぞれ，15字以内及び45字以内で述べよ。 (3) 図3中で，MACアドレスの学習が必要なポートの種類を答えよ。また，そのポートでVLAN IDを識別するために必要なポート規格を答えよ。 (4) 図3中のMACアドレステーブルについて，MA1の場合の表記を参考に，解答欄の空欄に適切な字句を入れて完成させよ。 (5) 転送経路にループが発生した時に，フレームが流れ続けることを防止することと，冗長化のための複数経路を確保することの両者を考慮した場合に，RBファブリックのHCとしては，どのような値を設定するのが良いと考えられるか。25字以内で述べよ。 (6) 本文中の下線①について，この方法によって得られた共通のMACアドレステーブルは，図4のRB間転送フレームフォーマットのどのフィールドを決めるために使われるか。フィールド名を答えよ。 設問3 〔【3】イーサネットを使用したSANのデータ転送〕について，(1)，(2)に答えよ。 (1) 図5中の，FCoE対応ストレージに向けてFCファブリックに入力されるFCoEフレームの宛先MACアドレスは，どこのMACアドレスが使われるか。図5中の機器名又は機能部名を用いて答えよ。 (2) 図5中の【a】～【c】に入れる適切なフレーム名を答えよ。 設問4 〔【4】LANとSANのスイッチ統合〕について，(1)～(3)に答えよ。 (1) 本文中の下線②について，S主任が指摘した問題はどのようなものだったと考えられるか。40字以内で述べよ。 (2) 図7中の（E）におけるファブリック内の転送先RB名と転送元RB名は何か。RB名で答えよ。また，ホスト－ストレージ間の転送では，TRヘッダによるカプセル化とカプセル化の解除は，どのように行われるか。25字以内で述べよ。 (3) 図7中のフレームの内容で，FCFが転送処理の対象とするのは，どのフィールドか。図7中のフィールドを示す記号C1，C2，C3，D又はEのいずれかで答えよ。 設問5 〔【5】統合ネットワークの高信頼化〕について，(1)，(2)に答えよ。 (1) 本文中の下線③について，図8の構成で冗長化された経路を全て挙げ，HBAm→SCn→LUの形式で答えよ。ここで，mとnは数字を示す。 (2) 本文中の下線④について，FCファブリックを利用する上で，どのような対処が必要になるか。図8の構成から分かることを45字以内で述べよ。