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「iSCSIを使ってストレージを構築したい」

SCSIコマンドをIPにマッピングしたものが「iSCSI」と呼ばれるプロトコルです。仮想化環境において安価でFibreChannelより容易にSANを構築できる点、またiSCSIはCPUリソースを消費すると言われていましたが、近年CPUが高性能化してきた点、なによりもネットワーク管理者が世の中に多いということもあり、iSCSI対応のストレージが普及しています。ここでは、このiSCSIについて学んでいきましょう。

そもそもSCSIとは?

iSCSIについて紹介する前に、まずはSCSIについて触れておきたいと思います。SCSI(Small Computer System Interface)は、コンピュータと周辺機器を接続するための規格で、ストレージ専用というわけではありません。日本のJIS(Japan Industrial Standard:日本工業規格)に相当する米国のANSI(American National Standard Institute)によって規格化されたものです。現在ではハードディスクやテープ・ドライブ、スキャナなど多くの周辺機器の入出力はデータ転送の高速化に伴い、パラレルに転送していたデータをシリアル転送するよう変更され、SAS(Serial Attached SCSI)に置き換わりましたが、基本的にはSCSIコマンドをやり取りするクライアントサーバモデルとなっています。ストレージ専用のネットワークを構築するSANの環境においても、ファイバチャネル上でこのSCSIが使われています。

iSCSIってどんなもの?

SANで活用しているSCSIコマンドやデータをTCP/IPパケットの伝送フレームにカプセル化して、SCSIコマンド体系を外から見えなくすることによって、IPネットワークへの直接接続を可能にするのがiSCSI(Internet SCSI)です。SCSIコマンドはトランスポート層のTCPでカプセル化され、TCP/IPヘッダが付加されることで、IPパケットして扱うことができるようになっています。
iSCSIを使ったSANの構築は、ファイルサーバなどSCSIコマンドを送出するホスト(iSCSIイニシエータ)とRAIDシステムなどSCSIコマンドを実行できるSCSIデバイス(iSCSIターゲット)から構成され、この間で1つもしくは複数のコネクション上で実行されます。各コネクションではログインが行われ、iSCSIイニシエータネームを使って認証作業が行われます。このログインフェーズで暗号化を指定することや、IPsecを利用してプロトコルレベルでの暗号化を実施することもできるようになっています。

SCSIを使ったSANシステムでのSCSIコマンドのやりとり

また、iSCSIドライバを利用すれば、IPネットワーク上でブロックレベルのデータ転送を行うことが可能です。しかし、サーバ自身がブロックレベルのデータの生成やTCP/IP処理を行う必要があるため、サーバのCPUに大きな負荷がかかります。これを解消するための仕組みに、HBA上のTCP/IPオフロードエンジン(TOE)と呼ばれるものがあります。TOEは、HBA上でTCP/IP処理とパケット生成を行うことができるため、サーバCPUの処理をなくし、パフォーマンスを向上させることができるようになっています。TCP/IPオフロード機能付きのNICを装備すれば、より快適な処理速度を実現することができます。
iSCSIの標準化は、IETF(Internet Engineering Task Force)のIP Storage Working Groupで行われており、すでに2003年に1.0の標準化が完了しています。現行のほぼ全てのOSでiSCSIイニシエータドライバがビルトインでサポートされている状況です。

iSCSIで構築するストレージのメリット

iSCSIのメリットは、DASなどのローカルストレージにアクセスする手順と同じ要領でデータの読み書きを行うことができることです。つまり、OSから見た場合ローカルディスクとして認識される形になります。これは、離れた場所にあるストレージも、サーバ内のローカルディスク同様に扱うことができるのと同じことです。そもそも、ブロック単位でのデータをやり取りするため、NASのように異なるOS下でのファイルシステムを意識する必要がないばかりか、既存のイーサネット環境で使われているスイッチやハブをそのまま活用することができるというメリットもあります。もちろん、すでに敷設されているイーサネットをそのまま利用することができますので、少ない投資で高速なストレージ環境を構築することができます。また、管理面からすると、従来同様のネットワーク管理下にストレージを置くことができ、同一インフラで統合的に運用管理を行うことができるため、管理負荷の軽減にもつなげることができる仕組みなのです。
また、FC-SANと比べた場合、最大8Gbpsのデータ伝送が物理層で定義されていますが、イーサネットでは既に10Gbpsの伝送を実現していることからも、将来有望な仕組みになることは間違いありません。ファイバチャネルの場合は、その伝送距離や接続数に物理的な制限がありますが、イーサネットの場合はその距離に制限がないため、FC-SANよりも拡張性が柔軟な仕組みといえます。

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