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Lv.1_ストレージを最初に学ぶ人が読む記事

Level1 目次

更新日：2024-11-01

Level 1　ストレージを最初に学ぶ人が読む記事

第1章　ストレージの基礎

第8節　ストレージの通信プロトコル
（CIFS/NFS/FC/iSCSI/FCoE/NVMe/NVMe-oF）

第7節はオブジェクトストレージ、ファイルストレージ、ブロックストレージの違い解説しました。今回はストレージでよく使われる通信プロトコルと接続ケーブル・インターフェースについて解説します。

そもそもプロトコルとは？
1. プロトコルとは言語のようなもの！
よくあるストレージのプロトコル
ストレージのインターフェース「NIC」と「HBA」
ストレージの接続ケーブル

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そもそもプロトコルとは？

出板ためる

DAS/NAS/SANでそれぞれ「主なプロトコル」というのがありましたが、プロトコルってなんですか？

ストレージ博士

プロトコルとは、コンピュータなどの機器同士が、通信をするために取り決められたルールや手順のことじゃ。
以下の例のようによく言語に例えられるが、コンピュータ間が同じプロトコルを使用することで通信ができるというわけじゃ。

プロトコルとは言語のようなもの！

出板ためる

うーん、とりあえず通信するためには同じプロトコルを
使う必要があるということですかね！

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よくあるストレージのプロトコル

ストレージ博士

ストレージの世界でよく登場するプロトコルを紹介する。
細かい内容まではなかなか覚えるのが大変じゃから、まずは「CIFS/NFSはNAS」、「FC/iSCSI/FCoEはSANストレージ」ということは覚えておこう！

NASでよく使われる「CIFS(SMB)/NFS」

CIFS (SMB) Common Internet File System	主にWindowsを中心とした環境で、LANを通じてファイル共有などに使用されるプロトコル
NFS Network File System	主にUNIX系サーバー接続時に使用されるプロトコル NASでVMwareサーバーを接続する際にも使用される

CIFS/NFSのネットワーク構成

SANストレージでよく使われる「FC/iSCSI/FCoE」

FC Fibre Channel	SAN環境の構築時に使用されるプロトコル。接続には主に光ファイバを使用するため、高速に長距離の通信が可能。
iSCSI Internet Small Computer System Interface	SCSIというプロトコルをIPネットワーク上で利用できるようにし、SAN環境の構築を可能にしたプロトコル。通常利用しているネットワークスイッチを流用可能で、比較的安価に構築が可能。
FCoE Fibre Channel over Ethernet	FCをIPネットワーク上で利用できるようにしたプロトコル。 LANとSANを統合して、ネットワークをシンプルにすることが可能。ただしFCoE対応機器が必要なため、導入コストが高くなりやすい。

FC/iSCSIのネットワーク構成

FCoE対応機器を用いた構成

出板ためる

いろんなプロトコルがありますね！
インフラの世界でも共通言語って必要なんですね…。

コントローラとSSD間の通信を高速にする「NVMe」

ストレージ博士

あとは最新技術として、「NVMe」というフラッシュストレージ向けに開発された通信プロトコルも説明しておこう。従来のSSDはSASなどのインタフェースで接続していたが、PCI Express（PCIe）で接続し、NVMeプロトコルでアクセスすることで高速化するんじゃ。

出板ためる

ちょっとよくわかんないです…

ストレージ博士

これならイメージしやすいかな？
SASという接続方式は、元々はHDD用の接続方式じゃから、どうしてもSSDではコントローラとSSD間がボトルネックとなってしまう。
NVMeを利用すれば、並列処理が可能となるため、大幅に転送速度を向上できるというわけじゃ。

従来の方式

SAS（Serial-Attached SCSI)インタフェースによる接続

シリアル（一列）での接続となり、転送速度に限界がある

NVMe対応

PCIeインタフェースによる接続

並列処理が可能になり、大幅な転送速度アップ

出板ためる

とりあえず…
NVMeですごく速くなりそうなことは分かりました！

サーバーとストレージ間の通信を高速にする「NVMe-oF」

ストレージ博士

しかし、これはあくまでコントローラとSSD間の通信をNVMeで行っているに過ぎない。

出板ためる

コントローラとSSD間だけじゃダメなんですか？

ストレージ博士

ダメという訳ではないが、これだけでは今度はストレージとサーバー間の通信がボトルネックになってしまうじゃろうな。そこで登場するのが、「NVMe-oF（NVMe over Fabric）」じゃ。

出板ためる

NVMeがファブリックを越えるんですね！？

ストレージ博士

意味が分からず言っておるじゃろ！
でもそういうことなんじゃ。ファブリック（Fabric）というのは、サーバーとストレージを接続する方式の1つじゃ。
NVMe-oFとは、サーバーからストレージのSSDまで（つまりファブリックを越えて）NVMeで通信できるようにしたものじゃ。

NVMe-oF（NVMe over Fabric）

出板ためる

技術の進歩はすごいですね。
今後どんな製品が出てくるのか、楽しみです！

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ストレージのインターフェース「NIC」と「HBA」

出板ためる

ところでSANストレージでよく使われる「FC/iSCSI/FCoE」のネットワーク構成図で出てきた「NIC」や「HBA」ってなんですか？

ストレージ博士

NICとHBAは、どちらもサーバーやストレージのインタフェースとなるパーツじゃ。
以下の写真のようなパーツが、サーバーやストレージコントローラに搭載されておる。

インターフェース

NIC
(ネットワークインタフェースカード)

※写真は4ポートのもの

主にLANの接続に使用されるものが「NIC」

HBA
(ホスト・バス・アダプタ)

※写真は2ポートのもの

主にFCやSAS接続に使用されるものが「HBA」

出板ためる

あ！確かに！
NICにある穴には、LANケーブルが挿しこめそうな形をしていますね。NICもHBAもこの穴にケーブルを挿し込んで使うんですね？

ストレージ博士

たしかに穴じゃが…これからは「ポート」と言ってほしいのう。

拡張スロットを持つモデルであれば、そこにNICやHBAを挿し込むことでさらにポート数を増やすことができるんじゃよ。

あるストレージの背面図

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ストレージの接続ケーブル

ストレージ博士

そして、接続に使用するケーブルじゃ。
NASの場合はイーサネットケーブル、いわゆるLAN ケーブルで接続するのが一般的じゃ。
ストレージの接続においてよく登場するケーブルを以下で紹介しよう。

イーサネットケーブル（LAN/UTP ケーブル）

イーサネット接続（1000Base-T, 10GBase-Tなど）で利用される。

▼差し込みイメージ

材質	銅線
メリット	安価
デメリット	外部環境からの干渉を受けやすいため、ファイバチャネルと比較すると伝送距離が短い

光ファイバケーブル

FC接続（8Gb/16Gb/32Gbなど）やギガビットイーサネット（GbE)接続などで利用される。

▼差し込みイメージ

材質	光ファイバ
メリット	細いため取り回しがしやすい長距離の通信が可能外部環境からの干渉を受けにくい
デメリット	SFPやSFP+が必要なため高価

Twinax ケーブル（ダイレクトアタッチケーブル）

両端にSFP+などのモジュールが接続されている。ギガビットイーサネット（GbE)接続で利用される。

▼差し込みイメージ

材質	メタル
メリット	SFP+に対応した差込口の場合、ファイバチャネルよりコストを抑えられる
デメリット	太く取り回しがし辛い伝送可能距離が短く、ラック内での使用に限られる