データセンターを支える光伝送技術 〜エンタープライズデータセンター編：光伝送技術を知る（3）（2/3 ページ）

[高井厚志，EE Times Japan]

データセンターの分類

　データセンターは常に変遷して発展してきた上に、応用目的や機能が異なるので、単純な分類は難しい。最新のGCIでは、データセンターは「Traditional （non-Cloud）」と「Cloud」に分類されている。本稿では、分類の仕方は似ているが、光伝送技術の観点から、アーキテクチャが異なる「エンタープライズデータセンター」と「ハイパースケールデータセンター」という言葉を用いた。

　「ハイパースケールデータセンター」は一種の情報インフラであり、多くのインターネットデータセンターは、運用の安定化、柔軟性（拡張性）、設備投資と運用コスト低減といった理由から、規模やサービスに応じて「ハイパースケールデータセンター」に移転すると考えられている。

　しかし、金融は特にそうだが、他の多くの業種においても、「企業データのセキュリティを自己管理したい」と考えるところは、移転をためらう傾向がみられる。そのため、こうした自前のオンプレミスデータセンターも発展していくとみられている。こうしたオンプレミスのデータセンターを総称して、「エンタープライズデータセンター」という名称を用いた。

　現在、データセンターのサイト数は、エンタープライズデータセンターが圧倒的に多い。2015年の時点でエンタープライズデータセンターは世界に30万以上のサイトがあるとされ、日本でも8万サイト近くが運用されていた。その多くは、企業の業務をサポートする自前のデータセンターである。

　2016年のデータでは、ハイパースケールデータセンターは世界中で338サイト（北米に48％、アジアに30％、西欧に18％）が運用されている。ハイパースケールデータセンターのサイト数は少ないが、全世界のサーバ台数の27％を有している。2021年には、この割合が53％になるとの予測もある。

　さらに、地理的に分散された複数個のハイパースケールデータセンターを接続し、一つのデータセンターとして機能運用するための、高速、大容量の中・長距離伝送を用いたデータセンター間相互接続通信（DCI：Data Center Interconnect）が注目されている。

　もう一つ、最近注目が高まっているのがエッジデータセンターだ。自動運転やスマートファクトリーで注目されているが、IoTとAIを利用し、リアルタイムでデータを処理するために、応用の近くに置かれるデータセンターである。5G（第5世代移動通信）との連携も検討されている。IoTからのビッグデータをリアルタイムで処理する、新しいアーキテクチャが生まれる可能性があるのだ。

エンタープライズデータセンター

　エンタープライズデータセンターはクライアント・サーバ方式の発展形である。サーバとクライアントをつなげるインターネット（あるいは通信線）への接続を、効率、拡張性、信頼性、コストなどを考慮して設計される。なお、サーバにつながるストレージシステムはSAN（Storage Area Network）というネットワークで接続されるが、ここでも光伝送技術が用いられている。

　図2に典型的なエンタープライズデータセンターの構造概略を示す。サーバと、階層構造のスイッチとそれを結ぶケーブルで構成される。サーバの台数は数台から数千台に上る場合もある。サーバの台数や必要なデータ伝送能力、応用に応じて最適化されている。

　エンタープライズデータセンターでは、サーバと外部通信ネットワーク（あるいはインターネット）へのデータの流れが重要である。このデータフローを「南北トラフィック（North-South Traffic）」と呼ぶ。典型的なネットワークは南北方向にAccess層、Aggregation層、Core層（異なる名称もある）というハイアラーキーで構成されている。各層にスイッチが配置され、それらがケーブルで接続される。

図2　エンタープライズデータセンターの典型的な構成（クリックで拡大）

　システムの基本は、下位層からのデータを集め、上位層に伝送する、あるいは逆に上位からサーバ方向へ分配するというものだ。各層とのトラフィックを統計的に求め、上下接続のパイプの太さの比を決める。これを通信用語と同じOversubscription Ratioという。一般的に上位層ほどパケットが密になってくるため、Oversubscription ratioは低くなり、1本のケーブルの容量も大きくなる。

　このため、上位と下位へのリンクのデータレートが異なることがしばしば生じる。上位ほどパケットが集まり交換容量は増大するが、ソケット数の制限からソケット当たりのデータレートを高くする必要があるからだ。下位からは10GbEで伝送されてくるが、上位へは40GbEでアップする、といった具合にデータレートが異なっている。問題はデータレートによってインタフェースのソケット形状（Form Factor）が異なっていることである。この場合、システムに最適な構成のスイッチの選択が制限されることがある。図2に示したスイッチでは、アップリンクをオプションスロットとして、10GbEと40GbEの異なるデータレート（ソケット）を選べるようになっている。

　エンタープライズデータセンターでも、Disaggregation、Open Source、NFV（Network Function Virtualization）、SDN（Software Defined Network）と言った波が押し寄せている。今後はサーバやスイッチは低価格な汎用品を用い、仮想サーバやソフトウェアでデータセンターを応用に最適化していくような動向が見られるので、光のネットワークも単純化されていくと考えられる。