Ciscoデータセンターデザイン – トポロジーの概要

次世代に求められるCiscoデータセンターデザインに関して,トポロジーについての学んだ情報をまとめておきます。

仮想ポートチャネル

仮想ポートチャネル(vPC)は,物理的に接続されている二つのCiscoスイッチをリンクさせることができます。そして,ダウンストリームにいるデバイスから見ると,一つのポートチャネルのように見えます。そのデバイスは,スイッチでもサーバーでも,IEEE 802.3adをサポートしているデバイスであれば何でもOKです。

CiscoのNX-OSが提供する仮想ポートチャネルと,Cisco Catalyst 6500の仮想スイッチングシステム(VSS)は,似た技術です。Cisco EtherChannelの技術については,マルチシャーシEtherChannel(MCEC)も同じ技術を表しています。

vPCを使うと,2つのスイッチにまたがるL2のポートチャネルを作成することができます。現時点では,Nexus 7000と5000シリーズのプラットフォームと,Nexus 2000シリーズのFEXがvPCに対応しています。

Cisco Nexusを使ったデータセンターは,vPCを使ってループのない冗長構成のトポロジーを作ることができます。

vPCフォワーディング

vPCを使うことによる一番大きなメリットは,クライアントとサーバー間,あるいはサーバーとサーバー間のすべてのリンクを活用できることです。

クライアントからサーバーにトラフィックが流れる時,コアスイッチから流れてくる通信は,まずL3のECMP(Equal Cost Multipath)に基づいて,Nexus 7000シリーズなどのアグリゲーションスイッチに渡されます。そして,Nexus 5000などのアクセスレイヤーに渡っていきます。

それに対して,クライアントからサーバーにトラフィックが流れる時には,Nexus 7000シリーズの両方を活かすことができます。それは,どちらのノードがHSRP(Hot Stanby Router Protocol)のアクティブになっているかに関わらずです。HSRPは,非vPC環境において構成されるものですが,今では,アクティブ/スタンバイの両方のノードにおいて,フォワードできるように調整されています。

vPCをアクセスレイヤーにあるNexus 5000で有効にするなら,サーバーからFEXへのトラフィックの負荷をさらに分散させることができます。

vPCとVSSが混在する場合

Cisco CatalystとNexus製品が入り混じっているデータセンター環境の場合には,vPCとVSSを両方有効にして相互利用することが可能です。それを実現するには,二つの技術を比較することから始める必要があります。

vPCもVSSも,二つのスイッチにまたがるポートチャネルを作成することが可能です。現時点では,vPCはCisco Nexus 7000と5000シリーズに搭載されており,VSSはCatalyst 6500の仮想スイッチングシステム1440プラットフォームに搭載されています。

vPCとVSSの最も大きな違いは,コントロールプレーンが独立しているかどうかです。VSSでは,単一のコントロールプレーンを使うのに対し,vPCのコントロールプレーンは分かれています。

Cisco VSS Cisco vPC
プラットフォーム Cisco Catalyst 6500 Virtual Switching System 1440 Cisco Nexus 7000 and Nexus 5000 Series
コントロールプレーン 単一 セパレート
インサービスソフトウェアアップグレード(ISSU) シャーシをまたぐ Nexus 7000の単一システム内に限り,ISSU中に望まないvPCの構成になることを防ぐメカニズムを内包。
コンフィグレーション同期 自動 手動。しかし,Cisco Fabric Servicesというプロトコルによってアシストされる。
EtherChannelでローカルリンクを指定する 可能(インバウンドとアウトバウンドの両方) 可能(インバウンドとアウトバウンドの両方)
デュアルアクティブ検出 可能。拡張ポートアグリゲーションプロトコル(EPAgP)双方向転送検出 (BFD)デュアルFast Hello 可能。フォールトトレラントリンク経由
ポートチャネルプロトコル リンクアグリゲーションコントロールプロトコル (LACP) PagP LACP
シングルポートチャネル当たりのポート数 LACP なしでは8。 LACPありだと,8つのアクティブと8つのスタンバイで計16。 LACP なしでは8。 LACPありだと,8つのアクティブと8つのスタンバイで計16。あるいは,Nexus 7000毎に8つのアクティブで,合計16。Nexus 5000ですべてアクティブな16ポート。
MCECのサポート上限数 スタンドアローンモードでは,システムごとに128のポートチャネルまで作成可能。VSSモードでは,512のマルチシャーシEtherChannelsに対応。 768の仮想ポートチャネルに対応。コントロールプレーンは,リリースノートに記載されている数までサポートする。高密度化に伴い,上限は伸びている。
スパニングツリーネイバー 単一のスイッチ vPCポート上にある単一に見える一つのスイッチ。非vPCポートでは2つのスイッチ。
Cisco検出プロトコルネイバー 単一のネイバー それぞれのスイッチが独立して現れる
L2とL3のMCEC 可能 vPCはデフォルトではスイッチポートなので,L2。
HSRP構成 不要 標準的なHSRP構成だが,ローカルフォワーディングを使う方が好ましい。
バックツーバック MCEC 有効 有効
デュアルレイヤーMCEC 有効 有効

スパニングツリープロトコル


スパニングツリープロトコルは,vPCを使っている環境であっても,無くなるわけではありません。STPは,デュアルコネクトスイッチがポートブロッキングを行っていない場合を除いて,有効化することができます。

もし,あるリンクがvPCに含まれていない独立したステートの場合,STPはループ防止のために介入してきます。それゆえ,vPCベースのトポロジーは,L2でのループを二重に防止することができます。

通常の非vPC環境と同じように,STPにおいて,MST(Multiple Spanning Tree)かRapid PVST+(Rapid Per-VLAN Spanning Tree Plus)のどちらを選ぶかを決めるのは,VLANの数がどれぐらい必要なのか,そして独立したリンク上に必要なVLANの数(論理インターフェースの数)に依存します。

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