LAN 環境での高速ファイル共有は  10GbBase-T も現実的に?

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最近ではモバイル機器の急速な普及によって,ローカルエリアネットワーク接続(以下LAN接続)といえば「無線」接続が主流になりつつあると思います。Apple が MacBook Pro から Ethernet ポートを取り去ってから久しいですが,薄くて軽く高性能なノートパソコン等では,他メーカー製でもEthernet ポートはほとんど見かけなくなりました。

LAN接続でのファイル共有に何が期待されているかというと、多様な端末との連携や、ネットワークの安定性の他にも、速度、容量といった基本性能の充実もあると思います。

年々ファイル数、情報量、端末数が増大し、CPUやストレージが高速化し、LAN接続環境にますます負荷がかかっています。それに対応するために、弊社でも 10GBase-T 環境構築のお手伝いをさせていただく事例が増えてきたことでも感じているところです。

そこで今回は,フリーでファイル共有ができる FreeNAShttp://www.freenas.org/)を使って,10GBase-T で高速ファイル共有ができるハードウェアを作ってみました。今後弊社の製品ラインナップとして お求め易い価格でのFreeNAS インストール済みのハードウェアとしての販売を計画しています。

この記事では,単純な構成での実験を報告させていただきます。

取り組みイメージ

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10GBase-T で通信できるハードウェアを2台用意し,一方に FreeNAS を,もう一方に Windows 10 をインストールして,ファイル読み書きのベンチマーク速度を計測しました。

10GBase-T とは?

ここで少しおさらいですが,「10GBase-T」とは一帯どんな通信規格なのでしょうか。

インターネットの情報をざっと調べてみたところ,アヴネットさんのコラムでとてもわかりやすくまとめられていました。

10GBase-Tのススメ | アヴネット株式会社
http://www.avnet.co.jp/embedded/column/IntelTechinfo/10gbase.aspx

IEEE802.3an規格で定められたツイストペアケーブルによって100mまで接続するイーサネット規格。オートネゴシエーション機能によって100/1000Base-Tとの互換性を持ち、スムーズな移行が可能になっています。
一番大きなメリットはCat 6/6A(55m/100m)のツイストペアケーブルによる接続である為に光ファイバケーブルやSFP+などの光トランシーバな不要な事で、比較的安価に10GbEを構築する事が可能となった事ではないでしょうか?
またケーブルの取り扱いが容易な点も良いポイントです。

〜〜〜〜〜(中略)〜〜〜〜〜

(10GbEthernet 全般に関して)

  • 100/1000Base-Tと互換性があるので、部分的な順次導入も可能です
  • 10GBase-Tはコストや構成の柔軟性により、10GbEの中で広く使われるようになります。

10GBase-T のメリット再確認

上記のコラムから10GBase-Tのメリットを引用してみましょう。

  • インフラ構成が1000Base-Tと同様なので、ユーザ体験や技術知識がそのまま適用可能
  • 安価なツイストペアケーブルのサポート
  • 100mまでの柔軟なケーブル長
  • 100/1000Base-Tとの互換性
  • クラスタリング、LAN、SAN、FC等を統合した単一ネットワーク構成が可能
  • I/Oの仮想化にも対応

電車での移動に例えていうならば、同じファイルを共有するメンバーの中でも忙しい方は「急行」となる10GBase-T経由でサーバにアクセスし、その他は「普通」である1000Base-Tや無線LAN経由でサーバにアクセスすることで、重要度に応じた住み分けが可能となり、業務効率の向上が期待できます。

FreeNASって何?

FreeNASのサイトによると、ファイル共有向けオペレーティングシステムでありながら、ZFSという強力なファイルシステムを搭載してます。

FreeNAS is an operating system that can be installed on virtually any hardware platform to share data over a network. FreeNAS is the simplest way to create a centralized and easily accessible place for your data. Use FreeNAS with ZFS to protect, store, backup, all of your data. FreeNAS is used everywhere, for the home, small business, and the enterprise.

FreeNASは、ネットワーク上のデータを共有するためのオペレーティングシステムであり、ほぼすべてのハードウェアプラットフォームにインストールできます。 FreeNASなら最も簡単に、一元化し、アクセス可能なデータの置き場所を作れます。FreeNASと共にZFSを使い、すべてのデータを保護、保存、バックアップしましょう。 FreeNASは、家庭、中小企業、または大企業といったあらゆる場所で使用されています。

ZFS is an enterprise-ready open source file system, RAID controller, and volume manager with unprecedented flexibility and an uncompromising commitment to data integrity. It eliminates most, if not all of the shortcomings found in legacy file systems and hardware RAID devices. Once you go ZFS, you will never want to go back.

ZFSは、事業での利用に耐え得るオープンソースのファイルシステム、RAIDコントローラ、ボリュームマネージャーとして、データの整合性に対し、これまでにない柔軟性と妥協のない機能を備えています。 従来のファイルシステムやハードウェアRAIDデバイスに見られる欠点の大部分を取り除いています。 一度ZFSを使うと、あなたは昔には決して戻れないでしょう。

ZFSはSun Microsystems社(現在はOracle社に吸収合併)によって開発されたファイルシステムですが、そこから派生したOpenZFSというプロジェクトによって、MacOSX、FreeBSD、Linuxに移植され、その成果がFreeBSDベースのOSであるFreeNASにも適用されています。また、FreeNASはBSD UNIXベースのOSですが、一旦インストールしてしまうとWebでの設定が可能なので、運用も思ったより敷居が低くなっています。

FreeNASの最大ボリュームサイズは、256 ZiB (8TBハードディスク80億個分の空間)です。ちなみに、Linuxでお馴染みのExt3が32TiB (8TBハードディスク4個分)、最近のLinuxで利用されているXFSは8EiB(8TBハードディスク100万個分)、 Macユーザが使っているHFS-Plusは16EiB(8TBハードディスク200万個分)の空間が作ることができます。(Wikipediaの情報を元に、手計算)

ZFSの強みは「容量」だけでなく「安定性」もあります。RAID-Zやスナップショットという、困った時に助かる仕掛けがありますが、今回は扱いません。

実験で使ったもの

今回は弊社カスタムハードウェアを使って実験を行いました。

POWERSTEP 2U

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シャーシは2U ラックマウント型です(幅482mm高さ88.5mm奥行き650mm)。このケースはかなり大きいCPUも搭載可能であり、冗長化電源にも対応しています。2016年8月に発表したPOWERSTEP Cube Serverとマザーボードのスペックは同じです。このマザーボードは、10GBase-Tを2基搭載しています。「Vmware ESXi 6.0U2、XenServer 7.0、RHEL 7.2 64bit、Ubuntu 16.04.1 LTS」といったOSでの動作確認も取れています。(マザーボードメーカー調べ)
http://www.supermicro.com/support/resources/OS/Broadwell-DE.cfm

今回は、ファイル共有の速さを実現するために、256GBのSSDを2本収めました。正直のところ、ケースの内部はスカスカで、2.5インチのSSDなら楽に10台は収容できます。今回のマザーボードを使う場合、1Uラックや、2Uサイズながら2台収容できるものなど、以下のケースがご用意可能です。
cube-icon-1Cubeデスクトップ型(幅222mm高さ176mm奥行き276mm)
→ミニタワーケースの丁度半分の大きさです。

desktopデスクサイド型(幅350mm高さ99mm奥行き205mm)
→B4より少し小さめで机の上に置くにはいいサイズです。

SC514-505

1Uラック500W電源型(幅437mm高さ43mm奥行き429mm)
→強力な電源で高クロックや大容量ディスクを収容する場合に向いています。
※ 写真内のマザーボードは今回のものと異なります。

1u200w1Uラック200W電源型(幅437mm高さ43mm奥行き249mm)
→ コンパクトで省電力を目指すなら丁度いいサイズです。
※ 写真内のマザーボードは今回のものと異なります。

2udual2Uラック2CPU型(幅428mm高さ87mm奥行き360mm)
→稼働系と待機系を1つのケースに収容できます。
※ TecAce社のEPON-M23-ITX-2Uをカスタマイズしています。

マザーボード SuperMicro  X10SDV-4C+-TLN4F(CPU,10GBase-Tオンボード)
メモリ 16GB (DDR4 2133 Unbuffered non-ECC PC4-17000 Samsung IC ×2)
ストレージ 512GB(Crucial MX100 256GB CT256MX100SSD1 ×2)
起動領域用USBフラッシュメモリ TOSHIBA USB TransMemory UHYBS-016GH(16GB USB 2.0)
電源 Zippy 400W
OS FreeNAS-9.10.1-U4 (ec9a7d3)

 

POWERSTEP Tower

tower-icon

POWERSTEP Towerの方は、一世代前のモデルです。業務の現場には必ずしも最新モデルが入っているとは限らないので、一世代前のモデルに10GBase-Tを追加したという前提で、実験環境を作りました。

マザーボード Intel DZ87KLT-75K
メモリ 16GB(DDR3-1333 4GB ×4)
ストレージ Seagate ST2000DM001 ×1
電源 CoolerMaster 800W
10ギガビット・サーバー・アダプター Intel Ethernet Converged Network Adapter X550T1
OS Windows 10 Pro 1511 64bit

ベンチマークソフトウェア

  • CrystalDiskMark 5.2.0 x64

実験方法

上記のハードウェア2台とベンチマークソフトウェアを使って,ファイル読み書きのベンチマーク速度を計測しました。これがベストの設定かどうかは保証しかねますが、限られた時間内で、わかる範囲内で調整してみました。

<調整したこと>

Windows 側

デバイスマネージャーで 10G イーサネットのジャンボフレームを有効化
コマンドプロンプトで MTU を「9000」に設定

FreeNAS 側

ストレージ→ボリュームマネージャー
ボリューム名:Sample
ボリュームレイアウト:Stripe

ストレージ→ボリュームの表示→Sample→下段バーの右から2番目(Create DataSet)
データセット名:SMB
圧縮レベル:継承
ShareType:UNIX
Case Sensivity:Sensitive
atime:継承
重複排除:off

ボリューム作成後、ストレージ→ボリュームの表示→SMB→下段バーの左端(パーミッションの変更)
ユーザー:nobody

共有→Windows(SMB) Shares→Windows(SMB) Sharesの追加
パス:/mnt/Sample/SMB
名前:Samba -FreeNAS
ゲストアクセスを許可:チェック

サービス→SMBの歯車アイコン
NETBIOS名:freenas
ワークグループ:WORKGROUP
サービス→SMBを「OFF」から「On」に

上記の設定で,Sambaで接続し、ネットワークドライブとしてマウントすることができました。また、WindowsからFreeNASの設定画面へ、Web経由でアクセスすることができました。いろんなメニューとアイコンがありますね。
freenas1

結果

上記の設定で,Sambaで接続し、ネットワークドライブとしてマウントすることができました。
Crystal Disk Mark でベンチマークを測定した結果、Windows のリソースモニターで,2Gbps まで使用していることを確認できました。実際のファイル転送時のオーバヘッドを考慮すると、まずまずの数字が出ているのではないでしょうか。

ss

 

考察

  • FreeNASで、10GBase-Tを使ったファイル共有を実現できることがわかりました
  • 10GBase-Tは既存のLANと同じような設備、構成で導入することができます。
  • FreeNASは、リッチなWebGUIで操作が簡単であり、基本性能が高く、コストを抑えつつ、高速、大容量、安定性の高いファイル共有システムを作りやすいOSと言えましょう。

最後に告知をさせていただきます。

アミュレットでは、サーバベースののPOWERSTEPで、FreeNASの導入を検討しているお客様に、2016年12月出荷分より無料で基本環境インストールを実施します。

今週11/21(月)〜12/2(金)まで,弊社店頭で 10GBase-T FreeNAS のデモ環境を展示します。この機会に是非お越しください。ご質問やご相談等も随時承ります。

お問い合わせ

https://ssl.amulet.co.jp/solutions/contact.html

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