Windows Server 2012 におけるネットワークインフラストラクチャアップデート MVP : 阿部直樹

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さなえとみもと
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1 Windows Server 2012 におけるネットワークインフラストラクチャアップデート MVP : 阿部直樹

2 自己紹介氏名 : 阿部直樹会社 : エディフィストラーニング株式会社マイクロソフト認定トレーナーとして Active Directory Network Security Hyper-V Cluster などのコースを担当 MVP:Virtual Machine Blog:MCT の憂鬱

3 アジェンダネットワークの新機能パフォーマンス仮想環境管理

5 ネットワークの新機能 RDMA SMB3.0 LBFO QoS RSS RSC VMQ SR-IOV CDN DCB GRE Private VLAN IPsecTOv2 for VMs DCTCP

7 ネットワークパフォーマンス 100M 1G 10G Network Speed CPU

8 Network I/O 効率の向上 1G 10G 低遅延 100M 高負荷なネットワークやアプリケーション

9 ネットワークの最適化 Scalable Networking Pack (SNP) Receive-Side Scaling (RSS) TCP Chimney Offload NetDMA TCP/IP Offload Receive Segment Coalescing(RSC) Jumbo Frame CPU から NIC に対するオフロードや効率的な処理

10 RSS マルチ CPU およびマルチコア CPU を利用している場合 TCP の受信処理を複数のコアに分散するテクノロジー RSS が機能していない状態ではたとえマルチ CPU であっても TCP の受信処理は単一のコアで行われるので特定のコアのみに処理が集中されるという課題があった Windows Server 2012 の NIC チーミング対応 Network Data

11 TCP Chimney Offload TCPに関するネットワーク処理をNICで行うことによりコンピューターの CPUの負荷を軽減するテクノロジー一般的に TCP ポート番号 TCP シーケンス番号 TCP ACK 番号 TCP チェックサムの確認など TCP 通信に必要な情報の処理送信データの分割受信パケットの再構築再送処理など VM では使用不可 Windows Server 2012 の NIC チーミング非対応 TCP Network Data

12 NetDMA ネットワークの受信データをネットワークアダプターの受信バッファーからアプリケーションのバッファーへコピーする作業を CPU によって行うのではなくチップセットを含むシステム全体が連携し Direct Memory Access 機能により行うためのテクノロジー Intel I/O Acceleration Technology (I/OAT) NetDMA と一緒に TCP Chimney Offload を使用することはできないハードウェアサポートおよび設定が両方とも有効になっていた場合は TCP Chimney Offload が優先される Windows Server 2012 では使用不可

Offload Version 1,2 データをネットワークフレームにセグメント化する機能

13 TCP/IP Offload Checksum tasks パケットのチェックサム計算処理 IPsec Offload Version 1,2 IPSec 計算処理 Large Send Offload Version 1,2 データをネットワークフレームにセグメント化する機能 Connection Offload 適切な TCP/IP コネクションを選択 TCP/IP Network

14 RSC 大量のネットワーク I/O トラフィックを処理する際のオーバーヘッドを削減する具体的には複数の受信パケットをまとめて 1 つのパケットにして処理回数を減らす A 処理 B A B C 処理 C 処理処理

15 Jumbo Frame パケットのフレームサイズを拡大しデータ転送の効率を上げる A イーサネット MTU1500byte 多くの場合 9K まで対応 Gbit 以上のネットワークで使用メリット処理オーバーヘッドの削減フラグメント化の減少割り込み処理回数の削減 A

16 SMB3.0 SMB (Sever Message Block) ファイル共有に接続するためのプロトコル Windows Server 2008 と Windows Vista は SMB 2 Windows Server 2008 R2 と Windows 7 は SMB 2.1 Windows Server 2012 と Windows 8 は SMB 3.0 SMB 3.0 機能強化透過フェールオーバーマルチチャンネルダイレクトパフォーマンスカウンターパフォーマンスの最適化 PowerShell での管理リモートファイル記憶域ファイルサーバーの VSS スケールアウトファイルサーバー記憶域の可用性とパフォーマンス

17 マルチチャンネル SMB 3.0 を使用しているクライアントサーバー間で複数パスが利用できる場合ネットワーク帯域幅の集約およびネットワークフォールトトレランスを実現できる

18 ダイレクトローカルディスクに匹敵するパフォーマンスをネットワーク共有で実現できる SMB3.0クライアントアプリケーション SMB3.0 サーバー SMB3.0 クライアント RDMA サポート付のネットワーク SMB3.0 サーバー RDMA サポート付のネットワーク NTFS SCSI DISK

19 Remote Direct Memory Access DMA RDMA APP APP CPU MEM MEM

20 付随テクノロジー Infiniband: 広帯域低レイテンシのインターコネクト技術 iwarp (Internet Wide Area RDMA Protocol):RDMA over TCP を実現する通信プロトコル群の総称 RoCE(RDMA over Converged Ethernet): イーサネット上でインフィニバンドベースのネイティブ RDMA 転送サービスを適用 RDMA SMB direct OS NetworkDirect(API) HW Infiniband iwarp Ethernet RoCE

21 NIC チーミング要件 Windows Server つまたは複数のNIC 全てのNICが同じ速度非互換 SR-IOV( ホスト側 ) RDMA TCP Chimny Offload 32 NIC 仮想は Hyper-V の NIC 制限 ( ネイティブ 8+ レガシー 4)

22 NIC チーミングとは複数の NIC を束ねて 1 つの NIC として扱えるようにする技術 LBFO(Load balancing and Failover ) 帯域幅を集約する ( ネットワークトラフィックの負荷分散 ) NIC のフェールオーバーホストトラフィックを VLAN で分離 NIC チーミング

23 NIC チーミングのこれまでドライバーや設定ツールは HW ベンダー提供チーミングのサポートは各 HW ベンダーが担当ホストのチーミング環境でのVLANを使用した仮想マシンサポートは HWベンダー次第仮想マシンでのチーミングは不可能

24 VLAN,VM and Teaming Part 1

25 VLAN,VM and Teaming Part 2

26 VLAN,VM and Teaming Part 3

27 DEMO

29 NIC チーミングのこれから Windows Server 2012 から OS で提供チーミングのサポートはマイクロソフトで行うホストのチーミング環境での VLAN を使用した仮想マシンサポートホストマシンおよび仮想マシンでのチーミングサポート

31 仮想環境でのネットワーク仮想環境では物理サーバーに仮想マシンが複数台搭載集約率の向上仮想マシンのネットワークパフォーマンスが課題 VM 間のネットワークトラフィック管理物理環境同様のネットワーク I/O に近づける

32 Hyper-V アーキテクチャ親パーティション子パーティション子パーティション VSP VSC Linux VSC カーネルカーネルカーネル HyperCall VMBus IHV ドライバ Windows ハイパーバイザーハードウェア

33 ネットワークの流れ親パーティション子パーティション子パーティション仮想スイッチ TCP/IP TCP/IP ルーティング VLAN フィルタリングデータコピー Port1 Port2 仮想 NIC 仮想 NIC ミニポートドライバー NIC VMBus Ethernet

34 課題ネットワークトラフィックの増大による CPU 0 の負荷仮想スイッチの負荷ルーティング VLAN フィルタリングデータコピー

35 VMQ 親パーティション子パーティション子パーティション仮想スイッチ TCP/IP TCP/IP ルーティング VLAN フィルタリングデータコピー Port1 Port2 仮想 NIC 仮想 NIC ミニポートドライバー Q1 Q2 デフォルトキュー NIC VMBus スイッチ / ルーティングユニットイーサネット

36 VMQ の理解 VMQを使用することによって物理 NIC 上に仮想マシンに対応したキューができる仮想マシン専用 NIC として振る舞う NIC 上でルーティングやフィルタリングを行う仮想スイッチはデータを仮想マシンにコピーするだけ CPU 使用率とネットワーク負荷に基づいて動的に CPU 負荷分散する Windows Server 2012 より動的に CPU 負荷分散 ( 以前は静的な CPU 負荷分散 )

37 VMQ の課題 VMQ は処理の多くを NIC 内のチップにオフロードし CPU の負荷を抑えるいくつかの処理はバイパスするが全てではないので物理マシンと同等のスピードを得られない仮想マシンが直接 NICにアクセスできれば NIC 固有の付加価値技術を全て使える結果的に物理マシンと同等のスピードを得られる

38 VT-d VT-d 課題チップセットに搭載される機能 I/O デバイス (NIC など ) を仮想マシンに直接割り当てる機能親パーティションの仮想スイッチ ( ハイパーバイザー ) をバイパスして直接物理 NIC にアクセス可能物理 NIC が仮想マシンに占有される

39 VT-c VT-c NIC に搭載される 3 機能 I/O Acceleration Technology (I/OAT) Virtual Machine Device Queues (VMDq) Single Root I/O Virtualization (SR-IOV) SR-IOV 物理 NIC を仮想化する機能 VF(Virtual Function) を NIC 側に作成し仮想マシンは VF と直接通信する PCI-SIG の SR-IOV 規格に準拠しているので Live Migration 可能

40 SR-IOV 親パーティション子パーティション子パーティション仮想スイッチ TCP/IP 仮想 NIC TCP/IP 仮想 NIC NIC PF ミニポートドライバー VF ミニポートドライバー VF ミニポートドライバー PF VF VF NIC スイッチ Ethernet

41 QoS のサポート最小帯域幅を使用して各タイプのトラフィックに対して特定の帯域幅を割り当て輻輳時にフェアシェア ( 公正な共有 ) が確保される Hyper-V が実行されているサーバー上の仮想マシンに予想可能なネットワークパフォーマンスを実現するサービスを提供出力トラフィックの制御

42 DEMO

44 仮想スイッチ仮想スイッチ ( 出 ) トラフィックキャプチャ / モニタ拡張フィルタ拡張 WFP 拡張フォワーディング拡張 ( 入 ) トラフィックサードパーティベンダーが自由に拡張フォワーディングの例 -Cisco Nexus 1000V -OpenFlow

45 通常の仮想スイッチ仮想スイッチ仮想スイッチ仮想スイッチ Hyper-V Hyper-V Hyper-V 物理スイッチ NW 管理者

46 仮想スイッチの活用仮想スイッチ Cisco 仮想スイッチ Nexus 1000V 仮想スイッチ NW 管理者 Hyper-V Hyper-V Hyper-V 物理スイッチ NW 管理者

47 Port ACL 仮想スイッチに対する ACL 機能 Windows Server 2012 Hyper-V よりサポート PowerShell による設定構成ファイルに格納 Ethernet Switch Port ACL Settings LiveMigration 対応 VMNetworkAdapterAcl コマンド

48 Add-VMNetworkAdapterAcl Action( アクション ) Allow( 許可 ) Deny( 拒否 ) Meter( 計測 ) Direction( 方向 ) inbound(vm への入力方向 ) outbound(vm からの出力方向 ) Both(VM の入出力両方 ) VMName(VM 名 ) ACL を設定する VM の名前 (not コンピューター名 ) Address(ACL Address) VMNetworkAdapterName Local IP Address(VM のローカル IP Address) Local MAC Address(VM のローカル MAC Address) Remote IP Address( 通信対向の IP Address) Remote MAC Address( 通信対向の MAC Address) VM のネットワークアダプター名

49 DEMO

50 今までの DHCP 冗長化複数台の DHCP を用意しそれぞれ同じスコープ ( スコープ分割 ) を作成することによって冗長性を確保ロードバランス複数台の DHCP 必要以上の IP アドレス範囲 MSFC 上に DHCP サーバーを構築することによって冗長性を確保フェールオーバー MSFC が必要 MSFC の DHCP

51 これからの DHCP 冗長化 DHCP フェールオーバー複数台の DHCP を用意し冗長性を確保ロードバランスおよびフェールオーバーサポート

52 DEMO

53 Q & A 53

IO Linux Vyatta PC

IO syuu@openbsd.org IO Linux Vyatta PC socket queue Process(User) Process(Kernel) input queue SW Intr Handler HW Intr Handler NIC NIC:1GbE 10GbE CPU:1GHz 3.2GHz:CPU 1/10 CPU 1CPU NIC NIC socket queue Process(User)