【伝送速度と用途】40Gbps仕様が追加されたワケ

日経コミュニケーション

2008.02.27

　100Gビット・イーサネットは，基本的にネットワーク機器同士をつなぐために使われる。例えば，スイッチ同士や，スイッチとルーター，あるいはルーターと伝送装置を接続する。

　実は，100Gビット・イーサネットのほかに，サーバーをLANにつなぐための次世代イーサネット規格がある。それは最大伝送速度40Gビット/秒の40Gビット・イーサネットである。

一つの規格に2種類の伝送速度を盛り込む

　100Gビット・イーサネットと40Gビット・イーサネットは，別の規格としてではなく，一つの次世代イーサネット規格として策定されている。一つの規格に異なる伝送速度の仕様が定義されるのは，イーサネットの歴史上，初めてのことだ。

　2種類の仕様は用途ごとに使い分ける。100Gビット・イーサネットは，IXのコア・スイッチ，ISPのコア・ルーターや集約スイッチなどに使われる（図6）。また，データ・センターでサーバーを集約するスイッチを上位のIXやISPに接続する場面でも使われる。一方，40Gビット・イーサネットは，データ・センターに置く大型サーバーのLANインタフェースとして利用される。

図6●ネットワーク・インフラと次世代イーサネットを使う個所
100Gビット・イーサネット（100GbE）は，主にインターネットの中核を成すISPやIXで使われる。40Gビット・イーサネット（40GbE）は，主にサーバーのインタフェースに利用される。
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サーバー用途には低コストの40Gを利用

　イーサネットの伝送速度は，10Mビット/秒から10Gビット/秒まで，すべて10倍単位で向上してきた。次世代イーサネットの伝送速度は，10Gビット/秒の10倍，すなわち，100Gビット/秒になると考えるのが自然だろう。

　では，なぜ40Gビット/秒という速度が加わったのだろうか。そこには，サーバー・ベンダーの強い要求があった。

　次世代イーサネットの仕様を検討するスタディ・グループが設立された2006年当初，通信事業者や通信事業者向けの装置ベンダーが中心となり，100Gビット・イーサネットだけで検討を進めていた。

　ところが，2007年に入ると，サーバー・ベンダーやサーバー向けチップ・ベンダーが40Gビット・イーサネットの必要性を訴えた。「サーバーには100Gビット/秒は過剰なスペックで，コストが高くなるため採用できない」という主張である。そこで，より低コストで製品化できるように，伝送速度を落とした仕様を作るように要求した。

　結局，どちらか一本に統一できず，両方を仕様に盛り込むことになったのである。

40Gはサーバー向け，ストレージ用途も

　サーバー用途の40Gビット・イーサネットは，ネットワーク用途の100Gビット・イーサネットとは対照的に，今すぐに必要となるわけではない。

　例えば，米インテルと米ブロードコムは，サーバー用インタフェースに40Gビット・イーサネットが主流になるのは2017年，つまり今から10年後になると見ている（図7）。2007年の現時点では，ギガビット・イーサネットが主流で，10Gビット・イーサネットはほとんど使われていない。10Gビット・イーサネットが主流になるのは2012年と推測している。

図7●サーバー用途では100Gビット・イーサネットはしばらく使われない
IEEEのHSSGで米インテルと米ブロードコムの資料を基に作成。2007年以降の販売台数の総数は米IDCの推定。イーサネットの種類ごとの販売台数は米インテルと米ブロードコムの推定。
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　サーバーのインタフェースで入出力されるデータ量は，24カ月で2倍というペースで増えている。「プロセッサの処理能力が18～24カ月で2倍になる」とする「ムーアの法則」と同じペースである。この増加ペースは，ネットワークのトラフィックに比べると緩やかだ。サーバーのインタフェース速度は，2007年では10Gビット・イーサネットで十分間に合う。2010年でようやく追いつくレベルだ。

　40Gビット/秒の帯域を持つインタフェースは，2010年の時点では必要なくても，10年後には必要となる。そのような長期的な視点で作られるのが40Gビット・イーサネットである。

高速化でストレージ用途を取り込む

　必要とされる帯域の増加ペースは，ネットワーク用途に比べるとサーバー用途の方が緩やかだ。しかし，IPTVや新しいWebアプリケーションなどが登場し，確実にサーバーとLANの間を流れるデータ量は増えている。40Gビット・イーサネットの第一の目的は，LANとサーバーの間の帯域を広げ，大量のデータをやりとりできるようにすることだ。

　実は，40Gビット・イーサネットにはもう一つの狙いがある。それは，ストレージとサーバーを結ぶSANをイーサネットで実現することだ。

　現在SAN用のインタフェースには，「ファイバ・チャネル」と呼ぶ方法が一般的だ。ファイバ・チャネルでは，ストレージのデータやSCSIコマンドをやりとりできる。

　ファイバ・チャネルを利用するには，サーバーに「HBA」（host bus adapter）と呼ばれる専用アダプタを取り付けなければならない。また，複数のサーバーとストレージを接続するための「FCスイッチ」と呼ぶ装置も必要だ。現在利用できるファイバ・チャネル製品の最大伝送速度は4Gビット/秒。2008年には，最大伝送速度8Gビット/秒の製品が登場する予定である。

　さらに，ストレージとサーバーを接続するためのインタフェースをより高速にするには，「InfiniBand（インフィニバンド）」という規格を利用する方法もある。例えば，ブレード・サーバーの1シャーシ内ではファイバ・チャネルでSANを構成し，その上位のリンクにInfiniBandを利用するといった構成である。

　InfiniBandはもともとバックオフィス系のサーバー間を接続する高速インタフェースとして開発された。現在は高性能コンピューティング（HPC）用途のほか，ストレージによく利用されている。InfiniBandでは，2.5Gビット/秒，10Gビット/秒，30Gビット/秒の3種類の伝送速度が利用できる。InfiniBandをストレージ用途に利用する場合，ファイバ・チャネルと同様，専用のサーバー用アダプタとスイッチが必要になる。

　一方，最近はSCSIコマンドをIPでカプセル化する「iSCSI（アイスカジー）」と呼ぶ方式を使い，イーサネットでサーバーとストレージを接続する方法が普及しつつある。この方法を使えば，サーバーとストレージをLANだけで接続でき，専用のアダプタやスイッチで構成したSANを必要としない。

　しかし，現行の10Gビット・イーサネットでは，InfiniBandの帯域を大きく下回ってしまう。そこで，次世代イーサネットでは，40Gビット/秒に高速化することで，InfiniBandが使われているSAN用のインタフェースを代替することを狙っている（図8）。

図8●40Gビット・イーサネットでストレージ関連のインタフェースを統合
ストレージ向けのインタフェースをイーサネットで実現することで，従来はSANと接続するために必要だったストレージ用のインタフェース・アダプタやスイッチがいらなくなり，低コスト化を図れる。

サーバーの実装形態に合わせた伝送距離仕様

　サーバーのハードウエアの実装形態は，（1）タワー型，（2）サーバー・ラック型，（3）ブレード・サーバー型──の3種類がある（図9）。こうした形態は，100M/1G/10Gビット・イーサネットと40Gビット・イーサネットでは変わらない。ただ，40Gビット・イーサネットは，3種類の実装形態のそれぞれに合わせて，3種類の伝送仕様が決められている。