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ScaleN:弾力性のあるインフラストラクチャ

Updated June 01, 2013
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はじめに

弾力性とは、クラウド コンピューティングとともに登場した比較的新しい用語で、従来の拡張性の概念を広げたものです。拡張性がリソースの拡大や成長に焦点を当てているのに対し、弾力性はその逆、つまり利用可能なリソースを縮小する能力を意味します。弾力性が従来の拡張性よりも優れていると考えられているのは、リソースと需要を正確に一致させようとするためです。これにより、これまで需要の急増に対応するために行われていたコストのかかるオーバープロビジョニングを排除し、利用率を向上させて投資収益率を高めることができます。

運用およびビジネス モデルとしての弾力性は当初、アプリケーションに重点を置いていましたが、ロード バランシングやIDアクセス管理などのインフラストラクチャ サービスにも弾力性が求められることが明らかになってきました。アプリケーションは島のように孤立した存在ではなく、依存しているサービスが需要に応じて拡大/縮小しなければ、需要に適切に対応できません。より多くのビジネス環境でIDアクセス管理などの重要なコア サービスを共有するようになり、あるアプリケーションに圧倒的な需要が発生したときに適切にスケーリングできないと、データ センタ全体にドミノ効果が発生し、数十から数百の他のアプリケーションに影響を与えかねません。

マルチテナント アーキテクチャは、事業運営のあらゆる側面をスケーリングするための要件です。しかし、コンプライアンスやセキュリティの観点からアプリケーションや事業部門ごとにパブリック クラウド プロバイダの環境と同じレベルの分離が必要になる場合があります。従来のネットワーク インフラストラクチャはこのような分離をサポートしていないため、効率とコストを重視する組織にとって課題となっています。

F5® ScaleN™テクノロジは、従来のインフラストラクチャの拡張性モデルから脱却し、より効率的で弾力性のあるマルチテナント ソリューションを導入することで、最新のデータ センタ アーキテクチャが抱える課題と要望に応えます。また、弾力性を実現するための方法をさらに拡大し、さまざまな業界にわたって組織固有のニーズをより的確に満たすための複数の拡張性モデルを提供します。

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  • 電力
  • ハードウェア
  • 電気通信
  • ソフトウェアの問題

F5 ScaleN

複数のネットワークにわたって実行されるアプリケーションには、パフォーマンス、セキュリティ、可用性などさまざまな問題が発生します。これらの問題は生産性の低下、機会の損失、評判の低下など、組織に多大な損失をもたらします。これらの問題に対処するための戦略には、共通する重要な要素があり、それが拡張性です。拡張性は回復力の実現、パフォーマンスの向上、リソースの最適化を目的としたアーキテクチャに不可欠な要素です。

F5は、信頼性の高いN+1高可用性(HA)アーキテクチャなど、既に包括的な可用性ソリューションをScaleNで強化しています。ScaleNは、拡張性に対する独自のアプローチであり、弾力性のある環境や従来の環境におけるビジネス面と運用面のどちらのステークホルダーの多様な要件も満たすように設計された複数のモデルで構成されています。ScaleNは、従来の水平方向にスケーリングするHAアーキテクチャの機能を拡張するだけでなく、仮想化とシームレスなオンデマンドのスケーリング オプションを追加するため、組織はビジネスやアーキテクチャだけでなく運用上の要件も満たすことができます。

ScaleNのオペレーショナル スケーリング

ScaleNのオペレーショナル スケーリングは、デバイスの仮想化機能とパーティショニング機能という2つの主要な概念で構成されています。

図
図1:インフラストラクチャのマルチテナント化にはパーティショニングや仮想化などのアプローチがある。

マルチテナント化の最も一般的な2つのアプローチには、それぞれ明確な利点があります。両方のアプローチを採用することで、ScaleN対応のF5 BIG-IPのアプリケーション デリバリ コントローラ(ADC)はマルチテナント環境をサポートし、ネットワークの分離と、テナント ドメインに対するきめ細かなロールベースの管理制御を実現します。ScaleNのオペレーショナル スケーリングは、管理を含めシステム全体の運用分離を維持しながら、内外で真のマルチテナント アーキテクチャを実現します。

パーティショニングとF5 vCMP

マルチテナント化の最も一般的なアプローチは、Software as a Service(SaaS)プロバイダが採用しているもので、複数の顧客が同じソフトウェアを共有しながら、組織ごとにその動作をパーソナライズすることができます。ネットワーク インフラストラクチャでは、このパーティショニングをネットワークまで拡張する必要があり、ルーティングやネットワーキングのドメインを分離する機能が必要です。さらに製品のバージョンが異なると、あるアプリケーションの機能やパフォーマンスを他のアプリケーションのために犠牲にしなければならないことがあるため、共有インフラストラクチャは敬遠されがちです。ScaleNでは、ScaleNオペレーショナル スケーリングによりテナント間の機能、パフォーマンス、コストのバランスをとる必要がなくなります。ScaleNオペレーショナル スケーリングは独自のマルチテナント型仮想化アーキテクチャであり、さまざまなBIG-IPのバージョンやソリューションを同時にサポートすることができます。

これを可能にしているのが、独自のF5® Virtual Clustered Multiprocessing™(vCMP)テクノロジであり、テナントごとの構成、ポリシーの実施、管理を可能にするために必要な分離を提供します。各vCMPゲストはパーティションやルート ドメインなどのマルチテナント機能を使用してさらに分割することができます。これにより、ITチームは予測可能なパフォーマンスや単一の統合アプリケーション デリバリ プラットフォームによる管理の簡素化を犠牲にすることなく、ビジネス、アプリケーション、部門ごとの多様な要件をサポートすることができます。

vCMP Flexible Allocationでは、CPUコア(およびF5® VIPRION®シャーシ システムではブレード)などのリソースを指定することで、テナントの多様なコンピューティング ニーズに対応できます。シャーシベースのシステムでFlexible Allocationを使用することで、F5独自の機能である動的スケーリングにも対応し、ゲスト クラスタのサイズを自動的に変更して真の弾力性を実現できます。

各仮想ドメイン内では、ロールベースのアクセス システムを利用して管理制御を強化することで、構成やポリシーを分離し、安全に管理することができます。ルート ドメインによりネットワークが分離され、サブネットやIPアドレスが重複してもサービスの停止や中断につながる競合が発生しません。

図
図2:ScaleNのオペレーショナル スケーリングは、柔軟なリソース プロビジョニングにより堅牢なマルチテナント サポートを提供する。

F5には、データやビデオのトラフィックを加入者ごとに管理し、すべてのスマートフォン ユーザーに対してこれらのサービスを最適化してスケーリングできる唯一のソリューションがあります。

テナントの分離と保護

ScaleN対応のBIG-IPプラットフォームは、マルチテナントを完全に認識し、管理とネットワークの両方をテナントごとに分離することができます。この分離により、ネットワークのオーバーサブスクリプションやルーティング エラーが他のテナントに影響を与えるのを防ぎ、各テナントのセキュリティを確保できます。またテナントごとのきめ細かな管理制御により、他のテナントでポリシーやネットワーク構成が間違って変更されてもその影響を受けることはありません。

図
ScaleNはパーティショニングと仮想化を組み合わせることで、マルチテナントとロールの分離をサポートしている。

柔軟なプロビジョニングの活用

また、ScaleNのオペレーショナル スケーリングには堅牢で柔軟なリソース プロビジョニング機能があり、組織でテナントがどのように定義されていても、担当者はテナントごとに利用率を管理することができます。この機能により、テナントは他のアプリケーションやテナントへの影響を懸念することなく、F5® iRules®、F5® iApps®、F5® iControl®による組み込みのカスタマイズ機能を利用して、他に類を見ないプログラム可能なF5のアーキテクチャを活用することができます。

ScaleNのアプリケーション スケーリング

サービスに対する需要の増加という課題に対応するための最も一般的な手段は、水平方向にスケールアウトしてリソースの容量を増やすことです。この戦略は、障害対策としてもよく使われます。冗長性を持たせることで、1つのコンポーネントに障害が発生してもダウンタイムが発生しないようにします。この戦略は数十年にわたって成功を収めてきましたが、コストのかかるオーバープロビジョニングや利用率の低下につながりやすく、アーキテクチャ全体の投資収益率を低下させてしまいます。

ScaleNのアプリケーション スケーリングは、運用上のオーバーヘッドの主な原因であるスタンバイ専用の要素を不要にすることで従来のモデルを強化します。ScaleNのアプリケーション スケーリングはこれを実現するためにプラットフォーム アプローチを採用し、BIG-IP デバイスがフォーム ファクタに関係なく連携して動作できるようにします。ScaleN対応の一連のBIG-IPデバイスが信頼できるデリバリ ファブリックを形成し、それを通じてアプリケーションのスケーリング、保護、デリバリを高い信頼性で弾力的に行うことができます。すべてのBIG-IPデバイスは同じプラットフォームに依存しているため、物理または仮想フォーム ファクタを介して、さらにはクラウドにスケールアウトすることができます。

ScaleNのアプリケーション スケーリングは、2つの形式の水平方向のスケーリングによって、この多方向のスケーリングを実現します。それはアプリケーションの拡張性と高可用性に重点を置いたアプリケーション サービス クラスタリングと、BIG-IP Application Delivery Servicesを効率的かつシームレスにスケーリングするためのデバイス サービス クラスタリングです。

共有インフラストラクチャとの統合

ScaleN対応のBIG-IPプラットフォームは、アプリケーションに柔軟な拡張性モデルを適用し、従来のモデルにあったアプリケーション障害に対する「オール オア ナッシング」のアプローチを排除します。従来、重要なアプリケーションの多くは、共有インフラストラクチャ上の他のアプリケーションの障害の影響を受けないように、専用のデリバリ インフラストラクチャを必要としました。このモデルは効果的でしたがコストがかかり、特に高可用性アーキテクチャも必要とする場合に深刻でした。

アプリケーション サービス クラスタリングにより、ビジネス面でのステークホルダーはコストの低い共有インフラストラクチャを自信を持って活用しながら、プロジェクトや事業部門ごとのインフラストラクチャ サービスの維持に伴う管理と保守のオーバーヘッドを削減することができます。

従来、複数の事業部門を抱える多くの組織では、アプリケーションの障害やBIG-IP共有リソースの過剰な使用による中断の可能性を最小限に抑えるために、複数の専用BIG-IPデバイスを導入していました。アプリケーション サービス クラスタリングでは、アプリケーションを分離し、障害がデバイス全体ではなくそのアプリケーションだけに影響するようにします。フェイルオーバーはデバイスではなくアプリケーション レベルで発生し、複数の事業部門やプロジェクトで他のテナントを原因とする中断を心配することなく1台のBIG-IPデバイスを共有することができます。

アプリケーション サービス クラスタリング

図
図3:アプリケーション サービス クラスタリングがアプリケーション層での障害を確実に分離し、無停止、低コストの拡張性および高可用性アーキテクチャを実現する。

柔軟な導入オプション

柔軟性が高く、ScaleN対応のBIG-IPの物理エディションと仮想エディションを自由に組み合わせて利用できるため、組織は一貫した共通の制御点によりセキュリティ、アクセス、デリバリのポリシーが適用されるという利点を損なうことなく、コストを抑え、クラウド環境に拡張する可能性を模索することができます。

F5のあるお客様はScaleN対応のBIG-IP製品の機能を利用してクラウドに拡張することで、追加のオーバーヘッドや複数のデリバリ システムによる複雑さを生じることなく、Amazon Web Services(AWS)を活用しています。そのお客様は従来のBIG-IPデバイスとF5® BIG-IP® Virtual Edition(VE)を使用してオンデマンドでシームレスにクラウドに拡張することができ、デリバリのすべての面を保護し、高速化し、管理する能力を維持したまま、クラウド リソースによるコストの削減を実現しました。このプロセスを強化するためにiAppsが使用されました。iAppsは、テンプレートと自動化を活用することで、デリバリ ポリシーを効率よく繰り返し展開することを可能にします。AWSに特化したiAppにより、最小限の労力でクラウドバースティング アーキテクチャの実装に成功しました。

 

  プライベート パブリック
AWS  
Citrix XenServer
Microsoft Hyper-V
KVM
VMware vSphere
図4:ScaleN対応BIG-IP製品はさまざまな物理および仮想フォーム ファクタで利用できる。

 

ScaleNのアプリケーション スケーリングを使用すると、高可用性と柔軟な拡張性オプションを犠牲にすることなく、アイドル状態のリソースを排除することができます。これにより、全体の利用率が向上し、アプリケーション デリバリ インフラストラクチャの投資収益率を最大化するために必要な時間が短縮されます。

利用率と運用の一貫性の向上

ScaleN対応のBIG-IPデバイスを使用して高可用性と弾力性のあるデリバリ インフラストラクチャを実装することで、アイドル状態でコストのかかるスタンバイ リソースが不要になります。アプリケーションとデリバリ サービスは、ScaleNデバイス サービス クラスタのメンバーを使用して障害発生時に弾力的にスケーリングし、可用性を維持することができます。ポリシーは、デバイス サービス クラスタ内で体系的に共有することができ、手動構成による運用上のオーバーヘッドを削減し、規制遵守と強固なセキュリティ体制の維持に不可欠なセキュリティおよびアクセス制御を一貫して実施することができます。

図
図5:ScaleNがサーバーではなく複数のアプリケーションにわたってスケーリングし、デバイス サービス クラスタ内の仮想インスタンスと物理インスタンス間でBIG-IPサービスの弾力性を実現する。

デバイス サービス クラスタ

従来の高可用性(HA)アーキテクチャでは、類似した冗長なコンポーネントに構成を同期させることで、迅速なフェイル オーバーを可能にしていました。ScaleNのデバイス サービス クラスタでは、他のScaleN対応BIG-IPデバイスとポリシーを同期させて共有することができます。これにより、お客様はScaleN対応のBIG-IP仮想または物理エディションを使用して、オンプレミスでもオフプレミスでもBIG-IP Application Delivery Servicesの容量を迅速に拡張できます。事前準備や構成に何日も、あるいは何週間もかける必要はありません。

ScaleNのオンデマンド スケーリング

垂直方向のスケーリングとはメモリやプロセッサの追加であり、ネットワーク コンポーネントで言えば帯域幅の追加ですが、これは現在でもインフラストラクチャをスケーリングする際の有効な方法です。ほとんどの場合は新しいハードウェアが必要となり、それらを構成してネットワークに組み込まなければなりません。特に問題のコンポーネントが収益源のアプリケーションのデリバリに不可欠な経路にある場合は、これによってデリバリが中断される可能性があり、実際に中断されることもよくあります。

もちろんF5は従来のスケールアップ方法をサポートしています。より強力な新しいプラットフォームにアップグレードすることは常に選択肢の1つです。しかしF5は構成の変更や移行、メンテナンス ウィンドウを必要としない、無停止のスケールアップ方法も提供しています。

VIPRIONハードウェアなら、モジュラー型のブレードによって真の直線的な拡張性が得られます。追加電源用のブレードを追加すると、システムの構成や変更なしに自動的にシステムで使用できるようになります。

また、ScaleNが提供する仮想および物理アプライアンスは、追加の容量をライセンスすることでオンデマンドのスケーリングをサポートします。組織はオンデマンド ソフトウェア ライセンスにより、アプリケーション デリバリ サービスの規模を適正化し、成長をサポートできます。新しいハードウェアや大容量のハードウェアは必要ありません。F5はBIG-IPソリューションのシャーシ、ハードウェア、ソフトウェアの各バージョンにわたりオンデマンドの拡張性を提供することで、ビジネスの成長に合わせてアプリケーション デリバリ サービスをスケーリングするための最も広範なオプションを提供しています。

シームレスな成長を実現

ScaleNのオンデマンド スケーリングにより、シャーシベースのVIPRIONハードウェアでブレードを追加することで無停止でのスケールアップが可能になります。ブレードベースのシステムの多くは変更時に中断されますが、vCMPテクノロジではシステムをそのままシームレスに拡張できます。VIPRIONデバイスにリソースを追加すると、システムの構成や変更なしに自動的にシステムでリソースを使用できるようになります。ScaleNのオンデマンド スケーリングにより、組織はビジネスの成長に合わせて容量を増加することができ、コストのかかるアイドル状態のリソースに頼る必要がなくなります。

直線的なスケーリングのメリット

ScaleNの設計は完全にF5が行っているため、BIG-IP製品は利用可能なすべてのハードウェア リソースに直接アクセスできます。これはScaleNのオンデマンド スケーリングが採用されている場合、BIG-IPシステムをスケーリングするときに汎用技術による不利益がなく、人為的な制限を解消する必要もないことを意味します。BIG-IP製品を実行しているVIPRIONハードウェアにブレードを追加してスケールアップすると、システム全体がそのブレードのRAM、CPU、ネットワーク リソースをすべて利用できるようになります。

従来のスケールアップ アプローチでは既存のリソースの人為的な制限を単に移動するだけで、容量が追加されることはなく、システムがそれらのリソースの使用を継続的に拡大できるだけです。ScaleNではリソースがシステムに追加されるとVIPRIONハードウェアを直線的にスケーリングできるため、効率的にスケーリングできないシステムと比べて優れた価格性能比を実現します。

リソースの利用状況の最適化

vCMP Flexible Allocationでは、CPUとメモリのリソースをオンデマンドかつ無停止でプロビジョニングすることができます。Flexible Allocationは、ScaleN対応のアプライアンスとVIPRIONシャーシの両方で利用でき、複数のブレードとCPUコアにわたりリソースの弾力的なプロビジョニングを可能にします。再起動の必要はなく、これはF5独自の機能です。

Flexible Allocationでは、管理者がゲストを作成する際にCPUコア数を選択できます。VIPRIONシステムでは管理者がゲストに割り当てたスロットをさらに指定することができ、高可用性ペアに配置されたゲストのミラーリング機能を向上させることができます。

VIPRIONを導入したことで、アプリケーション デリバリ能力が一晩で2倍になりました。それと同時に、必要なときにブレードを追加するだけで簡単に容量を増やせる柔軟性も手に入れました。

リソースをシステムに追加したりシステムから削除したりすると、vCMPによりリソースを自動的に調整することができます。vCMPは構成されているCPUとメモリの最大要件と最小要件に基づいて、システムの可用性に応じて適切なリソースを動的に割り当てます。

リソースを動的に、しかも無停止で割り当てることができるため、お客様はアプリケーションやビジネスの需要に応じてアプリケーション ネットワーク サービスを弾力的かつシームレスにスケーリングできます。

まとめ

F5はアプリケーションとインフラストラクチャの拡張性における先駆者であり、現在も革新を続けています。拡張性モデルを動的でより堅牢なモデルに進化させることで、ScaleNは現代のビジネスおよびIT組織が必要とする1秒未満のフェイルオーバーとオンデマンドの拡張性を実現しています。

ScaleNは真のマルチテナント インフラストラクチャと、アプリケーション サービス クラスタリングによるアプリケーションのパッケージングと分離、さらにデバイス サービス クラスタを組み合わせることで、クラウド プロバイダや企業のお客様が利用する弾力性のある最新のアプリケーション デリバリ ネットワークの柔軟性を高めています。さらにScaleNがこの柔軟性を提供する際、実績と信頼性のあるアプリケーション デリバリ機能を犠牲にしません。デリバリ サービスに対する統合プラットフォーム アプローチにより、BIG-IPデバイスはビジネスとIT運用の両方の要件に適合する拡張性戦略を実現するため、スケーリング テクノロジの階層化をサポートしています。

ScaleNは、企業やクラウド プロバイダが新たなデータ センタ技術によって約束された俊敏性、効率性、コスト削減を実現するために必要とする、弾力性のあるインフラストラクチャを実現します。