インターネット・スモール・コンピューター・システム・インターフェース（iSCSI）は、クライアントデバイスからイーサネットネットワーク経由でブロックレベルのストレージデバイスにアクセスできる、ストレージエリアネットワーク向けのトランスポートプロトコルです。Fibre Channelと同様に、iSCSIはストレージエリアネットワーク（SAN）に利用でき、共有ネットワークでも専用ストレージネットワークでも動作します。ただし、異なるトランスポートプロトコルを使用するネットワーク接続ストレージ（NAS）やオブジェクトストレージなど、ファイルアクセスソリューションには対応していません。本記事では、iSCSIプロトコルの仕組みと、そのメリットおよび制限について説明します。
iSCSIの仕組みとは？
ストレージエリアネットワーク（SAN）では—接続されたスイッチ、ホスト、ストレージデバイスで構成される独立した高速ネットワーク—、iSCSIプロトコルを使って、ユーザーとストレージデバイスを接続するイーサネットネットワーク経由でデータを送信します。iSCSIはトランスポート層で機能します。これにより、ネットワーク接続されたデバイスをユーザーからローカルデバイスとして認識できるようになります。
データパケット、つまりネットワーク転送用にまとめられたデータ単位は、データ本体と、宛先および送信元のIPアドレスなどパケットに関する情報を格納するヘッダーで構成されます。データグラムとも呼ばれます。TCPトランスポート層のデータ単位はセグメント、リンク層のデータ単位はフレームと呼ばれます。
エンドユーザーのアプリケーションがオペレーティングシステムに要求を開始すると、適切なSCSIコマンドとデータ要求が生成されます。要求にはパケットヘッダーが追加され、プロトコルデータユニット（PDU）としてカプセル化されたSCSIデータを、イーサネットフレームの一部としてTCPヘッダー内に格納します。その後、フレーム全体がイーサネットネットワーク経由で送信されます。
イーサネットフレームが最終宛先に到達すると、宛先のデータリンク層がフレームのカプセル化を解除し、結果をネットワークに送ります。iSCSIプロトコルはパケットを分解してSCSIコマンドを分離し、オペレーティングシステムからストレージデバイスをローカル接続されたSCSIデバイスとして認識できるようにします。
SCSIコマンドはSCSIコントローラーに送られ、コントローラーがそのSCSIコマンドをSCSIストレージデバイスに転送します。iSCSIプロトコルは双方向で動作し、元の要求に応じてデータを返すこともできます。
iSCSIプロトコルでは、iSCSIイニシエーターとiSCSIターゲットを使用します。図1に示すPDUは、イニシエーターとターゲットの間で通信します。PDU内の情報は、セッションの確立、iSCSIコマンドの転送、データの移動、ノード検出情報の提供に役立ちます。
イニシエーターはクライアントマシン上にあります。ソフトウェアまたはハードウェアのいずれからでも起動できますが、ソフトウェアによる起動が一般的です。サーバーがiSCSIターゲットとなり、1つ以上のTCP/IP接続でイニシエーターからの要求を受信できます。
iSCSIのパフォーマンス
iSCSIネットワークとプロトコルは、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、インターネット経由でデータを送信できます。そのため、iSCSIネットワークのパフォーマンスは、ネットワークやストレージコントローラーの速度、コントローラー構成など、さまざまな要因によって大きく変動します。
イーサネットスイッチとメディアは、1 GB、10 GB、40 GB、100 GBの速度で動作できます。iSCSIネットワークの速度は通常、10 GB/sのインフラストラクチャネットワーク向けに設定されます。
iSCSIとFibre Channel：ストレージデータの伝送方式
iSCSIとFibre Channel（FC）は、どちらも大量のデータ転送に効果的で広く利用されています。次の表に、iSCSIとFCの主な違いを示します。
| iSCSI | Fibre Channel | |
|---|---|---|
| インフラストラクチャ | ユーザーネットワークとサーバーネットワークで同じインフラストラクチャを使用 | ユーザーネットワークとサーバーネットワークを分離した専用インフラストラクチャ |
| CPU負荷 | Fibre Channelより高い | iSCSIより低い |
| 対応距離 | 距離の制限なし | 距離に制限あり |
| 導入 | 管理しやすく簡単 | 手間がかかり複雑 |
| 遅延 | Fibre Channelより高い | iSCSIより低い |
| コスト | 低コスト | 高コスト |
| 適用性 | 入出力の少ないアプリケーションに適している | 入出力の多いアプリケーションに適している |
Fibre ChannelよりiSCSIを選ぶべきケース
Fibre Channel SANは、専用のファイバーチャネルネットワークを導入・管理するための十分な予算と専門知識を持つ企業に適しています。iSCSI SANはイーサネットネットワーク上で動作し、専用のネットワークハードウェアを必ずしも必要としません。専用のネットワークハードウェアを導入せずに高パフォーマンスのワークロードを必要とする企業には、iSCSI SANが適しています。
iSCSIのメリット
iSCSIをSANの一部として導入することで、企業は幅広いメリットを得られます。主なメリットは次のとおりです。
- TOEを内蔵。ホストCPUで追加処理を行う負担をなくすため、ネットワークインターフェースカード（NIC）にはTCPオフロードエンジン（TOE）テクノロジーが組み込まれており、TCP/IPスタックの処理をネットワークコントローラーにオフロードします。
- 初期投資が少ない。iSCSIプロトコルでストレージデバイスにアクセスすることで、企業は総保有コスト（TCO）を低く抑えられます。TCOが低いだけでなく、iSCSIで構築したSANは導入が容易で、メンテナンスも最小限で済みます。
- 追加のハードウェアが不要。iSCSIは、追加のハードウェアなしで、IPベースのテクノロジーとTCP/IPおよびイーサネットの相互運用性を利用します。
- セキュリティを強化。iSCSIはストレージネットワークに追加のセキュリティ層を提供します。
- トレーニング・メンテナンスコストが低い。ネットワークスタッフがiSCSIプロトコルを使用するための追加トレーニングは不要です。また、大がかりな監視や管理を行わずにストレージ使用量を増やせるため、運用コストを抑えられます。
- 互換性が高い。IPは世界中で利用されている普遍的かつ非独自仕様のテクノロジーであるため、異なるネットワークストレージ機器同士をシームレスに連携できます。
- 柔軟に拡張できる。iSCSI SAN環境は、既存のネットワークハードウェアやその他のデバイスを使って容易に導入できます。そのため、企業は成長に合わせてストレージ容量を拡張し、規模を拡大できます。
- 消費電力・コストが低い。オンラインで稼働するスイッチの数を減らすことでインフラストラクチャコストを削減でき、インフラストラクチャ、消費電力、冷却のコストを抑えられます。
iSCSIの制限とは？
iSCSIには多くのメリットがありますが、ほとんどのテクノロジーと同様に制限もあります。主な制限は次のとおりです。
- 条件によってパフォーマンスが変動。ビジネスデータとiSCSI情報を処理する混在ネットワークでiSCSIテクノロジーを使用すると、遅延が大きくなり、パフォーマンスの問題が発生します。
- SSD非対応。iSCSIはシリアルテクノロジーを使用するため、ソリッドステートストレージデバイス（SSD）には適していません。
- 容量に制限がある。ハードディスクドライブのLUN最大容量は250 TBで、NASの最大容量は144 TBです。
- スナップショット数に上限がある。iSCSIアプリケーションごとに作成できるスナップショット、つまり保存データの仮想コピーは512個、ファイル共有ボリュームでは64個までです。スナップショット機能に障害が発生すると、データを復旧できなくなり、iSCSIのパフォーマンスにも悪影響が及びます。
- 接続数に上限がある。iSCSIでは、1セッションあたりの接続数も最大255です。セッションが255を超えると、ターゲットは同時接続の試行を拒否します。
結論：エンタープライズソリューションとしてのiSCSI
高速なデータ転送と大容量のデータストレージは、企業のデータ業務に不可欠となっています。ストレージエリアネットワークは、これら双方のニーズに対応できる有効なソリューションです。iSCSIプロトコルを使用するSANはイーサネットネットワーク上で動作するため、既存のネットワークがあり、高パフォーマンスのワークロードを必要としながら、専用のネットワークハードウェアの購入・導入を望まない企業に適しています。
詳しくは、エンタープライズデータストレージの5つのタイプについての記事をご覧ください。企業がデータを保存し、ユーザーからアクセスできるようにするさまざまな方法を解説しています。