10GBASE-Tの速度をWindowsファイル共有に活かす「SMBダイレクト」、RDMA対応のWindows 10 Enterprise/Pro for Workstationで利用可能

　まだあるのか？　とか言われてしまいそうだが、最後にOS側の対応がある。もちろんOSといっても、TCPなりUDPで直接通信する限りにおいては、とりあえずOSに対応したドライバーを入れさえすれば、そのまま使える。話はもう1つ上位のファイル共有サービスに関係してくる。これを説明するためには、まずRDMAの話が必要だ。

DMAのネットワーク版「RDMA」、利用はOS側の実装に依存

　RDMA（Remote Direct Memory Access）は、DMA（Direct Memory Access）のネットワーク版……と書いても理解できないと思われるため、もう少し詳細を解説しよう。そもそもDMAとは何か？　というと、「CPUを介さずにデバイスとメモリ（またはデバイス同士）の間で直接転送を行う」仕組みだ。

　DMAのケースでは、まず（1）CPU（が出すリクエストを受けたDMAコントローラー）が、デバイスに対して転送命令を掛ける。すると（2）Deviceは勝手にMemoryとの間でデータ転送を行い、転送が終わればCPU（に繋がるDMAコントローラー）に通知する、という仕組みだ。これが便利なのは、いちいちCPUがDeviceからデータを読み取ってMemoryに書き出す（もしくはメMemoryから読んでDeviceに書き出す）より、ずっとオーバーヘッドが少なく高速に転送ができることだ。

DMAによるデータ転送の仕組み

　これをネットワーク越しに拡張したのがRDMAである。以下のようにNode 1からNode 2にデータを転送する場合、まず（1）Node 1のCPU #1がDMAコントローラー経由でDevice（LANカード）にリクエストを出すと、（2）DeviceはMemoryからデータを直接読み込んで、（3）それをEthernetに送出する。（4）これを受け取ったNode 2のDeviceは、それをそのままNode 2のMemoryに書き出すという仕組みだ。転送が完了すると、Node 1とNode 2のDeviceはそれぞれのCPUに転送が行われたことを通知して処理が終了する。結果から見れば、ネットワーク越しにNode 1からNode 2まで一気にDMAが行われたような形に見えることから、この名前が付いている。

RDMAによるデータ転送の仕組み

　この仕組みがないと、送信側はDMAを利用して大量にフレームを送り出せても、受信側は1フレーム毎にCPUに「データを受け取った」通知を送り出し、そのたびにCPUが動作するので、結局は受信側がボトルネックになってしまうわけだ。

　RDMAは、10GBASE-Tで初めて採用されたわけではなく、InfiniBandは当初からこれをサポートしていた。「RoCE（RDMA over Converged Ethernet）」や「iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）」などを使うことでTCP/IPでも利用は可能だったが、10GBASE-TではRDMAの仕組みがサポートされないと、ちゃんと性能が出ないということが早くから認知されていた。

　このRDMAは、OS側の実装にも依存するが、Windows系の場合はWindows Server 2012 R2とWindows Server 2012からインボックスドライバーの形でサポートされることになった。Linuxはもっと前からネイティブでRDMAをサポートしている。問題はクライアント側で、Windows 10 Proでは、現在のAnniversary UpdateでもこのRDMAがサポートされていない（Windows 10 Enterpriseは例外的にRDMAがサポートされる）。ただし、まもなく登場すると言われている「Windows 10 Pro for Workstations」ではサポートされる予定だ。

SMB 3.0に搭載される「SMBダイレクト」、RDMA対応のWindows 10 Enterprise/Pro forWorkstationで利用可能に

　このRDMAの存在を前提に実装されるのが、「SMBダイレクト」だ。「SMB（Server Message Block）」は、Windows（というか、大元はMS-DOS）のファイル共有／プリンター共有に利用されているプロトコルで、大昔は「NetBEUI（NetBIOS Extended User Interface）」とか「CIFS（Common Internet File System）」などとも呼ばれていた。SMBと名乗るようになったのはWindows 2000からで、以下のように、妙に細かくバージョンを刻みながら進化している。

　SMB 3.0からは、新機能として「SMBダイレクト（SMB over RDMA）」や「SMB Multichannel」「SMB Transparent Failover」といった機能が搭載されている。このうち転送性能に関係してくるのがSMBダイレクトで、SMBプロトコルをRDMA経由で利用できるようにするものだ。

SMB Directの概念図。出典は"Microsoft RDMA Update"

　実はWindows 10ではSMB 3.1.1をサポートすることもあり、SMBダイレクトを標準でサポートしている。ただし、「Windowsの機能の有効化または無効化」の画面でチェックを入れても、RDMAをサポートしていないので何も起きない。RDMAをサポートしているWindows 10 Enterprise（将来的にはWindows 10 Pro for Workstationも）に切り替えれば、ここを有効化することで利用できるようになるわけだ。

「コントロールパネル」-「プログラムと機能」-「Windowsの機能の有効化または無効化」の画面で、「SMBダイレクト」の機能を有効にできる

　というわけで、10GBASE-Tの環境では、サーバーとクライアントの双方で、RDMAとSMBダイレクトをサポートしたものを選ぶことが重要になる。10GBASE-Tを搭載したNASを利用する場合、OSは通常Linux系かFreeBSD系と思われるので、RDMAはサポートされると思われるが、SMBダイレクトをサポートしているかをきちんと確認しておいた方がいいだろう。

　余談ながら、もし利用するサーバーがWindows 2012で、しかもドメインコントローラーとしても動作させている場合、こんな話も公開されているので、そうした場合は、SMBダイレクトをあきらめるか、別のサーバーを立てたほうがいいだろう。