Какво е NVMe през TCP (NVMe/TCP)

Научете какво е NVMe през TCP и как работи NVMe през TCP на лесен език.

Обяснение на NVMe през TCP

Нарастващото търсене на облачни изчисления се нуждае от ефективна и достъпна система за съхранение. Въпреки че конвенционалните твърди дискове (HDD) са много евтини, те не са в състояние да хостват управляван от производителността софтуер или изчислителни процеси в облака.

Следователно, за да се справи с този проблем в масовото съхранение за компютърни устройства, NVM Express Inc. публикува архитектурата за NVMe SSD, светкавично бързо вътрешно устройство за съхранение за компютри през PCIe или периферна компонентна Interconnect Express шина.

PCIe обаче е само за директна комуникация на данни между RAM и NVMe SSD. Как би се приложило същото за облачна изчислителна среда, където хост и клиентските компютри са разположени на отдалечени места? Тези устройства могат да комуникират само чрез интернет или интранет.

За да се справи с това предизвикателство, протоколът NVMe over Fabric или NVMe-oF е проектиран да позволи разработването на решение за мрежово съхранение на NVMe. Той използва интерфейса за спецификация на логическо устройство NVMe за прехвърляне на данни между хост компютъра или сървъра и мрежа за съхранение (SAN) или директно свързано хранилище (DAS).

Но внедряването на NVMe-oF е много скъпо дори за големи предприятия. Освен това, тъй като NVMe-oF изисква главно оптичен кабел като транспортна среда за данни от точка А до точка Б, не е възможно само да се разположи NVMe-oF за обществени облаци.

За да се справи с този проблем, NVM Express Inc. излезе с NVMe през TCP или NVMe/TCP протокол.

Какво е NVMe през TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP е разширено издание на спецификацията на I/O командата за съхранение, базирана на NVMe. Това е усъвършенстваната версия на NVMe-oF и дефинира функционалностите на NVMe протокола за пренос на данни към комуникационния протокол, базиран на съобщения, TCP.

Има NVMe/TCP транспортна спецификация, която описва следното:

• Как да картографирате NVMe опашки, като следвате стандартен набор от правила
• Как да създадете капсули за NVMe през Fabric
• Как да доставяме NVMe-oF капсули към оптични, InfiniBand и не-Fiber мрежови транспортни системи, използвайки познатия  транспортен контролен протокол или TCP

С две думи, комбинацията от NVMe и TCP, NVMe/TCP прехвърля данни и команди по-бързо и без грешки между NVMe-oF хостове и NVMe-oF контролерни устройства.

Такива устройства могат да бъдат свързани през Интернет и Интранет, като се използва TCP/IP мрежа, базирана на Ethernet. Средата за свързване може да бъде кабел от оптични влакна или конвенционални кабели Cat 5 и Cat 6

Защо NVMe през TCP?

Оригиналната транспортна система NVMe беше предназначена за SSD, които ще отидат директно в компютърната система, главно на дънната платка. Транспортният протокол първоначално е оптимизиран за NVM PCIe SSD, които се свързват вътрешно към сървърите или работните станции.

По-късно за изключително бързи и масивни изисквания за съхранение на данни в облака, транспортният протокол NVMe се свързва със спецификации за свързване на транспорта, които облачните центрове за данни използват най-вече, като Fibre Channel, RDMA през конвергиран Ethernet (RoCE), Интернет Wide Area RDMA протокол (iWARP) и Infiniband.

Въпреки че горната NVMe модификация работи добре, тя не е подходяща за обществени облаци, тъй като е необходимо специализирано хардуерно оборудване от края на клиента. Следователно беше включена TCP транспортна система за свързване, която е лесно достъпна в световен мащаб и надеждна в мрежи на дълги разстояния.

Основните компоненти на NVMe през TCP

Транспортна спецификация на NVMe/TCP за NVMe-oF включва следните мрежови компоненти:

• Системата за отдалечен достъп до данни, използваща протокола NVMe, следва модела за свързване на отворени системи (OSI) за компютърни мрежови системи.
• NVMe/TCP използва Ethernet мрежова технология, която работи във физическия OSI и OSI слоя на връзката за данни.
• За комуникационни протоколи и политики за обмен на пакети данни, NVMe/TCP разчита на TCP/IP протокол.
• Комплекти команди NVMe за преобразуване на всички издадени от потребителя команди и I/O на приложения в конкретна таблица с NVMe команди като администратор, I/O, fabric и т.н.
• Дистанционното прехвърляне на NVMe команди в базирана на съобщения тъкан се извършва с помощта на капсули. Тези капсули могат да бъдат отговорни или командни капсули. NVMe командните капсули представляват единица за NVMe обмен на данни.
• Подсистема и хост контролер комуникират помежду си чрез обмен на NVMe/TCP протоколни единици данни или NVMe/TCP PDU.
• Съществува процес на свързване в три стъпки между подсистемата на контролера и хоста. Тези стъпки или фази са NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect и Fabric Connect.
• В NVMe/TCP система за свързване на транспорт, динамичните I/O контролери се създават автоматично и се присвояват на хост компютъра, когато подсистема се свърже успешно с хост NVMe-OF.

Предимства на NVMe над TCP

• TCP е най-широко използваният интернет или интранет протокол за пренос на данни и е наличен във всеки център за данни и клиенти на облачни изчислителни ресурси.
• Центровете за данни и техните клиенти не трябва да заменят съществуващ мрежов хардуер като рутери, комутатори и мрежови карти.
• TCP може да използва както оптичен кабел, така и кабел Cat 5 или Cat 6 и следователно поддръжката е доста лесна.
• TCP транспортното свързване за NVMe-oF предлага висока производителност и ниска латентност. По този начин той е идеално подходящ за критични и интензивни за CPU процеси на хост компютъра и лесно достъпен от множество отдалечени клиенти без конфликти при четене/запис.
• TCP предлага динамично маршрутизиране. По този начин, в сравнение с дистанционния директен достъп до паметта (RDMA), TCP е най-ефективният в големи центрове за данни и облачни операции от по-големи разстояния.
• TCP има по-голяма общност за разработка от всички други транспортни спецификации на NVMe.

Предизвикателства на NVMe през TCP

• Когато използвате TCP стек, трябва да позволите на процесора да разреши повечето от TCP операциите като изчисляване на контролни суми. По този начин, в по-голям мащаб, когато множество клиентски работни станции ще поискат да записват и четат данни от мрежови устройства за съхранение през хост компютъра, натоварването на хост процесора ще се увеличи.
• Хиперконвергентната инфраструктура трябва да е проста. Въпреки това, когато използвате NVMe/TCP, вие го правите сложно.
• NVMe през TCP също има някои слабости в сигурността, които хакерите могат да използват, за да проникнат в облачните ви операции, да откраднат данните и да направят поверителни данни достъпни в тъмната мрежа,  освен  ако не внедрите строго решение за киберсигурност и  антивирусно решение .

NVMe през TCP: Последни думи

TCP е водещият протокол в публични или частни мрежови центрове за данни. Следователно NVMe/TCP е първият избор за предоставяне на достъпни решения за съхранение през интернет, интранет и облачна инфраструктура.

Този протокол също така е мащабируем и надежден при мрежови връзки на дълги разстояния. Тъй като закъснението при четене/запис на облачно хранилище е еквивалентно на повечето протоколи за оптичен канал, NVMe през TCP е предпочитаното транспортно решение за облачно съхранение.

Следва  3 алтернативи на облачно съхранение