Què és NVMe sobre TCP (NVMe/TCP)

Apreneu què és NVMe sobre TCP i com funciona NVMe sobre TCP en un llenguatge fàcil.

Explicació de NVMe sobre TCP

La creixent demanda de cloud computing necessita un sistema d'emmagatzematge eficient i assequible. Tot i que les unitats de disc dur (HDD) convencionals són molt barates, aquestes no són capaços d'allotjar programari basat en el rendiment o processos computacionals al núvol.

Per tant, per abordar aquest problema en l'emmagatzematge massiu per a dispositius informàtics, NVM Express Inc. va publicar l'arquitectura per a NVMe SSD, un dispositiu d'emmagatzematge intern molt ràpid per a ordinadors mitjançant PCIe o bus perifèric d'interconnexió de components.

Tanmateix, PCIe només és per a comunicacions directes de dades entre la memòria RAM i l'SSD NVMe. Com implementaria el mateix per a un entorn informàtic en núvol on els ordinadors amfitrió i client es troben en llocs remots? Aquests dispositius només es poden comunicar a través d'Internet o intranet.

Per abordar aquest repte, es va dissenyar el protocol NVMe over Fabric o NVMe-oF per permetre el desenvolupament de solucions d'emmagatzematge de xarxa NVMe. Utilitza la interfície d'especificació del dispositiu lògic NVMe per transferir dades entre l'ordinador o servidor amfitrió i una xarxa d'àrea d'emmagatzematge (SAN) o emmagatzematge connectat directe (DAS).

Però, el desplegament de NVMe-oF és molt car fins i tot per a grans empreses. A més, com que NVMe-oF requereix principalment cable de fibra òptica com a mitjà de transport de dades del punt A al punt B, no només és factible desplegar NVMe-oF per als núvols públics.

Per solucionar aquest problema, NVM Express Inc. ha creat el protocol NVMe sobre TCP o NVMe/TCP.

Què és NVMe sobre TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP és una edició ampliada de l'especificació d'ordres d'E/S d'emmagatzematge basada en NVMe. És la versió avançada de NVMe-oF i defineix les funcionalitats del protocol de transferència de dades NVMe al protocol de comunicació basat en missatges, TCP.

Hi ha una especificació de transport NVMe/TCP que descriu el següent:

• Com mapejar cues NVMe seguint un conjunt de regles estàndard
• Com crear càpsules per a NVMe sobre Fabric
• Com lliurar càpsules NVMe-oF a sistemes de transport de xarxa de fibra, InfiniBand i que no siguin de fibra mitjançant el protocol de control de transport familiar  o TCP

En poques paraules, la combinació de NVMe i TCP, NVMe/TCP transfereix dades i ordres més ràpidament i sense errors entre els hosts NVMe-oF i els dispositius controladors NVMe-oF.

Aquests dispositius es poden connectar a Internet i Intranet mitjançant una xarxa TCP/IP basada en Ethernet. El mitjà de connectivitat podria ser cables de fibra òptica o cables convencionals Cat 5 i Cat 6

Per què NVMe sobre TCP?

El sistema de transport NVMe original estava pensat per a SSD que aniran directament al sistema de PC, principalment a la placa base. El protocol de transport s'ha optimitzat inicialment per a SSD NVM PCIe que es connecten als servidors o estacions de treball internament.

Més tard, per als requisits d'emmagatzematge de dades ràpids i massius al núvol, el protocol de transport NVMe es va connectar amb especificacions d'enllaç de transport que utilitzen principalment els centres de dades al núvol, com Fibre Channel, RDMA sobre Ethernet convergent (RoCE), Protocol RDMA d'àrea àmplia d'Internet (iWARP) , i Infiniband.

Tot i que la modificació NVMe anterior funciona bé, no és adequada per als núvols públics, ja que es necessita un equip de maquinari especialitzat des del client. Per tant, es va incorporar el sistema d'unió de transport TCP que està disponible a nivell mundial i és fiable en xarxes de llarga distància.

Els components bàsics de NVMe sobre TCP

Una especificació de transport NVMe/TCP per a NVMe-oF inclou els components de xarxa següents:

• El sistema d'accés remot a dades que utilitza el protocol NVMe segueix el model d'interconnexió de sistemes oberts (OSI) per a sistemes de xarxa informàtica.
• NVMe/TCP utilitza la tecnologia de xarxa Ethernet que funciona a la capa d'enllaç de dades OSI física i OSI.
• Per als protocols de comunicació i les polítiques d'intercanvi de dades de paquets, NVMe/TCP es basa en el protocol TCP/IP.
• Conjunt d'ordres NVMe per convertir totes les ordres emeses per l'usuari i les E/S d'aplicacions en una taula d'ordres NVMe específica, com ara administrador, E/S, teixit, etc.
• La transferència remota d'ordres NVMe, en un teixit basat en missatges, es realitza mitjançant càpsules. Aquestes càpsules podrien ser càpsules de resposta o de comandament. Les càpsules d'ordres NVMe representen una unitat d'intercanvi de dades NVMe.
• Un subsistema i un controlador d'amfitrió es comuniquen entre ells intercanviant unitats de dades del protocol NVMe/TCP o PDU NVMe/TCP.
• Hi ha un procés de connexió de tres passos entre el subsistema del controlador i l'amfitrió. Aquests passos o fases són NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect i Fabric Connect.
• En un sistema d'enllaç de transport NVMe/TCP, els controladors d'E/S dinàmics es creen automàticament i s'assignen a l'ordinador amfitrió quan un subsistema es connecta correctament amb l'amfitrió NVMe-OF.

Beneficis de NVMe sobre TCP

• TCP és el protocol de transferència de dades d'Internet o Intranet més utilitzat i està disponible amb tots els centres de dades i els clients dels recursos de computació en núvol.
• Els centres de dades i els seus clients no necessiten substituir el maquinari de xarxa existent, com ara encaminadors, commutadors i NIC.
• TCP pot utilitzar tant cable de fibra com cable Cat 5 o Cat 6 i, per tant, el manteniment és bastant fàcil.
• L'enllaç de transport TCP per a NVMe-oF ofereix un alt rendiment i una baixa latència. Per tant, és perfectament adequat per a processos crítics i intensius de CPU a l'ordinador amfitrió i es pot accedir fàcilment per diversos clients remots sense cap conflicte de lectura/escriptura.
• TCP ofereix un encaminament dinàmic. Així, en comparació amb l'accés directe a memòria remot (RDMA), TCP té un rendiment més alt en les operacions de centres de dades a gran escala i en el núvol des de distàncies més llargues.
• TCP té una comunitat de desenvolupament més gran que qualsevol altra especificació de transport NVMe.

Reptes de NVMe sobre TCP

• Quan utilitzeu una pila TCP, heu de permetre que la CPU resolgui la majoria de les operacions TCP, com ara calcular sumes de control. Així, a una escala més gran, quan diverses estacions de treball de client sol·liciten escriure i llegir dades des de dispositius d'emmagatzematge en xarxa a través de l'ordinador amfitrió, la càrrega de la CPU de l'amfitrió augmentarà.
• La infraestructura hiperconvergent ha de ser senzilla. Tanmateix, quan utilitzeu NVMe/TCP, ho feu complex.
• NVMe sobre TCP també té algunes debilitats de seguretat que els pirates informàtics poden utilitzar per infiltrar-se en les vostres operacions al núvol, robar les dades i fer que les dades confidencials estiguin disponibles a la  web fosca  tret que implementeu una  solució de ciberseguretat i antivirus estricta .

NVMe sobre TCP: paraules finals

TCP és el protocol líder en centres de dades en xarxa públics o privats. Per tant, NVMe/TCP és la primera opció per oferir solucions d'emmagatzematge assequibles a Internet, intranet i infraestructura de núvol.

Aquest protocol també és escalable i fiable en connexions de xarxa de llarga distància. Com que la latència de lectura/escriptura d'emmagatzematge al núvol és equivalent a la majoria dels protocols de canal de fibra, NVMe sobre TCP és la solució de transport d'emmagatzematge al núvol preferida.

A continuació,  3 alternatives a l'emmagatzematge al núvol