Mis on NVMe üle TCP (NVMe/TCP)

Siit saate teada, mis on NVMe üle TCP ja kuidas NVMe üle TCP töötab lihtsas keeles.

NVMe over TCP Explained

Kasvav nõudlus pilvandmetöötluse järele vajab tõhusat ja taskukohast salvestussüsteemi. Kuigi tavalised kõvakettad (HDD-d) on väga odavad, ei suuda need pilves majutada jõudluspõhist tarkvara ega arvutusprotsesse.

Seetõttu avaldas NVM Express Inc. arvutiseadmete massmälu probleemi lahendamiseks NVMe SSD arhitektuuri, mis on ülikiire sisemine salvestusseade arvutitele, mis on mõeldud PCIe või perifeersete komponentide ühendamise ekspresssiiniga.

Kuid PCIe on mõeldud ainult otseseks andmesideks RAM-i ja NVMe SSD vahel. Kuidas saaks seda rakendada pilvandmetöötluse keskkonnas, kus host- ja klientarvutid asuvad kaugetes kohtades? Need seadmed saavad suhelda ainult Interneti või sisevõrgu kaudu.

Selle väljakutse lahendamiseks loodi NVMe over Fabric või NVMe-oF protokoll, et võimaldada NVMe võrgusalvestuslahenduse arendamist. See kasutab NVMe loogilise seadme spetsifikatsiooni liidest andmete edastamiseks hostarvuti või serveri ja salvestusvõrgu (SAN) või otseühendusega salvestusruumi (DAS) vahel.

Kuid NVMe-oF juurutamine on isegi suurtele ettevõtetele väga kallis. Kuna NVMe-oF nõuab peamiselt fiiberoptilist kaablit andmete edastamiseks punktist A punkti B, pole NVMe-oF-i juurutamine ainult avalike pilvede jaoks teostatav.

Selle probleemi lahendamiseks on NVM Express Inc. välja pakkunud NVMe üle TCP või NVMe/TCP protokolli.

Mis on NVMe üle TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP on NVMe-põhise salvestusruumi I/O käskude spetsifikatsiooni laiendatud väljaanne. See on NVMe-oF täiustatud versioon ja määratleb NVMe andmeedastusprotokolli funktsioonid sõnumipõhisele sideprotokollile TCP.

On olemas NVMe/TCP transpordi spetsifikatsioon, mis kirjeldab järgmist.

• Kuidas kaardistada NVMe järjekordi standardsete reeglite komplekti järgides
• Kuidas luua NVMe over Fabric kapsleid
• Kuidas tarnida NVMe-oF kapsleid fiiberoptiliste, InfiniBandi ja mittekiudvõrkude transpordisüsteemidesse, kasutades tuttavat  transpordijuhtimisprotokolli või TCP-d

Lühidalt, NVMe ja TCP, NVMe/TCP kombinatsioon edastab andmeid ja käske kiiremini ja veatult NVMe-oF hostide ja NVMe-oF kontrolleri seadmete vahel.

Selliseid seadmeid saab ühendada Interneti ja sisevõrgu kaudu, kasutades Etherneti-põhist TCP/IP-võrku. Ühenduskandjaks võivad olla kiudoptilised kaablid või tavalised Cat 5 ja Cat 6 kaablid

Miks NVMe üle TCP?

Algne NVMe transpordisüsteem oli mõeldud SSD-dele, mis lähevad otse arvutisüsteemi, peamiselt emaplaadile. Transpordiprotokoll on algselt optimeeritud NVM PCIe SSD-de jaoks, mis loovad ühenduse serverite või tööjaamadega sisemiselt.

Hiljem pilves ülikiirete ja tohutute andmesalvestusnõuete jaoks ühendati NVMe transpordiprotokoll transpordi sidumisspetsifikatsioonidega, mida pilvandmekeskused enamasti kasutavad, nagu Fibre Channel, RDMA üle Converged Ethernet (RoCE), Interneti laiala RDMA protokoll (iWARP) ja Infiniband.

Kuigi ülaltoodud NVMe modifikatsioon töötab hästi, ei sobi see avalike pilvede jaoks, kuna kliendi poolelt on vaja spetsiaalset riistvara. Seetõttu lisati TCP transpordi sidumissüsteem, mis on ülemaailmselt hõlpsasti kättesaadav ja usaldusväärne kaugvõrkude kaudu.

NVMe põhikomponendid TCP kaudu

NVMe-oF NVMe/TCP transpordi spetsifikatsioon sisaldab järgmisi võrgukomponente.

• Andmetele kaugjuurdepääsu süsteem, mis kasutab NVMe protokolli, järgib arvutivõrgusüsteemide jaoks mõeldud avatud süsteemide vastastikuse ühenduse (OSI) mudelit.
• NVMe/TCP kasutab Etherneti võrgutehnoloogiat, mis töötab OSI füüsilises ja OSI andmesidekihis.
• Sideprotokollide ja pakettandmevahetuspoliitikate puhul tugineb NVMe/TCP TCP/IP-protokollile.
• NVMe käsukomplektid teisendavad kõik kasutaja väljastatud käsud ja rakenduse I/O konkreetseks NVMe käsutabeliks, nagu admin, I/O, kangas jne.
• NVMe käskude kaugedastus sõnumipõhises koes toimub kapslite abil. Need kapslid võivad olla vastuse- või käsukapslid. NVMe käsukapslid esindavad NVMe andmevahetuse üksust.
• Alamsüsteem ja hostikontroller suhtlevad omavahel, vahetades NVMe/TCP protokolli andmeühikuid või NVMe/TCP PDU-sid.
• Kontrolleri alamsüsteemi ja hosti vahel on kolmeastmeline ühendusprotsess. Need sammud või faasid on NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect ja Fabric Connect.
• NVMe/TCP transpordi sidumissüsteemis luuakse dünaamilised I/O-kontrollerid automaatselt ja määratakse need hostarvutile, kui alamsüsteem loob edukalt ühenduse hosti NVMe-OF-ga.

NVMe eelised TCP ees

• TCP on kõige laialdasemalt kasutatav Interneti- või sisevõrgu andmeedastusprotokoll ning see on saadaval iga andmekeskuse ja pilvandmetöötluse ressursside klientidega.
• Andmekeskused ja nende kliendid ei pea välja vahetama olemasolevat võrguriistvara, nagu ruuterid, lülitid ja võrgukaardid.
• TCP saab kasutada nii kiudkaablit kui ka Cat 5 või Cat 6 kaablit ning seetõttu on hooldus üsna lihtne.
• TCP transpordi sidumine NVMe-oF jaoks pakub suure jõudluse ja madala latentsusaega. Seega sobib see suurepäraselt missioonikriitiliste ja protsessorimahukate protsesside jaoks hostarvutis ning sellele pääseb hõlpsasti juurde mitu kaugkliendit ilma lugemis- ja kirjutamiskonfliktideta.
• TCP pakub dünaamilist marsruutimist. Seega on TCP võrreldes kaugjuurdepääsuga (RDMA) kõige tõhusam suuremahuliste andmekeskuste ja pilveoperatsioonide puhul kaugemalt.
• TCP-l on suurem arenduskogukond kui ühelgi teisel NVMe transpordi spetsifikatsioonil.

NVMe väljakutsed TCP-ga

• TCP-virna kasutamisel peate lubama CPU-l lahendada enamiku TCP-toimingutest, näiteks kontrollsummade arvutamisest. Seega, kui mitu klienditööjaama taotlevad hostarvuti kaudu andmete kirjutamist ja lugemist võrku ühendatud salvestusseadmetest, suureneb host-CPU koormus suuremas plaanis.
• Hüperkonvergeeritud infrastruktuur peab olema lihtne. Kuid kui kasutate NVMe/TCP-d, muudate selle keeruliseks.
• TCP-põhisel NVMe-l on ka mõningaid turvanõrkusi, mida häkkerid saavad kasutada teie pilveoperatsioonidesse imbumiseks, andmete varastamiseks ja konfidentsiaalsete andmete pimedas veebis kättesaadavaks tegemiseks,  välja  arvatud juhul, kui kasutate ranget küberturvalisuse ja  viirusetõrje lahendust .

NVMe üle TCP: lõppsõnad

TCP on juhtiv protokoll avalike või eravõrguga ühendatud andmekeskuste vahel. Seega on NVMe/TCP esimene valik taskukohaste salvestuslahenduste pakkumiseks Interneti, sisevõrgu ja pilveinfrastruktuuri kaudu.

See protokoll on skaleeritav ja usaldusväärne ka kaugvõrguühenduste kaudu. Kuna pilvesalvestuse lugemise/kirjutamise latentsus on samaväärne enamiku kiudkanaliprotokollidega, on eelistatud pilvesalvestuse transpordilahendus NVMe üle TCP.

Järgmisena  3 alternatiivi pilvesalvestusele