Mikä on NVMe over TCP (NVMe/TCP)

Opi helpolla kielellä, mikä on NVMe over TCP ja miten NVMe over TCP toimii.

NVMe over TCP selitetty

Pilvipalveluiden kasvava kysyntä tarvitsee tehokkaan ja edullisen tallennusjärjestelmän. Vaikka perinteiset kiintolevyasemat (HDD) ovatkin halpoja, ne eivät pysty isännöimään suorituskykyyn perustuvia ohjelmistoja tai laskentaprosesseja pilvessä.

Siksi NVM Express Inc. julkaisi tämän tietokonelaitteiden massamuistin ongelman ratkaisemiseksi arkkitehtuurin NVMe SSD:lle, joka on loistavan nopea sisäinen tallennuslaite tietokoneille PCIe- tai Peripheral Component Interconnect Express -väylän kautta.

PCIe on kuitenkin vain suoraa tiedonsiirtoa varten RAM:n ja NVMe SSD:n välillä. Kuinka toteuttaa sama pilvilaskentaympäristössä, jossa isäntä- ja asiakastietokoneet sijaitsevat syrjäisissä paikoissa? Nämä laitteet voivat viestiä vain Internetin tai intranetin kautta.

Tämän haasteen ratkaisemiseksi NVMe over Fabric tai NVMe-oF-protokolla on suunniteltu mahdollistamaan NVMe-verkkotallennusratkaisujen kehittäminen. Se käyttää NVMe:n loogisen laitteen määritysrajapintaa tiedon siirtämiseen isäntätietokoneen tai palvelimen ja tallennusalueverkon (SAN) tai suoraan liitetyn tallennustilan (DAS) välillä.

Mutta NVMe-oF:n käyttöönotto on erittäin kallista jopa suurille yrityksille. Lisäksi, koska NVMe-oF vaatii pääasiassa valokuitukaapelia tiedonsiirtovälineenä pisteestä A pisteeseen B, NVMe-oF:n käyttöönotto ei ole mahdollista vain julkisissa pilvissä.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi NVM Express Inc. on kehittänyt NVMe over TCP- tai NVMe/TCP-protokollan.

Mikä on NVMe over TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP on laajennettu versio NVMe-pohjaisesta tallennus-I/O-komentomäärittelystä. Se on NVMe-oF:n edistynyt versio ja määrittelee NVMe-tiedonsiirtoprotokollan toiminnot viestipohjaiseen TCP-viestintäprotokollaan.

On olemassa NVMe/TCP-kuljetusmääritykset, jotka kuvaavat seuraavat:

• NVMe-jonojen kartoittaminen vakiosääntöjen mukaisesti
• Kapseleiden luominen NVMe over Fabricille
• NVMe-oF-kapseleiden toimittaminen kuitu-, InfiniBand- ja ei-kuituverkkojen siirtojärjestelmiin käyttämällä tuttua  Transport Control Protocola tai TCP:tä

Lyhyesti sanottuna NVMe:n ja TCP:n, NVMe/TCP:n yhdistelmä siirtää dataa ja komentoja nopeammin ja virheettömästi NVMe-oF-isäntien ja NVMe-oF-ohjainlaitteiden välillä.

Tällaiset laitteet voidaan yhdistää Internetin ja intranetin kautta Ethernet-pohjaisen TCP/IP-verkon avulla. Yhteysmedia voi olla optisia kuitukaapeleita tai perinteisiä Cat 5- ja Cat 6 -kaapeleita

Miksi NVMe over TCP?

Alkuperäinen NVMe-siirtojärjestelmä oli tarkoitettu SSD-levyille, jotka menevät suoraan PC-järjestelmään, pääasiassa emolevylle. Siirtoprotokolla on alun perin optimoitu NVM PCIe SSD -levyille, jotka muodostavat yhteyden palvelimiin tai työasemiin sisäisesti.

Myöhemmin NVMe-siirtoprotokolla lanseerasi pilven räjähtävän nopean ja massiivisen tiedontallennustarpeen siirtosidonnaisilla spesifikaatioilla, joita pilvipalvelinkeskukset käyttävät enimmäkseen, kuten Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP). ja Infiniband.

Vaikka yllä oleva NVMe-muokkaus toimii hienosti, se ei sovellu julkisille pilville, koska asiakaspäästä tarvitaan erikoislaitteita. Tästä syystä otettiin käyttöön TCP-kuljetussidontajärjestelmä, joka on helposti saatavilla maailmanlaajuisesti ja luotettava pitkän matkan verkoissa.

NVMe:n ydinkomponentit TCP:n yli

NVMe-oF:n NVMe/TCP-siirtospesifikaatio sisältää seuraavat verkkokomponentit:

• NVMe-protokollaa käyttävä etäkäyttöjärjestelmä noudattaa tietokoneverkkojärjestelmien Open Systems Interconnection (OSI) -mallia.
• NVMe/TCP hyödyntää Ethernet-verkkotekniikkaa, joka toimii OSI-fyysisessä ja OSI-datalinkkikerroksessa.
• Viestintäprotokollien ja pakettidatan vaihtokäytäntöjen osalta NVMe/TCP käyttää TCP/IP-protokollaa.
• NVMe-komentojoukot muuntaa kaikki käyttäjän antamat komennot ja sovelluksen I/O tietyksi NVMe-komentotaulukoksi, kuten admin, I/O, kangas jne.
• NVMe-komentojen etäsiirto viestipohjaisessa kankaassa tapahtuu kapseleiden avulla. Nämä kapselit voivat olla vastaus- tai komentokapseleita. NVMe-komentokapselit edustavat NVMe-tiedonvaihdon yksikköä.
• Alijärjestelmä ja isäntäohjain kommunikoivat keskenään vaihtamalla NVMe/TCP-protokolladatayksiköitä tai NVMe/TCP PDU:ita.
• Ohjainalijärjestelmän ja isännän välillä on kolmivaiheinen yhteysprosessi. Nämä vaiheet ovat NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect ja Fabric Connect.
• NVMe/TCP-siirtosidosjärjestelmässä dynaamiset I/O-ohjaimet luodaan ja osoitetaan automaattisesti isäntätietokoneelle, kun alijärjestelmä muodostaa yhteyden onnistuneesti isäntä-NVMe-OF:ään.

NVMe:n edut TCP:hen verrattuna

• TCP on yleisimmin käytetty Internet- tai intranet-tiedonsiirtoprotokolla, ja se on saatavilla jokaisessa konesalissa ja pilvilaskentaresurssien asiakkaissa.
• Palvelinkeskusten ja niiden asiakkaiden ei tarvitse korvata olemassa olevia verkkolaitteita, kuten reitittimiä, kytkimiä ja verkkokortteja.
• TCP voi käyttää sekä kuitukaapelia että Cat 5- tai Cat 6 -kaapelia, joten ylläpito on melko helppoa.
• TCP-kuljetussidonta NVMe-oF:lle tarjoaa korkean suorituskyvyn ja alhaisen latenssin. Siten se sopii täydellisesti kriittisiin ja prosessoriintensiivisiin prosesseihin isäntätietokoneessa ja useiden etäasiakkaiden käytettävissä ilman luku-/kirjoitusristiriitoja.
• TCP tarjoaa dynaamisen reitityksen. Siten verrattuna etäsuoraan muistiin (RDMA) TCP on tehokkain suurissa datakeskusten ja pilvitoiminnoissa pitemmiltä etäisyyksiltä.
• TCP:llä on laajempi kehitysyhteisö kuin millään muulla NVMe-kuljetusspesifikaatiolla.

NVMe:n haasteet TCP:n suhteen

• Kun käytät TCP-pinoa, sinun on annettava CPU:n ratkaista useimmat TCP-toiminnot, kuten tarkistussummien laskeminen. Näin ollen suuremmassa mittakaavassa, kun useat asiakastyöasemat pyytävät kirjoittamaan ja lukemaan dataa verkkotallennuslaitteista isäntätietokoneen kautta, isäntäprosessorin kuormitus kasvaa.
• Hyperkonvergoidun infrastruktuurin on oltava yksinkertainen. Kuitenkin, kun käytät NVMe/TCP:tä, teet siitä monimutkaisen.
• NVMe over TCP sisältää myös joitain tietoturvaheikkouksia, joita hakkerit voivat hyödyntää soluttautuakseen pilvitoimintoihisi, varastaakseen tietoja ja asettaakseen luottamuksellisia tietoja saataville pimeässä verkossa,  ellet  ota käyttöön tiukkaa kyberturvallisuus- ja  virustorjuntaratkaisua .

NVMe TCP:n yli: Viimeiset sanat

TCP on johtava protokolla julkisissa tai yksityisissä verkotetuissa tietokeskuksissa. Tästä syystä NVMe/TCP on ensimmäinen valinta edullisien tallennusratkaisujen tarjoamiseen Internetissä, intranetissä ja pilviinfrastruktuurissa.

Tämä protokolla on myös skaalautuva ja luotettava pitkän matkan verkkoyhteyksissä. Koska pilvitallennusten luku-/kirjoitusviive vastaa useimpia kuitukanavaprotokollia, NVMe over TCP on ensisijainen pilvitallennussiirtoratkaisu.

Seuraavaksi  3 vaihtoehtoa pilvitallennustilalle