Mi az NVMe a TCP felett (NVMe/TCP)

Ismerje meg, mi az NVMe over TCP, és hogyan működik az NVMe over TCP egy egyszerű nyelven.

NVMe over TCP Explained

A felhőalapú számítástechnika iránti növekvő kereslet hatékony és megfizethető tárolási rendszert igényel. Bár a hagyományos merevlemez-meghajtók (HDD-k) piszok olcsók, ezek nem képesek teljesítményvezérelt szoftverek vagy számítási folyamatok tárolására a felhőben.

Ezért a számítógépes eszközök háttértárának problémájának megoldása érdekében az NVM Express Inc. közzétette az NVMe SSD architektúráját, amely egy rendkívül gyors belső tárolóeszköz a számítógépekhez PCIe vagy Peripheral Component Interconnect Express buszon keresztül.

A PCIe azonban csak a RAM és az NVMe SSD közötti közvetlen adatkommunikációra szolgál. Hogyan valósítható meg ugyanez egy felhőalapú számítástechnikai környezetben, ahol a gazdagép és a kliens számítógépek távoli helyeken helyezkednek el? Ezek az eszközök csak az interneten vagy intraneten keresztül tudnak kommunikálni.

Ennek a kihívásnak a megoldására az NVMe over Fabric vagy az NVMe-oF protokollt úgy tervezték, hogy lehetővé tegye az NVMe hálózati tárolási megoldások fejlesztését. Az NVMe logikai eszköz-specifikációs interfészt használja az adatok átvitelére a gazdagép vagy szerver és a tárolóhálózat (SAN) vagy közvetlenül csatolt tároló (DAS) között.

Az NVMe-oF telepítése azonban még a nagyvállalatok számára is rendkívül költséges. Továbbá, mivel az NVMe-oF főként üvegszálas kábelt igényel az adatok A pontból B pontba történő átviteli médiumaként, az NVMe-oF telepítése nem csak a nyilvános felhők számára lehetséges.

A probléma megoldására az NVM Express Inc. kidolgozta az NVMe over TCP vagy NVMe/TCP protokollt.

Mi az NVMe over TCP (NVMe/TCP)?

Az NVMe/TCP az NVMe-alapú tárolási I/O parancsspecifikáció kiterjesztett kiadása. Ez az NVMe-oF továbbfejlesztett változata, és meghatározza az NVMe adatátviteli protokoll funkcióit az üzenetalapú kommunikációs protokollhoz, a TCP-hez.

Van egy NVMe/TCP szállítási specifikáció, amely a következőket írja le:

• Az NVMe-sorok leképezése szabványos szabálykészlet szerint
• Hogyan készítsünk kapszulákat az NVMe over Fabric számára
• Hogyan szállíthatunk NVMe-oF kapszulákat üvegszálas, InfiniBand és nem szálas hálózati átviteli rendszerekbe az ismert  Transport Control Protocol vagy TCP használatával

Dióhéjban, az NVMe és a TCP kombinációja, az NVMe/TCP gyorsabban és hibamentesen továbbítja az adatokat és a parancsokat az NVMe-oF gazdagépek és az NVMe-oF vezérlőeszközök között.

Az ilyen eszközök interneten és intraneten keresztül Ethernet-alapú TCP/IP hálózaton keresztül csatlakoztathatók. A csatlakozási közeg lehet optikai szálas kábel vagy hagyományos Cat 5 és Cat 6 kábel

Miért az NVMe TCP felett?

Az eredeti NVMe szállítási rendszert olyan SSD-khez tervezték, amelyek közvetlenül a PC-rendszerbe kerülnek, főleg az alaplapon. A szállítási protokollt kezdetben az NVM PCIe SSD-kre optimalizálták, amelyek belsőleg csatlakoznak a szerverekhez vagy munkaállomásokhoz.

Később az égető gyors és hatalmas adattárolási követelmények miatt a felhőben az NVMe szállítási protokollt olyan szállítási kötési specifikációkkal kapcsolták össze, amelyeket a felhőalapú adatközpontok többnyire használnak, például Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP). és az Infiniband.

Bár a fenti NVMe-módosítás jól működik, nyilvános felhőkhöz nem alkalmas, mivel speciális hardvereszközökre van szükség az ügyfél oldaláról. Ezért került beépítésre a TCP szállítási kötési rendszer, amely világszerte könnyen elérhető és megbízható a nagy távolságú hálózatokon.

Az NVMe alapvető összetevői a TCP-n keresztül

Az NVMe-oF NVMe/TCP szállítási specifikációja a következő hálózati összetevőket tartalmazza:

• Az NVMe protokollt használó távoli adatelérési rendszer az Open Systems Interconnection (OSI) modellt követi a számítógépes hálózati rendszerek számára.
• Az NVMe/TCP az Ethernet hálózati technológiát használja, amely az OSI fizikai és OSI adatkapcsolati rétegében működik.
• A kommunikációs protokollok és a csomagkapcsolt adatcsere szabályzatok esetében az NVMe/TCP a TCP/IP protokollra támaszkodik.
• Az NVMe parancskészletek az összes felhasználó által kiadott parancsot és alkalmazás I/O-t egy adott NVMe parancstáblázattá konvertálják, például admin, I/O, textil stb.
• Az NVMe parancsok távoli átvitele üzenetalapú szövetben kapszulák segítségével történik. Ezek a kapszulák válasz- vagy parancskapszulák lehetnek. Az NVMe parancskapszulák az NVMe adatcsere egy egységét képviselik.
• Az alrendszer és a gazdagép vezérlő NVMe/TCP protokoll adategységek vagy NVMe/TCP PDU-k cseréjével kommunikál egymással.
• A vezérlő alrendszer és a gazdagép között háromlépéses kapcsolódási folyamat zajlik. Ezek a lépések vagy fázisok a következők: NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect és Fabric Connect.
• Egy NVMe/TCP szállítási összerendelési rendszerben a rendszer automatikusan létrehozza és hozzárendeli a dinamikus I/O vezérlőket a gazdagéphez, amikor egy alrendszer sikeresen csatlakozik a gazdagép NVMe-OF-hez.

Az NVMe előnyei a TCP-vel szemben

• A TCP a legszélesebb körben használt internetes vagy intranetes adatátviteli protokoll, amely minden adatközpontban és a számítási felhő erőforrások ügyfeleinél elérhető.
• Az adatközpontoknak és ügyfeleiknek nem kell lecserélniük a meglévő hálózati hardvert, például útválasztókat, kapcsolókat és hálózati adaptereket.
• A TCP szálkábelt és Cat 5 vagy Cat 6 kábelt is használhat, így a karbantartás meglehetősen egyszerű.
• Az NVMe-oF TCP szállítási összerendelése nagy teljesítményt és alacsony késleltetést kínál. Így tökéletesen alkalmas a küldetéskritikus és CPU-igényes folyamatokhoz a gazdaszámítógépen, és könnyen elérhető több távoli kliens által is, olvasási/írási konfliktusok nélkül.
• A TCP dinamikus útválasztást kínál. Így a távoli közvetlen memóriaeléréshez (RDMA) képest a TCP a legjobb teljesítményt nyújtja a nagyszabású adatközponti és felhőműveletek során, nagyobb távolságból.
• A TCP nagyobb fejlesztői közösséggel rendelkezik, mint bármely más NVMe szállítási specifikáció.

Az NVMe kihívásai a TCP-vel szemben

• TCP-verem használatakor engedélyeznie kell a CPU-nak, hogy megoldja a legtöbb TCP-műveletet, például az ellenőrző összegek kiszámítását. Így nagyobb léptékben, amikor több kliens munkaállomás kéri, hogy a gazdaszámítógépen keresztül írjanak és olvassanak adatokat a hálózati tárolóeszközökről, a gazdagép CPU terhelése megnő.
• A hiperkonvergált infrastruktúrának egyszerűnek kell lennie. Az NVMe/TCP használata azonban bonyolulttá teszi.
• A TCP-n keresztüli NVMe bizonyos biztonsági hiányosságokkal is rendelkezik, amelyeket a hackerek kihasználhatnak a felhőműveletek beszivárgására, az adatok ellopására és a bizalmas adatok hozzáférhetővé tételére a  sötét weben,  hacsak nem telepít egy szigorú kiberbiztonsági és  víruskereső megoldást .

NVMe TCP felett: Végszavak

A TCP a vezető protokoll a nyilvános vagy magánhálózati adatközpontok között. Ezért az NVMe/TCP az első választás, ha megfizethető tárolási megoldásokat kínál az interneten, az intraneten és a felhő infrastruktúrán keresztül.

Ez a protokoll méretezhető és megbízható nagy távolságú hálózati kapcsolatokon is. Mivel a felhőalapú tárolás olvasási/írási késleltetése megegyezik a legtöbb üvegszálas csatorna protokollal, az NVMe over TCP a preferált felhőalapú tárolási szállítási megoldás.

Következő,  3 alternatíva a felhőalapú tároláshoz