Kas ir NVMe, izmantojot TCP (NVMe/TCP)

Uzziniet, kas ir NVMe, izmantojot TCP, un kā darbojas NVMe, izmantojot TCP, vienkāršā valodā.

NVMe, izmantojot TCP, paskaidrots

Pieaugošajam pieprasījumam pēc mākoņdatošanas ir nepieciešama efektīva un pieejama uzglabāšanas sistēma. Lai gan parastie cietie diski (HDD) ir netīri lēti, tie nespēj mitināt uz veiktspēju orientētu programmatūru vai skaitļošanas procesus mākonī.

Tāpēc, lai risinātu šo problēmu saistībā ar datoru ierīču lielapjoma atmiņu, uzņēmums NVM Express Inc. publicēja NVMe SSD arhitektūru, kas ir ļoti ātra iekšējā atmiņas ierīce datoriem, izmantojot PCIe vai Peripheral Component Interconnect Express kopni.

Tomēr PCIe ir paredzēts tikai tiešai datu saziņai starp RAM un NVMe SSD. Kā to pašu ieviest mākoņdatošanas vidē, kurā resursdatori un klientu datori atrodas attālās vietās? Šīs ierīces var sazināties tikai caur internetu vai iekštīklu.

Lai risinātu šo problēmu, NVMe over Fabric vai NVMe-oF protokols tika izstrādāts, lai nodrošinātu NVMe tīkla krātuves risinājumu izstrādi. Tas izmanto NVMe loģiskās ierīces specifikācijas saskarni, lai pārsūtītu datus starp resursdatoru vai serveri un krātuves tīklu (SAN) vai tieši pievienoto krātuvi (DAS).

Taču NVMe-oF izvietošana ir ļoti dārga pat lieliem uzņēmumiem. Turklāt, tā kā NVMe-oF galvenokārt ir nepieciešams optiskās šķiedras kabelis kā datu transportēšanas līdzeklis no punkta A uz punktu B, NVMe-oF nav iespējams izvietot tikai publiskajos mākoņos.

Lai novērstu šo problēmu, NVM Express Inc. ir izstrādājis NVMe, izmantojot TCP vai NVMe/TCP protokolu.

Kas ir NVMe over TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP ir uz NVMe balstītas krātuves I/O komandu specifikācijas paplašināts izdevums. Tā ir uzlabotā NVMe-oF versija un definē NVMe datu pārsūtīšanas protokola funkcijas uz ziņojumos balstīto sakaru protokolu TCP.

Ir NVMe/TCP transporta specifikācija, kas apraksta:

• Kā kartēt NVMe rindas, ievērojot standarta noteikumu kopumu
• Kā izveidot kapsulas priekš NVMe over Fabric
• Kā piegādāt NVMe-oF kapsulas šķiedru, InfiniBand un nešķiedru tīkla transporta sistēmās, izmantojot pazīstamo  transporta vadības protokolu vai TCP

Īsumā, NVMe un TCP kombinācija, NVMe/TCP pārsūta datus un komandas ātrāk un bez kļūdām starp NVMe-oF saimniekdatoriem un NVMe-oF kontrollera ierīcēm.

Šādas ierīces var savienot, izmantojot internetu un iekštīklu, izmantojot uz Ethernet balstītu TCP/IP tīklu. Savienojuma vide var būt optiskās šķiedras kabeļi vai parastie Cat 5 un Cat 6 kabeļi

Kāpēc NVMe pār TCP?

Sākotnējā NVMe transporta sistēma bija paredzēta SSD, kas nonāks tieši datora sistēmā, galvenokārt mātesplatē. Transportēšanas protokols sākotnēji tika optimizēts NVM PCIe SSD, kas iekšēji savienojas ar serveriem vai darbstacijām.

Vēlāk, lai nodrošinātu ātrās un apjomīgās datu uzglabāšanas prasības mākonī, NVMe transporta protokols tika savienots ar transporta saistošajām specifikācijām, kuras galvenokārt izmanto mākoņdatu centri, piemēram, Fibre Channel, RDMA, izmantojot konverģēto Ethernet (RoCE), interneta plašā apgabala RDMA protokolu (iWARP). un Infiniband.

Lai gan iepriekš minētā NVMe modifikācija darbojas lieliski, tā nav piemērota publiskajiem mākoņiem, jo ​​klientam ir nepieciešams specializēts aparatūras aprīkojums. Tādējādi tika iekļauta TCP transporta saistīšanas sistēma, kas ir viegli pieejama visā pasaulē un uzticama tālsatiksmes tīklos.

NVMe galvenās sastāvdaļas, izmantojot TCP

NVMe-oF NVMe/TCP transporta specifikācijā ir iekļauti šādi tīkla komponenti:

• Attālās datu piekļuves sistēma, kas izmanto NVMe protokolu, seko atvērto sistēmu starpsavienojuma (OSI) modelim datortīklu sistēmām.
• NVMe/TCP izmanto Ethernet tīkla tehnoloģiju, kas darbojas OSI fiziskajā un OSI datu saites slānī.
• Sakaru protokoliem un pakešu datu apmaiņas politikām NVMe/TCP paļaujas uz TCP/IP protokolu.
• NVMe komandu kopas, lai pārvērstu visas lietotāja izdotās komandas un lietojumprogrammu I/O noteiktā NVMe komandu tabulā, piemēram, admin, I/O, fabric utt.
• NVMe komandu attālā pārsūtīšana, izmantojot ziņojumus, tiek veikta, izmantojot kapsulas. Šīs kapsulas varētu būt atbildes vai komandu kapsulas. NVMe komandu kapsulas ir NVMe datu apmaiņas vienība.
• Apakšsistēma un resursdatora kontrolleris sazinās savā starpā, apmainoties ar NVMe/TCP protokola datu vienībām vai NVMe/TCP PDU.
• Starp kontroliera apakšsistēmu un resursdatoru ir trīs soļu savienojuma process. Šīs darbības vai fāzes ir NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect un Fabric Connect.
• NVMe/TCP transporta saistīšanas sistēmā dinamiskie I/O kontrolleri tiek automātiski izveidoti un piešķirti saimniekdatoram, kad apakšsistēma veiksmīgi izveido savienojumu ar resursdatora NVMe-OF.

NVMe priekšrocības salīdzinājumā ar TCP

• TCP ir visplašāk izmantotais interneta vai iekštīkla datu pārraides protokols, un tas ir pieejams katrā datu centrā un mākoņdatošanas resursu klientiem.
• Datu centriem un to klientiem nav jāaizstāj esošā tīkla aparatūra, piemēram, maršrutētāji, slēdži un NIC.
• TCP var izmantot gan šķiedru kabeli, gan Cat 5 vai Cat 6 kabeli, un tāpēc apkope ir diezgan vienkārša.
• TCP transporta saistīšana NVMe-oF piedāvā augstu veiktspēju un zemu latentumu. Tādējādi tas ir lieliski piemērots misijai kritiskiem un CPU ietilpīgiem procesiem resursdatorā, un tam var viegli piekļūt vairāki attāli klienti bez lasīšanas/rakstīšanas konfliktiem.
• TCP piedāvā dinamisku maršrutēšanu. Tādējādi, salīdzinot ar attālo tiešo piekļuvi atmiņai (RDMA), TCP ir visefektīvākais liela mēroga datu centru un mākoņu operācijās no lielākiem attālumiem.
• TCP ir lielāka izstrādes kopiena nekā jebkurai citai NVMe transporta specifikācijai.

NVMe izaicinājumi saistībā ar TCP

• Izmantojot TCP steku, jums jāļauj centrālajam procesoram atrisināt lielāko daļu TCP darbību, piemēram, kontrolsummu aprēķināšanu. Tādējādi plašākā mērogā, kad vairākas klientu darbstacijas pieprasīs rakstīt un lasīt datus no tīkla glabāšanas ierīcēm, izmantojot resursdatoru, palielināsies resursdatora CPU slodze.
• Hiperkonverģētajai infrastruktūrai jābūt vienkāršai. Tomēr, izmantojot NVMe/TCP, tas ir sarežģīts.
• NVMe, izmantojot TCP, ir arī daži drošības trūkumi, kurus hakeri var izmantot, lai iefiltrētos jūsu mākoņa operācijās, nozagtu datus un padarītu konfidenciālus datus pieejamus tumšajā tīmeklī,  ja  vien neizvietojat stingru kiberdrošības un  pretvīrusu risinājumu .

NVMe, izmantojot TCP: pēdējie vārdi

TCP ir vadošais protokols publiskajos vai privātajos tīkla datu centros. Tādējādi NVMe/TCP ir pirmā izvēle, lai nodrošinātu pieejamus krātuves risinājumus internetā, iekštīklā un mākoņa infrastruktūrā.

Šis protokols ir arī mērogojams un uzticams, izmantojot tālsatiksmes tīkla savienojumus. Tā kā mākoņa krātuves lasīšanas/rakstīšanas latentums ir līdzvērtīgs lielākajai daļai šķiedru kanālu protokolu, NVMe, izmantojot TCP, ir vēlamais mākoņa krātuves transportēšanas risinājums.

Tālāk ir norādītas  3 mākoņkrātuves alternatīvas