Kaj je NVMe prek TCP (NVMe/TCP)

Naučite se, kaj je NVMe prek TCP in kako NVMe prek TCP deluje v preprostem jeziku.

Razlaga NVMe prek TCP

Vse večje povpraševanje po računalništvu v oblaku zahteva učinkovit in cenovno dostopen sistem za shranjevanje. Čeprav so običajni trdi diski (HDD) zelo poceni, ti ne morejo gostiti programske opreme, ki temelji na zmogljivosti, ali računalniških procesov v oblaku.

Zato je NVM Express Inc. objavil arhitekturo za NVMe SSD, izjemno hitro notranjo pomnilniško napravo za računalnike prek PCIe ali Peripheral Component Interconnect Express vodila, da bi rešil to težavo pri množičnem shranjevanju za računalniške naprave.

Vendar je PCIe samo za neposredno podatkovno komunikacijo med RAM-om in NVMe SSD. Kako bi to implementirali za okolje računalništva v oblaku, kjer so gostiteljski in odjemalski računalniki na oddaljenih mestih? Te naprave lahko komunicirajo le prek interneta ali intraneta.

Za reševanje tega izziva je bil zasnovan protokol NVMe over Fabric ali NVMe-oF, ki omogoča razvoj rešitev za shranjevanje v omrežju NVMe. Uporablja vmesnik specifikacije logične naprave NVMe za prenos podatkov med gostiteljskim računalnikom ali strežnikom in omrežjem za shranjevanje podatkov (SAN) ali neposredno priključenim pomnilnikom (DAS).

Toda uvedba NVMe-oF je zelo draga tudi za velika podjetja. Poleg tega, ker NVMe-oF v glavnem zahteva kabel iz optičnih vlaken kot medij za prenos podatkov od točke A do točke B, uvedba NVMe-oF za javne oblake ni izvedljiva.

Za rešitev te težave je NVM Express Inc. predstavil protokol NVMe prek TCP ali NVMe/TCP.

Kaj je NVMe prek TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP je razširjena izdaja specifikacije ukazov V/I za shranjevanje, ki temelji na NVMe. Je napredna različica NVMe-oF in definira funkcionalnosti protokola za prenos podatkov NVMe v komunikacijski protokol TCP, ki temelji na sporočilih.

Obstaja transportna specifikacija NVMe/TCP, ki opisuje naslednje:

• Kako preslikati čakalne vrste NVMe po standardnem nizu pravil
• Kako ustvariti kapsule za NVMe prek Fabric
• Kako dostaviti kapsule NVMe-oF v optične, InfiniBand in ne-optične omrežne transportne sisteme z uporabo znanega  protokola za nadzor transporta ali TCP

Na kratko, kombinacija NVMe in TCP, NVMe/TCP prenaša podatke in ukaze hitreje in brez napak med gostitelji NVMe-oF in krmilnimi napravami NVMe-oF.

Takšne naprave je mogoče povezati prek interneta in intraneta z uporabo omrežja TCP/IP, ki temelji na ethernetu. Medij za povezovanje so lahko kabli iz optičnih vlaken ali običajni kabli Cat 5 in Cat 6

Zakaj NVMe prek TCP?

Prvotni transportni sistem NVMe je bil namenjen SSD-jem, ki bodo šli neposredno v sistem osebnega računalnika, predvsem na matični plošči. Transportni protokol je bil prvotno optimiziran za diske SSD NVM PCIe, ki se interno povezujejo s strežniki ali delovnimi postajami.

Kasneje je za izjemno hitre in obsežne zahteve po shranjevanju podatkov v oblaku transportni protokol NVMe povezal s specifikacijami za vezavo transporta, ki jih večinoma uporabljajo podatkovni centri v oblaku, kot so Fibre Channel, RDMA prek konvergiranega Etherneta (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP). in Infiniband.

Čeprav zgornja sprememba NVMe deluje povsem v redu, ni primerna za javne oblake, saj je potrebna posebna strojna oprema s strani odjemalca. Zato je bil vključen transportni povezovalni sistem TCP, ki je na voljo globalno in zanesljiv v omrežjih na dolge razdalje.

Osnovne komponente NVMe prek TCP

Transportna specifikacija NVMe/TCP za NVMe-oF vključuje naslednje omrežne komponente:

• Sistem oddaljenega dostopa do podatkov, ki uporablja protokol NVMe, sledi modelu povezovanja odprtih sistemov (OSI) za računalniške omrežne sisteme.
• NVMe/TCP uporablja omrežno tehnologijo Ethernet, ki deluje v fizičnem sloju OSI in sloju podatkovne povezave OSI.
• Za komunikacijske protokole in politike paketne izmenjave podatkov se NVMe/TCP opira na protokol TCP/IP.
• Nabori ukazov NVMe za pretvorbo vseh ukazov, ki jih izda uporabnik, in V/I aplikacij v posebno tabelo ukazov NVMe, kot je skrbnik, V/I, tkanina itd.
• Oddaljeni prenos ukazov NVMe v tkanini, ki temelji na sporočilih, poteka z uporabo kapsul. Te kapsule so lahko odzivne ali ukazne kapsule. NVMe ukazne kapsule predstavljajo enoto za izmenjavo podatkov NVMe.
• Podsistem in krmilnik gostitelja komunicirata med seboj z izmenjavo podatkovnih enot protokola NVMe/TCP ali PDU-jev NVMe/TCP.
• Med podsistemom krmilnika in gostiteljem poteka povezovalni postopek v treh korakih. Ti koraki ali faze so NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect in Fabric Connect.
• V transportnem povezovalnem sistemu NVMe/TCP se dinamični V/I krmilniki samodejno ustvarijo in dodelijo gostiteljskemu računalniku, ko se podsistem uspešno poveže z gostiteljskim NVMe-OF.

Prednosti NVMe prek TCP

• TCP je najbolj razširjen internetni ali intranetni protokol za prenos podatkov in je na voljo v vsakem podatkovnem centru in odjemalcih virov računalništva v oblaku.
• Podatkovnim centrom in njihovim strankam ni treba zamenjati obstoječe omrežne strojne opreme, kot so usmerjevalniki, stikala in omrežne kartice.
• TCP lahko uporablja tako optični kabel kot kabel Cat 5 ali Cat 6, zato je vzdrževanje precej enostavno.
• Vezava transporta TCP za NVMe-oF ponuja visoko zmogljivost in nizko zakasnitev. Tako je popolnoma primeren za kritične in CPE-intenzivne procese na gostiteljskem računalniku in do njega zlahka dostopa več oddaljenih odjemalcev brez sporov pri branju/pisanju.
• TCP ponuja dinamično usmerjanje. Tako je TCP v primerjavi z oddaljenim neposrednim dostopom do pomnilnika (RDMA) najzmogljivejši v velikih podatkovnih centrih in operacijah v oblaku z daljših razdalj.
• TCP ima večjo razvojno skupnost kot katera koli druga transportna specifikacija NVMe.

Izzivi NVMe prek TCP

• Ko uporabljate sklad TCP, morate dovoliti, da CPE razreši večino operacij TCP, kot je izračun kontrolnih vsot. Tako se bo v večjem obsegu, ko bo več odjemalskih delovnih postaj zahtevalo pisanje in branje podatkov iz omrežnih naprav za shranjevanje prek gostiteljskega računalnika, povečala obremenitev gostiteljskega CPE-ja.
• Hiperkonvergirana infrastruktura mora biti preprosta. Ko pa uporabljate NVMe/TCP, postane zapleteno.
• NVMe prek TCP ima tudi nekaj varnostnih pomanjkljivosti, ki jih lahko hekerji izkoristijo za infiltracijo v vaše operacije v oblaku, krajo podatkov in dajanje zaupnih podatkov na voljo v temnem spletu,  razen  če uvedete strogo kibernetsko varnost in  protivirusno rešitev .

NVMe prek TCP: zadnje besede

TCP je vodilni protokol v javnih ali zasebnih omrežnih podatkovnih centrih. Zato je NVMe/TCP prva izbira za zagotavljanje cenovno dostopnih rešitev za shranjevanje prek interneta, intraneta in infrastrukture v oblaku.

Ta protokol je tudi razširljiv in zanesljiv v omrežnih povezavah na dolge razdalje. Ker je zakasnitev branja/pisanja shranjevanja v oblaku enakovredna večini protokolov optičnih kanalov, je NVMe prek TCP prednostna transportna rešitev za shranjevanje v oblaku.

Nato sledijo  3 možnosti za shranjevanje v oblaku