Čo je NVMe cez TCP (NVMe/TCP)

Zistite, čo je NVMe cez TCP a ako funguje NVMe cez TCP v jednoduchom jazyku.

Vysvetlenie NVMe cez TCP

Rastúci dopyt po cloud computingu si vyžaduje efektívny a cenovo dostupný úložný systém. Hoci konvenčné pevné disky (HDD) sú veľmi lacné, nie sú schopné hostiť výkonovo riadený softvér alebo výpočtové procesy v cloude.

Na vyriešenie tohto problému v oblasti veľkokapacitného úložiska pre počítačové zariadenia NVM Express Inc. zverejnila architektúru pre NVMe SSD, bleskovo rýchle interné úložné zariadenie pre počítače cez zbernicu PCIe alebo Peripheral Component Interconnect Express.

PCIe je však len na priamu dátovú komunikáciu medzi RAM a NVMe SSD. Ako by sa dalo implementovať to isté pre prostredie cloud computingu, kde sú hostiteľské a klientske počítače umiestnené na vzdialených miestach? Tieto zariadenia môžu komunikovať iba cez internet alebo intranet.

Na vyriešenie tejto výzvy bol navrhnutý protokol NVMe over Fabric alebo NVMe-oF, ktorý umožňuje vývoj riešenia sieťového úložiska NVMe. Používa rozhranie špecifikácie logického zariadenia NVMe na prenos údajov medzi hostiteľským počítačom alebo serverom a sieťou úložiska (SAN) alebo priamo pripojeným úložiskom (DAS).

Nasadenie NVMe-oF je však veľmi drahé aj pre veľké podniky. Keďže NVMe-oF vyžaduje hlavne kábel z optických vlákien ako prenosové médium údajov z bodu A do bodu B, nie je možné nasadiť NVMe-oF len pre verejné cloudy.

Na vyriešenie tohto problému spoločnosť NVM Express Inc. prišla s protokolom NVMe over TCP alebo NVMe/TCP.

Čo je NVMe cez TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP je rozšírené vydanie špecifikácie I/O príkazov úložného priestoru založeného na NVMe. Je to pokročilá verzia NVMe-oF a definuje funkcie protokolu prenosu údajov NVMe do komunikačného protokolu TCP založeného na správach.

Existuje špecifikácia prenosu NVMe/TCP, ktorá popisuje nasledovné:

• Ako mapovať fronty NVMe podľa štandardného súboru pravidiel
• Ako vytvoriť kapsuly pre NVMe cez Fabric
• Ako doručiť kapsuly NVMe-oF do prenosových systémov optických, InfiniBand a iných sietí pomocou známeho  protokolu Transport Control Protocol alebo TCP

Stručne povedané, kombinácia NVMe a TCP, NVMe/TCP prenáša dáta a príkazy rýchlejšie a bezchybným spôsobom medzi hostiteľmi NVMe-oF a radičmi NVMe-oF.

Takéto zariadenia je možné pripojiť cez internet a intranet pomocou siete TCP/IP založenej na Ethernete. Prepojovacím médiom môžu byť káble z optických vlákien alebo konvenčné káble Cat 5 a Cat 6

Prečo NVMe cez TCP?

Pôvodný transportný systém NVMe bol určený pre SSD, ktoré pôjdu priamo do PC systému, hlavne na základnú dosku. Transportný protokol bol pôvodne optimalizovaný pre NVM PCIe SSD, ktoré sa interne pripájajú k serverom alebo pracovným staniciam.

Neskôr pre extrémne rýchle a masívne požiadavky na ukladanie dát v cloude bol transportný protokol NVMe prepojený so špecifikáciami transportných väzieb, ktoré cloudové dátové centrá väčšinou používajú, ako je Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP). a Infiniband.

Hoci vyššie uvedená modifikácia NVMe funguje dobre, nie je vhodná pre verejné cloudy, pretože na strane klienta je potrebné špecializované hardvérové ​​vybavenie. Preto bol začlenený systém viazania transportu TCP, ktorý je ľahko dostupný globálne a spoľahlivý v sieťach na veľké vzdialenosti.

Základné komponenty NVMe cez TCP

Špecifikácia prenosu NVMe/TCP pre NVMe-oF zahŕňa nasledujúce sieťové komponenty:

• Systém vzdialeného prístupu k dátam využívajúci protokol NVMe sa riadi modelom Open Systems Interconnection (OSI) pre systémy počítačových sietí.
• NVMe/TCP využíva sieťovú technológiu Ethernet, ktorá funguje vo fyzickej vrstve OSI a vrstve dátového spojenia OSI.
• V prípade komunikačných protokolov a zásad výmeny paketových údajov sa NVMe/TCP spolieha na protokol TCP/IP.
• Súbory príkazov NVMe na konverziu všetkých príkazov zadaných používateľom a I/O aplikácií do špecifickej tabuľky príkazov NVMe, ako je admin, I/O, fabric atď.
• Vzdialený prenos príkazov NVMe v štruktúre založenej na správach sa uskutočňuje pomocou kapsúl. Tieto kapsuly môžu byť kapsulami odozvy alebo príkazov. Kapsule príkazov NVMe predstavujú jednotku výmeny údajov NVMe.
• Subsystém a hostiteľský radič medzi sebou komunikujú výmenou dátových jednotiek protokolu NVMe/TCP alebo NVMe/TCP PDU.
• Medzi podsystémom radiča a hostiteľom prebieha trojkrokový proces pripojenia. Tieto kroky alebo fázy sú NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect a Fabric Connect.
• V systéme viazania transportu NVMe/TCP sa dynamické I/O radiče automaticky vytvoria a priradia hostiteľskému počítaču, keď sa podsystém úspešne pripojí k hostiteľskému NVMe-OF.

Výhody NVMe cez TCP

• TCP je najpoužívanejší internetový alebo intranetový protokol prenosu údajov a je dostupný v každom dátovom centre a klientom zdrojov cloud computingu.
• Dátové centrá a ich klienti nepotrebujú nahrádzať existujúci sieťový hardvér, ako sú smerovače, prepínače a sieťové karty.
• TCP môže používať ako optický kábel, tak aj kábel Cat 5 alebo Cat 6, a preto je údržba pomerne jednoduchá.
• Transportná väzba TCP pre NVMe-oF ponúka vysoký výkon a nízku latenciu. Preto sa dokonale hodí pre kritické procesy a procesy náročné na CPU na hostiteľskom počítači a ľahko k nemu pristupuje viacero vzdialených klientov bez akýchkoľvek konfliktov pri čítaní/zápise.
• TCP ponúka dynamické smerovanie. V porovnaní so vzdialeným priamym prístupom do pamäte (RDMA) je teda TCP najvýkonnejším vo veľkých dátových centrách a cloudových operáciách na väčšie vzdialenosti.
• TCP má väčšiu vývojársku komunitu ako akékoľvek iné špecifikácie prenosu NVMe.

Výzvy NVMe cez TCP

• Keď používate zásobník TCP, musíte procesoru umožniť vyriešiť väčšinu operácií TCP, ako je výpočet kontrolných súčtov. Vo väčšom meradle, keď viaceré klientske pracovné stanice budú požadovať zapisovanie a čítanie údajov zo sieťových úložných zariadení cez hostiteľský počítač, zaťaženie hostiteľského CPU sa zvýši.
• Hyperkonvergovaná infraštruktúra musí byť jednoduchá. Keď však používate NVMe/TCP, robíte to komplexným.
• NVMe over TCP má tiež niektoré bezpečnostné slabiny, ktoré môžu hackeri využiť na infiltráciu vašich cloudových operácií, ukradnutie údajov a sprístupnenie dôverných údajov na temnom  webe  , pokiaľ nenasadíte prísne  riešenie kybernetickej bezpečnosti a antivírusu .

NVMe cez TCP: Záverečné slová

TCP je popredný protokol vo verejných alebo súkromných sieťových dátových centrách. Preto je NVMe/TCP prvou voľbou na poskytovanie cenovo dostupných riešení úložiska cez internet, intranet a cloudovú infraštruktúru.

Tento protokol je tiež škálovateľný a spoľahlivý pri sieťových pripojeniach na veľké vzdialenosti. Keďže latencia čítania/zápisu cloudového úložiska je ekvivalentná väčšine protokolov Fibre Channel, NVMe cez TCP je preferovaným riešením prenosu cloudového úložiska.

Ďalej  3 alternatívy cloudového úložiska