Lær, hvad der er NVMe over TCP, og hvordan fungerer NVMe over TCP i et nemt sprog.
NVMe over TCP forklaret
Den stigende efterspørgsel efter cloud computing kræver et effektivt og overkommeligt lagersystem. Selvom konventionelle harddiske (HDD'er) er snavsbillige, er disse ikke i stand til at hoste præstationsdrevet software eller beregningsprocesser i skyen.
For at løse dette problem i masselager til computerenheder har NVM Express Inc. udgav arkitekturen til NVMe SSD, en lynhurtig intern lagerenhed til computere over PCIe eller Peripheral Component Interconnect Express-bus.
PCIe er dog kun til direkte datakommunikation mellem RAM og NVMe SSD. Hvordan ville man implementere det samme for et cloud computing-miljø, hvor værts- og klientcomputere er placeret fjerntliggende steder? Disse enheder kan kun kommunikere via internettet eller intranet.
For at løse denne udfordring blev NVMe over Fabric eller NVMe-oF-protokollen designet til at muliggøre udvikling af NVMe-netværkslagringsløsninger. Den bruger NVMe logiske enhedsspecifikationsgrænsefladen til at overføre data mellem værtscomputeren eller serveren og et storage area network (SAN) eller direkte tilsluttet lager (DAS).
Men NVMe-oF-implementering er meget dyrt selv for store virksomheder. Da NVMe-oF hovedsageligt kræver fiberoptisk kabel som transportmedium for data fra punkt A til punkt B, er det ikke kun muligt at implementere NVMe-oF til offentlige skyer.
For at løse dette problem har NVM Express Inc. er kommet med NVMe over TCP eller NVMe/TCP-protokollen.
Hvad er NVMe over TCP (NVMe/TCP)?
NVMe/TCP er en udvidet udgave af den NVMe-baserede storage I/O-kommandospecifikation. Det er den avancerede version af NVMe-oF og definerer funktionaliteterne af NVMe dataoverførselsprotokollen til den beskedbaserede kommunikationsprotokol, TCP.
Der er en NVMe/TCP-transportspecifikation, der beskriver følgende:
- Sådan kortlægges NVMe-køer efter et standardsæt af regler
- Sådan opretter du kapsler til NVMe over stof
- Sådan leverer du NVMe-oF-kapsler til fiber-, InfiniBand- og ikke-fibernetværkstransportsystemer ved hjælp af det velkendte Transport Control Protocol eller TCP
I en nøddeskal, kombinationen af NVMe og TCP, NVMe/TCP overfører data og kommandoer hurtigere og på en fejlfri måde mellem NVMe-oF-værter og NVMe-oF-controllerenheder.
Sådanne enheder kan forbindes via internet og intranet ved hjælp af et Ethernet-baseret TCP/IP-netværk. Tilslutningsmediet kan være optiske fiberkabler eller konventionelle Cat 5- og Cat 6-kabler
Hvorfor NVMe over TCP?
Det originale NVMe-transportsystem var beregnet til SSD'er, der går direkte ind i pc-systemet, hovedsageligt på bundkortet. Transportprotokollen er oprindeligt blevet optimeret til NVM PCIe SSD'er, der opretter forbindelse til serverne eller arbejdsstationerne internt.
Senere for lynhurtige og massive datalagringskrav i skyen, er NVMe-transportprotokollen hotwired med transportbinding specifikationer, som cloud-datacentre for det meste bruger, såsom Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP), og Infiniband.
Selvom ovenstående NVMe-modifikation fungerer fint, er den ikke egnet til offentlige skyer, da der kræves specialiseret hardwareudstyr fra klientenden. Derfor blev TCP-transportbindingssystem indarbejdet, som er let tilgængeligt globalt og pålideligt over langdistancenetværk.
Kernekomponenterne i NVMe over TCP
En NVMe/TCP-transportspecifikation for NVMe-oF inkluderer følgende netværkskomponenter:
- Fjerndataadgangssystemet, der bruger NVMe-protokollen, følger Open Systems Interconnection (OSI)-modellen for computernetværkssystemer.
- NVMe/TCP bruger Ethernet-netværksteknologien, der fungerer i det fysiske OSI-lag og OSI-datalinklaget.
- For kommunikationsprotokoller og pakkedataudvekslingspolitikker er NVMe/TCP afhængig af TCP/IP-protokollen.
- NVMe-kommandosæt til at konvertere alle brugerudstedte kommandoer og applikations-I/O til en specifik NVMe-kommandotabel som admin, I/O, stof osv.
- Fjernoverførslen af NVMe-kommandoer, i et meddelelsesbaseret stof, foregår ved hjælp af kapsler. Disse kapsler kunne være respons- eller kommandokapsler. NVMe-kommandokapsler repræsenterer en enhed af NVMe-dataudveksling.
- Et undersystem og værtscontroller kommunikerer indbyrdes ved at udveksle NVMe/TCP Protocol Data Units eller NVMe/TCP PDU'er.
- Der er en tre-trins forbindelsesproces mellem controller-undersystemet og værten. Disse trin eller faser er NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect og Fabric Connect.
- I et NVMe/TCP-transportbindingssystem oprettes dynamiske I/O-controllere automatisk og tildeles værtscomputeren, når et undersystem opretter forbindelse med værtens NVMe-OF.
Fordele ved NVMe over TCP
- TCP er den mest udbredte internet- eller intranetprotokol for dataoverførsel og er tilgængelig med ethvert datacenter og klienterne til cloud computing-ressourcer.
- Datacentrene og deres klienter behøver ikke at erstatte eksisterende netværkshardware som routere, switches og NIC'er.
- TCP kan bruge både fiberkabel og Cat 5 eller Cat 6 kabel, og vedligeholdelsen er derfor ret nem.
- TCP-transportbinding til NVMe-oF tilbyder høj ydeevne og lav latenstid. Det er således perfekt egnet til missionskritiske og CPU-intensive processer på værtscomputeren og let tilgængeligt af flere fjernklienter uden læse-/skrivekonflikter.
- TCP tilbyder dynamisk routing. Sammenlignet med RDMA (Remote Direct Memory Access) er TCP således den højeste performer inden for store datacentre og cloud-operationer fra længere afstande.
- TCP har et større udviklingsfællesskab end nogen anden NVMe-transportspecifikation.
Udfordringer ved NVMe over TCP
- Når du bruger en TCP-stak, skal du tillade CPU'en at løse de fleste af TCP-operationerne som at beregne kontrolsummer. Når flere klientarbejdsstationer vil anmode om at skrive og læse data fra netværkslagringsenheder gennem værts-pc'en, vil belastningen på værts-CPU'en således stige.
- Hyperkonvergeret infrastruktur skal være enkel. Men når du bruger NVMe/TCP, gør du det komplekst.
- NVMe over TCP har også nogle sikkerhedssvagheder, som hackere kan bruge til at infiltrere dine cloud-operationer, stjæle dataene og gøre fortrolige data tilgængelige på mørkt web medmindre du implementerer en streng cybersikkerhed og antivirus løsning.
NVMe over TCP: Slutord
TCP er den førende protokol på tværs af offentlige eller private netværksforbundne datacentre. Derfor er NVMe/TCP det første valg til at levere lagringsløsninger til overkommelige priser over internettet, intranet og cloud-infrastruktur.
Denne protokol er også skalerbar og pålidelig over langdistance netværksforbindelser. Da cloud storage læse/skriveforsinkelse svarer til de fleste fiberkanalprotokoller, er NVMe over TCP den foretrukne cloud storage transportløsning.
Næste, 3 alternativer til cloud storage