Što je NVMe preko TCP-a (NVMe/TCP)

Naučite što je NVMe preko TCP-a i kako NVMe preko TCP-a radi na jednostavnom jeziku.

Sve veća potražnja za računalstvom u oblaku zahtijeva učinkovit i pristupačan sustav za pohranu podataka. Iako su konvencionalni pogoni tvrdog diska (HDD) vrlo jeftini, oni ne mogu u oblaku ugostiti softver vođen performansama ili računalne procese.

Stoga, za rješavanje ovog problema u masovnoj pohrani za računalne uređaje, NVM Express Inc. objavio je arhitekturu za NVMe SSD, munjevito brz interni uređaj za pohranu za računala preko PCIe ili Peripheral Component Interconnect Express sabirnice.

Međutim, PCIe je samo za izravnu podatkovnu komunikaciju između RAM-a i NVMe SSD-a. Kako bi se to isto implementiralo za okruženje računalstva u oblaku gdje su računala domaćin i klijent smješteni na udaljenim mjestima? Ovi uređaji mogu komunicirati samo putem interneta ili intraneta.

Kako bi se riješio ovaj izazov, NVMe over Fabric ili NVMe-oF protokol osmišljen je da omogući razvoj NVMe mrežnog rješenja za pohranu. Koristi sučelje specifikacije logičkog uređaja NVMe za prijenos podataka između glavnog računala ili poslužitelja i mreže područja pohrane (SAN) ili izravno priključene pohrane (DAS).

No, implementacija NVMe-oF-a vrlo je skupa čak i za velika poduzeća. Također, budući da NVMe-oF uglavnom zahtijeva optički kabel kao prijenosni medij podataka od točke A do točke B, nije samo izvedivo implementirati NVMe-oF za javne oblake.

Kako bi riješio ovaj problem, NVM Express Inc. je smislio NVMe preko TCP-a ili NVMe/TCP protokol.

Što je NVMe preko TCP-a (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP je prošireno izdanje specifikacije I/O naredbi za pohranu temeljene na NVMe. To je napredna verzija NVMe-oF i definira funkcionalnosti NVMe protokola za prijenos podataka u komunikacijski protokol temeljen na porukama, TCP.

Postoji NVMe/TCP transportna specifikacija koja opisuje sljedeće:

• Kako mapirati NVMe redove čekanja prema standardnom skupu pravila
• Kako stvoriti kapsule za NVMe preko Fabrica
• Kako isporučiti NVMe-oF kapsule optičkim, InfiniBand i mrežnim prijenosnim sustavima bez vlakana pomoću poznatog Transport Control Protocol ili TCP

Ukratko, kombinacija NVMe i TCP, NVMe/TCP prenosi podatke i naredbe brže i na način bez grešaka između NVMe-oF hostova i NVMe-oF kontrolera.

Takvi se uređaji mogu spojiti putem Interneta i Intraneta pomoću TCP/IP mreže temeljene na Ethernetu. Medij za povezivanje mogu biti kabeli od optičkih vlakana ili konvencionalni kabeli Cat 5 i Cat 6

Izvorni NVMe transportni sustav bio je namijenjen SSD-ovima koji će ići izravno u PC sustav, uglavnom na matičnu ploču. Prijenosni protokol u početku je optimiziran za NVM PCIe SSD-ove koji se interno povezuju s poslužiteljima ili radnim stanicama.

Kasnije za munjevito brze i masivne zahtjeve za pohranu podataka u oblaku, NVMe prijenosni protokol povezan s prijenosnim vezanjem specifikacije koje uglavnom koriste podatkovni centri u oblaku, kao što su Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP), i Infiniband.

Iako gornja modifikacija NVMe radi savršeno, nije prikladna za javne oblake jer je potrebna specijalizirana hardverska oprema s strane klijenta. Stoga je ugrađen TCP prijenosni sustav povezivanja koji je lako dostupan globalno i pouzdan u mrežama na velikim udaljenostima.

Specifikacija prijenosa NVMe/TCP za NVMe-oF uključuje sljedeće mrežne komponente:

• Sustav daljinskog pristupa podacima koji koristi NVMe protokol slijedi model međupovezivanja otvorenih sustava (OSI) za računalne mrežne sustave.
• NVMe/TCP koristi Ethernet mrežnu tehnologiju koja radi u OSI fizičkom i OSI podatkovnom sloju.
• Za komunikacijske protokole i politike paketne razmjene podataka, NVMe/TCP se oslanja na TCP/IP protokol.
• Skupovi NVMe naredbi za pretvaranje svih korisničkih naredbi i I/O aplikacije u određenu NVMe tablicu naredbi kao što su admin, I/O, fabric itd.
• Daljinski prijenos NVMe naredbi, u tkanini temeljenoj na porukama, odvija se pomoću kapsula. Ove kapsule mogu biti odgovorne ili zapovjedne kapsule. NVMe naredbene kapsule predstavljaju jedinicu NVMe razmjene podataka.
• Podsustav i host kontroler međusobno komuniciraju razmjenom jedinica podataka NVMe/TCP protokola ili NVMe/TCP PDU-ova.
• Postoji proces povezivanja u tri koraka između podsustava kontrolera i glavnog računala. Ovi koraci ili faze su NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect i Fabric Connect.
• U NVMe/TCP sustavu povezivanja prijenosa, dinamički I/O kontroleri se automatski kreiraju i dodjeljuju glavnom računalu kada se podsustav uspješno poveže s glavnim NVMe-OF.

• TCP je najčešće korišten Internet ili Intranet protokol za prijenos podataka i dostupan je u svakom podatkovnom centru i klijentima resursa računalnog oblaka.
• Podatkovni centri i njihovi klijenti ne moraju mijenjati postojeći mrežni hardver poput usmjerivača, preklopnika i mrežnih kartica.
• TCP može koristiti i optički kabel i Cat 5 ili Cat 6 kabel i stoga je održavanje prilično jednostavno.
• Povezivanje TCP prijenosa za NVMe-oF nudi visoke performanse i nisku latenciju. Stoga je savršeno prikladan za kritične i CPU-intenzivne procese na glavnom računalu i lako mu pristupa više udaljenih klijenata bez ikakvih sukoba čitanja/pisanja.
• TCP nudi dinamičko usmjeravanje. Stoga, u usporedbi s udaljenim izravnim pristupom memoriji (RDMA), TCP ima najbolju izvedbu u velikim podatkovnim centrima i operacijama u oblaku s većih udaljenosti.
• TCP ima veću razvojnu zajednicu od bilo koje druge NVMe transportne specifikacije.

• Kada koristite TCP stog, morate dopustiti CPU-u da riješi većinu TCP operacija kao što je izračunavanje kontrolnih zbrojeva. Stoga, u većem opsegu, kada će više klijentskih radnih stanica zahtijevati pisanje i čitanje podataka s umreženih uređaja za pohranu putem glavnog računala, opterećenje glavnog CPU-a će se povećati.
• Hiperkonvergentna infrastruktura mora biti jednostavna. Međutim, kada koristite NVMe/TCP, to postaje složeno.
• NVMe preko TCP-a također ima neke sigurnosne nedostatke koje hakeri mogu iskoristiti da se infiltriraju u vaše operacije u oblaku, ukradu podatke i učine dostupnim povjerljive podatke na mračni web osim ako ne primijenite strogu kibernetičku sigurnost i antivirusno rješenje.

TCP je vodeći protokol u javnim ili privatnim umreženim podatkovnim centrima. Stoga je NVMe/TCP prvi izbor za pružanje pristupačnih rješenja za pohranu putem interneta, intraneta i infrastrukture u oblaku.

Ovaj je protokol također skalabilan i pouzdan preko mrežnih veza na velike udaljenosti. Budući da je latencija čitanja/pisanja pohrane u oblaku ekvivalentna većini protokola fiber kanala, NVMe preko TCP-a je preferirano prijenosno rješenje za pohranu u oblaku.

Sljedeće, 3 alternative za pohranu u oblaku