מה זה NVMe Over TCP (NVMe/TCP)

למד מה זה NVMe over TCP וכיצד NVMe over TCP עובד בשפה קלה.

הביקוש הגובר למחשוב ענן מצריך מערכת אחסון יעילה ובמחיר סביר. למרות שכונני דיסק קשיח קונבנציונליים (HDD) זולים לכלוך, הם אינם מסוגלים לארח תוכנות מונעות ביצועים או תהליכים חישוביים בענן.

לפיכך, כדי לטפל בבעיה זו באחסון המוני עבור התקני מחשב, NVM Express Inc. פרסם את הארכיטקטורה של NVMe SSD, התקן אחסון פנימי מהיר להפליא עבור מחשבים על גבי PCIe או Peripheral Component Interconnect Express.

עם זאת, PCIe מיועד רק לתקשורת נתונים ישירה בין ה-RAM ל-NVMe SSD. איך אפשר ליישם את אותו הדבר עבור סביבת מחשוב ענן שבה מחשבי מארח ומחשבי לקוח ממוקמים במקומות מרוחקים? מכשירים אלה יכולים לתקשר רק באמצעות האינטרנט או האינטראנט.

כדי להתמודד עם אתגר זה, פרוטוקול NVMe over Fabric או NVMe-oF תוכנן כדי לאפשר פיתוח פתרונות אחסון ברשת NVMe. הוא משתמש בממשק מפרט ההתקן הלוגי של NVMe כדי להעביר נתונים בין המחשב או השרת המארח לבין רשת שטח אחסון (SAN) או אחסון ישיר מחובר (DAS).

אבל, פריסת NVMe-oF יקרה מאוד אפילו עבור ארגונים גדולים. כמו כן, מכיוון ש-NVMe-oF דורש בעיקר כבל סיבים אופטיים כאמצעי התחבורה של נתונים מנקודה A לנקודה B, לא רק אפשרי לפרוס NVMe-oF עבור עננים ציבוריים.

כדי לטפל בבעיה זו, NVM Express Inc. הגיע עם פרוטוקול NVMe over TCP או NVMe/TCP.

מה זה NVMe Over TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP היא מהדורה מורחבת של מפרט פקודת I/O לאחסון מבוסס NVMe. זוהי הגרסה המתקדמת של NVMe-oF ומגדירה את הפונקציונליות של פרוטוקול העברת הנתונים של NVMe לפרוטוקול התקשורת מבוסס ההודעות, TCP.

יש מפרט תעבורה NVMe/TCP שמתאר את הדברים הבאים:

• כיצד למפות תורים של NVMe לפי מערכת כללים סטנדרטית
• כיצד ליצור קפסולות עבור NVMe על בד
• כיצד להעביר קפסולות NVMe-oF למערכות תחבורה של סיבים, InfiniBand ורשתות שאינן סיבים באמצעות השיטות המוכרות פרוטוקול בקרת תחבורה או TCP

בקיצור, השילוב של NVMe ו-TCP, NVMe/TCP מעביר נתונים ופקודות מהר יותר ובצורה נטולת שגיאות בין מארחי NVMe-oF להתקני בקר NVMe-oF.

ניתן לחבר התקנים כאלה דרך האינטרנט והאינטרנט באמצעות רשת TCP/IP מבוססת Ethernet. אמצעי הקישוריות יכול להיות כבלי סיבים אופטיים או כבלי Cat 5 ו- Cat 6 רגילים

מערכת התחבורה המקורית של NVMe נועדה עבור SSDs שייכנסו ישירות למערכת המחשב האישי, בעיקר על לוח האם. פרוטוקול ההובלה עבר אופטימיזציה תחילה עבור NVM PCIe SSDs המתחברים לשרתים או לתחנות העבודה באופן פנימי.

מאוחר יותר עבור דרישות אחסון נתונים מהירות ומסיביות בענן, פרוטוקול ההובלה של NVMe מחובר עם כריכת העברה מפרטים שמרכזי נתונים בענן משתמשים בהם בעיקר, כמו Fibre Channel, RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Internet Wide Area RDMA Protocol (iWARP), ואינפיניבנד.

למרות ששינוי ה-NVMe לעיל עובד מצוין, הוא אינו מתאים לעננים ציבוריים מכיוון שדרוש ציוד חומרה מיוחד מקצה הלקוח. לפיכך, שולבה מערכת כריכת תעבורה TCP אשר זמינה באופן גלובלי ואמינה ברשתות למרחקים ארוכים.

מפרט תעבורה NVMe/TCP עבור NVMe-oF כולל את רכיבי הרשת הבאים:

• מערכת הגישה לנתונים מרחוק המשתמשת בפרוטוקול NVMe עוקבת אחר מודל חיבור מערכות פתוחות (OSI) עבור מערכות רשת מחשבים.
• NVMe/TCP משתמש בטכנולוגיית רשת ה-Ethernet הפועלת בשכבת OSI הפיזית ו-OSI datalink.
• עבור פרוטוקולי תקשורת ומדיניות חילופי נתוני מנות, NVMe/TCP מסתמך על פרוטוקול TCP/IP.
• ערכות פקודות NVMe להמיר את כל הפקודות שהונפקו על ידי המשתמש ו-I/O של יישומים לטבלת פקודות ספציפית של NVMe כמו admin, I/O, fabric וכו'.
• העברה מרחוק של פקודות NVMe, במארג מבוסס הודעות, מתבצעת באמצעות קפסולות. קפסולות אלו יכולות להיות כמוסות תגובה או פקודות. קפסולות פקודות NVMe מייצגות יחידה של חילופי נתונים NVMe.
• תת-מערכת ובקר מארח מתקשרים ביניהם על ידי החלפת יחידות נתונים של פרוטוקול NVMe/TCP או NVMe/TCP PDUs.
• קיים תהליך חיבור בן שלושה שלבים בין תת-מערכת הבקר לבין המארח. השלבים או השלבים האלה הם NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect ו- Fabric Connect.
• במערכת כריכת תעבורה NVMe/TCP, בקרי קלט/פלט דינמיים נוצרים באופן אוטומטי ומוקצים למחשב המארח כאשר תת-מערכת מתחברת בהצלחה ל-NVMe-OF המארח.

• TCP הוא פרוטוקול העברת הנתונים באינטרנט או האינטראנט הנפוץ ביותר והוא זמין בכל מרכז נתונים ולקוחות משאבי מחשוב ענן.
• מרכזי הנתונים והלקוחות שלהם אינם צריכים להחליף חומרת רשת קיימת כמו נתבים, מתגים ו-NICs.
• TCP יכול להשתמש גם בכבל סיבים וגם בכבל Cat 5 או Cat 6 ולכן התחזוקה קלה למדי.
• קשירת תעבורה TCP עבור NVMe-oF מציעה ביצועים גבוהים והשהייה נמוכה. לפיכך הוא מתאים באופן מושלם לתהליכים קריטיים למשימה ותהליכים עתירי מעבד במחשב המארח, ונגיש בקלות על ידי מספר לקוחות מרוחקים ללא התנגשויות קריאה/כתיבה.
• TCP מציע ניתוב דינמי. לפיכך, בהשוואה לגישה ישירה לזיכרון מרחוק (RDMA), TCP הוא בעל הביצועים הגבוהים ביותר בפעולות מרכזיות וענן בקנה מידה גדול ממרחקים ארוכים יותר.
• ל-TCP יש קהילת פיתוח גדולה יותר מכל מפרט תעבורה אחר של NVMe.

• בעת שימוש בערימת TCP, עליך לאפשר למעבד לפתור את רוב פעולות ה-TCP כמו חישוב סכומי ביקורת. לפיכך, בקנה מידה גדול יותר, כאשר מספר תחנות עבודה של לקוח יבקשו לכתוב ולקרוא נתונים מהתקני אחסון ברשת דרך המחשב המארח, העומס על המעבד המארח יגדל.
• תשתית היפר-קונברזציה חייבת להיות פשוטה. עם זאת, כאשר אתה משתמש ב-NVMe/TCP, אתה הופך את זה למורכב.
• ל-NVMe over TCP יש גם כמה חולשות אבטחה שהאקרים יכולים להשתמש בהן כדי לחדור לפעולות הענן שלך, לגנוב את הנתונים ולהפוך נתונים סודיים לזמינים ב- רשת אפלה אלא אם כן אתה פורס אבטחת סייבר מחמירה ו פתרון אנטי וירוס.

TCP הוא הפרוטוקול המוביל במרכזי נתונים ציבוריים או פרטיים ברשת. לפיכך, NVMe/TCP היא הבחירה הראשונה לאספקת פתרונות אחסון סבירים דרך האינטרנט, האינטרא-נט ותשתית הענן.

פרוטוקול זה ניתן להרחבה ואמין גם בחיבורי רשת למרחקים ארוכים. מאחר שזמן הקריאה/כתיבה של אחסון הענן שווה ערך לרוב פרוטוקולי ערוצי הסיבים, NVMe על גבי TCP הוא פתרון ההובלה המועדף לאחסון בענן.

הבא בתור, 3 חלופות לאחסון בענן