Що таке NVMe через TCP (NVMe/TCP)

Дізнайтеся, що таке NVMe через TCP і як працює NVMe через TCP, простою мовою.

Зростаючий попит на хмарні обчислення потребує ефективної та доступної системи зберігання. Хоча звичайні жорсткі диски (HDD) дуже дешеві, вони не здатні розміщувати програмне забезпечення, кероване продуктивністю, або обчислювальні процеси в хмарі.

Тому, щоб вирішити цю проблему в накопичувачах для комп’ютерних пристроїв, NVM Express Inc. опублікував архітектуру NVMe SSD, блискавично швидкого внутрішнього накопичувача для комп’ютерів через PCIe або шину Peripheral Component Interconnect Express.

Однак PCIe призначений лише для прямого обміну даними між оперативною пам’яттю та NVMe SSD. Як реалізувати те саме для середовища хмарних обчислень, де хост-комп’ютери та клієнтські комп’ютери розташовані у віддалених місцях? Ці пристрої можуть спілкуватися лише через Інтернет або інтранет.

Щоб вирішити цю проблему, було розроблено протокол NVMe через Fabric або NVMe-oF, щоб дозволити розробку мережевого рішення для зберігання NVMe. Він використовує інтерфейс специфікації логічного пристрою NVMe для передачі даних між головним комп’ютером або сервером і мережею зберігання (SAN) або сховищем із прямим підключенням (DAS).

Але розгортання NVMe-oF є дуже дорогим навіть для великих підприємств. Крім того, оскільки для NVMe-oF в основному потрібен волоконно-оптичний кабель як транспортне середовище для передачі даних із точки А в точку Б, розгортання NVMe-oF не тільки для загальнодоступних хмар є доцільним.

Щоб вирішити цю проблему, NVM Express Inc. придумав протокол NVMe через TCP або NVMe/TCP.

Що таке NVMe через TCP (NVMe/TCP)?

NVMe/TCP — це розширена версія специфікації команд вводу-виводу сховища на основі NVMe. Це розширена версія NVMe-oF, яка визначає функції протоколу передачі даних NVMe для протоколу зв’язку на основі повідомлень TCP.

Існує транспортна специфікація NVMe/TCP, яка описує наступне:

• Як відобразити черги NVMe за стандартним набором правил
• Як створити капсули для NVMe через Fabric
• Як доставити капсули NVMe-oF до оптоволоконних, InfiniBand і мережевих транспортних систем без оптоволокна за допомогою знайомого Протокол управління транспортом або TCP

У двох словах, поєднання NVMe та TCP, NVMe/TCP передає дані та команди швидше та безпомилково між хостами NVMe-oF та контролерами NVMe-oF.

Такі пристрої можна підключати через Інтернет та Інтранет за допомогою мережі TCP/IP на основі Ethernet. Середовищем підключення можуть бути волоконно-оптичні кабелі або звичайні кабелі Cat 5 і Cat 6

Оригінальна транспортна система NVMe була призначена для SSD, які підключатимуться безпосередньо до системи ПК, головним чином на материнській платі. Транспортний протокол був спочатку оптимізований для NVM PCIe SSD, які підключаються до серверів або робочих станцій всередині.

Пізніше для вимог надзвичайно швидкого та масивного зберігання даних у хмарі транспортний протокол NVMe об’єднано з прив’язкою транспорту специфікації, які переважно використовують хмарні центри обробки даних, як-от Fibre Channel, RDMA через Converged Ethernet (RoCE), Інтернет-протокол RDMA (iWARP), та Infiniband.

Хоча наведена вище модифікація NVMe працює нормально, вона не підходить для загальнодоступних хмар, оскільки для клієнта потрібне спеціальне обладнання. Таким чином, була включена система зв’язування транспорту TCP, яка є легкодоступною в усьому світі та надійною в мережах великої відстані.

Транспортна специфікація NVMe/TCP для NVMe-oF включає такі мережеві компоненти:

• Система віддаленого доступу до даних за допомогою протоколу NVMe відповідає моделі взаємозв’язку відкритих систем (OSI) для комп’ютерних мережевих систем.
• NVMe/TCP використовує мережеву технологію Ethernet, яка працює на фізичному OSI та канальному рівні OSI.
• Для протоколів зв’язку та політик обміну пакетними даними NVMe/TCP покладається на протокол TCP/IP.
• Набори команд NVMe для перетворення всіх виданих користувачем команд і вводу-виводу додатків у конкретну таблицю команд NVMe, як-от admin, I/O, fabric тощо.
• Віддалена передача команд NVMe у структурі на основі повідомлень відбувається за допомогою капсул. Ці капсули можуть бути відповідними або командними. Командні капсули NVMe являють собою блок обміну даними NVMe.
• Підсистема та хост-контролер спілкуються між собою шляхом обміну блоками даних протоколу NVMe/TCP або PDU NVMe/TCP.
• Існує триетапний процес підключення між підсистемою контролера та хостом. Ці кроки або фази: NVMe-oF Connect, NVMe/TCP Connect і Fabric Connect.
• У транспортній системі зв’язування NVMe/TCP динамічні контролери вводу/виводу автоматично створюються та призначаються головному комп’ютеру, коли підсистема успішно з’єднується з головним NVMe-OF.

• TCP є найпоширенішим протоколом передачі даних через Інтернет або Інтранет, доступний у кожному центрі обробки даних і клієнтах ресурсів хмарних обчислень.
• Центрам обробки даних та їхнім клієнтам не потрібно замінювати існуюче мережеве обладнання, наприклад маршрутизатори, комутатори та мережеві карти.
• TCP може використовувати як оптоволоконний кабель, так і кабель Cat 5 або Cat 6, тому технічне обслуговування досить просте.
• Транспортне зв’язування TCP для NVMe-oF забезпечує високу продуктивність і низьку затримку. Таким чином, він ідеально підходить для критично важливих і інтенсивних процесів на головному комп’ютері, і до нього легко отримати доступ кількома віддаленими клієнтами без будь-яких конфліктів читання/запису.
• TCP пропонує динамічну маршрутизацію. Таким чином, у порівнянні з віддаленим прямим доступом до пам’яті (RDMA), TCP є найефективнішим у великих центрах обробки даних і хмарних операціях на великих відстанях.
• TCP має більшу спільноту розробників, ніж будь-які інші транспортні специфікації NVMe.

• Використовуючи стек TCP, ви повинні дозволити ЦП виконувати більшість операцій TCP, як-от обчислення контрольних сум. Таким чином, у більшому масштабі, коли кілька клієнтських робочих станцій запитуватимуть запис і читання даних із мережевих пристроїв зберігання через головний ПК, навантаження на центральний процесор збільшиться.
• Гіперконвергентна інфраструктура має бути простою. Однак, коли ви використовуєте NVMe/TCP, ви ускладнюєте це.
• NVMe через TCP також має деякі недоліки безпеки, які хакери можуть використати, щоб проникнути у ваші хмарні операції, викрасти дані та зробити конфіденційні дані доступними на темна мережа якщо ви не розгорнете суворі засоби кібербезпеки та антивірусне рішення.

TCP є провідним протоколом у публічних або приватних мережевих центрах обробки даних. Таким чином, NVMe/TCP є першим вибором для забезпечення доступних рішень для зберігання через Інтернет, інтранет та хмарну інфраструктуру.

Цей протокол також є масштабованим і надійним у міжміських мережевих з’єднаннях. Оскільки затримка читання/запису хмарного сховища еквівалентна більшості протоколів оптоволоконного каналу, NVMe через TCP є кращим транспортним рішенням хмарного сховища.

Далі, 3 альтернативи хмарному сховищу