ما هو NVMe عبر TCP (NVMe / TCP)

تعرف على ما هو NVMe عبر TCP وكيف يعمل NVMe عبر TCP بلغة سهلة.

شرح NVMe عبر TCP

يحتاج الطلب المتزايد على الحوسبة السحابية إلى نظام تخزين فعال وبأسعار معقولة. على الرغم من أن محركات الأقراص الثابتة التقليدية رخيصة الثمن ، إلا أنها غير قادرة على استضافة برامج مدفوعة بالأداء أو عمليات حسابية على السحابة.

ومن ثم ، لمعالجة هذه المشكلة في التخزين كبير السعة لأجهزة الكمبيوتر ، نشرت شركة NVM Express بنية NVMe SSD ، وهو جهاز تخزين داخلي فائق السرعة لأجهزة الكمبيوتر عبر PCIe أو ناقل Peripheral Component Interconnect Express.

ومع ذلك ، فإن PCIe مخصص فقط لاتصالات البيانات المباشرة بين RAM و NVMe SSD. كيف يمكن تنفيذ الأمر نفسه في بيئة الحوسبة السحابية حيث توجد أجهزة الكمبيوتر المضيفة والعميل في أماكن بعيدة؟ يمكن لهذه الأجهزة الاتصال فقط عبر الإنترنت أو الإنترانت.

لمواجهة هذا التحدي ، تم تصميم بروتوكول NVMe عبر Fabric أو NVMe-oF للسماح بتطوير حلول تخزين شبكة NVMe. يستخدم واجهة مواصفات الجهاز المنطقي NVMe لنقل البيانات بين الكمبيوتر المضيف أو الخادم وشبكة منطقة التخزين (SAN) أو التخزين المتصل المباشر (DAS).

لكن نشر NVMe-oF مكلف للغاية حتى بالنسبة للمؤسسات الكبيرة. أيضًا ، نظرًا لأن NVMe-oF يتطلب بشكل أساسي كبل الألياف الضوئية كوسيلة نقل البيانات من النقطة A إلى النقطة B ، فليس من الممكن فقط نشر NVMe-oF للسحب العامة.

لمعالجة هذه المشكلة ، ابتكرت شركة NVM Express Inc. NVMe عبر بروتوكول TCP أو NVMe / TCP.

ما هو NVMe عبر TCP (NVMe / TCP)؟

يعد NVMe / TCP إصدارًا موسعًا لمواصفات أمر الإدخال / الإخراج للتخزين المستند إلى NVMe. إنه الإصدار المتقدم من NVMe-oF ويحدد وظائف بروتوكول نقل البيانات NVMe إلى بروتوكول الاتصال المستند إلى الرسائل ، TCP.

توجد مواصفات نقل NVMe / TCP التي تصف ما يلي:

• كيفية تعيين قوائم انتظار NVMe باتباع مجموعة قياسية من القواعد
• كيفية صنع كبسولات NVMe على القماش
• كيفية توصيل كبسولات NVMe-oF لأنظمة نقل الشبكات الليفية و InfiniBand وغير الليفية باستخدام  بروتوكول التحكم في النقل المألوف أو TCP

باختصار ، فإن الجمع بين NVMe و TCP و NVMe / TCP ينقل البيانات والأوامر بشكل أسرع وبطريقة خالية من الأخطاء بين مضيفي NVMe-oF وأجهزة التحكم NVMe-oF.

يمكن توصيل هذه الأجهزة عبر الإنترنت والإنترانت باستخدام شبكة TCP / IP قائمة على Ethernet. يمكن أن يكون وسيط الاتصال عبارة عن كبلات ألياف ضوئية أو كبلات Cat 5 و Cat 6 التقليدية

لماذا NVMe عبر TCP؟

تم تصميم نظام النقل NVMe الأصلي لمحركات أقراص الحالة الثابتة التي ستدخل مباشرة إلى نظام الكمبيوتر الشخصي ، وخاصة على اللوحة الأم. تم تحسين بروتوكول النقل مبدئيًا لمحركات أقراص الحالة الصلبة NVM PCIe SSD التي تتصل بالخوادم أو محطات العمل داخليًا.

في وقت لاحق من أجل متطلبات تخزين البيانات السريعة والهائلة على السحابة ، تم توصيل بروتوكول نقل NVMe بمواصفات ربط النقل التي تستخدمها مراكز البيانات السحابية في الغالب ، مثل القناة الليفية ، RDMA عبر الإيثرنت المتقاربة (RoCE) ، بروتوكول RDMA على الإنترنت (iWARP) و Infiniband.

على الرغم من أن تعديل NVMe أعلاه يعمل بشكل جيد ، إلا أنه غير مناسب للسحب العامة نظرًا لأن الأجهزة المتخصصة مطلوبة من طرف العميل. ومن ثم ، تم دمج نظام ربط النقل TCP وهو متاح بسهولة على مستوى العالم ويمكن الاعتماد عليه عبر شبكات المسافات الطويلة.

المكونات الأساسية لـ NVMe عبر TCP

تتضمن مواصفات نقل NVMe / TCP لـ NVMe-oF مكونات الشبكة التالية:

• يتبع نظام الوصول إلى البيانات عن بُعد الذي يستخدم بروتوكول NVMe نموذج ربط الأنظمة المفتوحة (OSI) لأنظمة شبكات الكمبيوتر.
• يستخدم NVMe / TCP تقنية شبكات Ethernet التي تعمل في طبقة OSI المادية وطبقة ارتباط بيانات OSI.
• بالنسبة لبروتوكولات الاتصال وسياسات تبادل حزم البيانات ، يعتمد NVMe / TCP على بروتوكول TCP / IP.
• مجموعات أوامر NVMe لتحويل جميع الأوامر الصادرة عن المستخدم والتطبيق I / O إلى جدول أوامر NVMe محدد مثل admin ، I / O ، النسيج ، إلخ.
• يتم النقل عن بعد لأوامر NVMe ، في نسيج قائم على الرسائل ، باستخدام كبسولات. يمكن أن تكون هذه الكبسولات عبارة عن كبسولات استجابة أو كبسولات قيادة. تمثل كبسولات أوامر NVMe وحدة تبادل بيانات NVMe.
• يتواصل نظام فرعي ووحدة تحكم مضيفة فيما بينهما عن طريق تبادل وحدات بيانات بروتوكول NVMe / TCP أو NVMe / TCP PDUs.
• هناك عملية اتصال من ثلاث خطوات بين النظام الفرعي لوحدة التحكم والمضيف. هذه الخطوات أو المراحل هي NVMe-oF Connect و NVMe / TCP Connect و Fabric Connect.
• في نظام ربط النقل NVMe / TCP ، يتم إنشاء وحدات تحكم الإدخال / الإخراج الديناميكية تلقائيًا وتعيينها إلى الكمبيوتر المضيف عندما يتصل نظام فرعي بنجاح بالمضيف NVMe-OF.

فوائد NVMe على TCP

• TCP هو بروتوكول نقل بيانات الإنترنت أو الإنترانت الأكثر استخدامًا ومتاحًا مع كل مركز بيانات وعملاء موارد الحوسبة السحابية.
• لا تحتاج مراكز البيانات وعملائها إلى استبدال أجهزة الشبكة الحالية مثل أجهزة التوجيه والمحولات وبطاقات NIC.
• يمكن أن يستخدم بروتوكول TCP كلاً من كبل الألياف وكابل Cat 5 أو Cat 6 ، وبالتالي تكون الصيانة سهلة للغاية.
• يوفر ربط نقل TCP لـ NVMe-oF أداءً عاليًا وزمن انتقال منخفضًا. وبالتالي فهي مناسبة تمامًا للعمليات الحرجة والمكثفة لوحدة المعالجة المركزية على الكمبيوتر المضيف ويمكن الوصول إليها بسهولة من قبل العديد من العملاء البعيدين دون أي تعارضات في القراءة / الكتابة.
• يوفر TCP التوجيه الديناميكي. وبالتالي ، عند مقارنتها بالوصول المباشر للذاكرة عن بُعد (RDMA) ، يعتبر بروتوكول TCP هو الأفضل أداءً في مركز البيانات واسع النطاق والعمليات السحابية من مسافات أطول.
• يحتوي TCP على مجتمع تطوير أكبر من أي مواصفات نقل NVMe أخرى.

تحديات NVMe على TCP

• عند استخدام مكدس TCP ، يجب أن تسمح لوحدة المعالجة المركزية بحل معظم عمليات TCP مثل حساب المجموع الاختباري. وبالتالي ، على نطاق أوسع ، عندما تطلب محطات عمل متعددة للعميل كتابة وقراءة البيانات من أجهزة التخزين المتصلة بالشبكة من خلال الكمبيوتر المضيف ، سيزداد الحمل على وحدة المعالجة المركزية المضيفة.
• يجب أن تكون البنية التحتية شديدة التقارب بسيطة. ومع ذلك ، عند استخدام NVMe / TCP ، فإنك تجعله معقدًا.
• يحتوي NVMe عبر TCP أيضًا على بعض نقاط الضعف الأمنية التي يمكن للقراصنة استخدامها للتسلل إلى العمليات السحابية ، وسرقة البيانات ، وإتاحة البيانات السرية على الويب المظلم  ما  لم تنشر  حلًا صارمًا للأمن السيبراني ومكافحة الفيروسات .

NVMe عبر TCP: الكلمات النهائية

TCP هو البروتوكول الرائد عبر مراكز البيانات الشبكية العامة أو الخاصة. ومن ثم ، فإن NVMe / TCP هو الخيار الأول لتوفير حلول تخزين ميسورة التكلفة عبر الإنترنت والإنترانت والبنية التحتية السحابية.

هذا البروتوكول قابل للتطوير ويمكن الاعتماد عليه عبر اتصالات الشبكة بعيدة المدى. نظرًا لأن زمن انتقال القراءة / الكتابة للتخزين السحابي يعادل معظم بروتوكولات القنوات الليفية ، فإن NVMe عبر TCP هو الحل المفضل لنقل التخزين السحابي.

بعد ذلك ،  هناك 3 بدائل للتخزين السحابي