NVMe over Fabrics چیست و چه کاربردی در شبکه دارد؟

 NVMe over Fabrics که معمولا با نام کوتاه شده NVMe-oF شناخته میشود یک حافظه غیر فرار روی بافت شبکه است ، فناوری است که میتواند اتصال میزبان ها به فضای ذخیره سازی را در شبکه با استفاده از پروتکل NVMe انجام دهد، با استفاده از این روش این امکان برای ما فراهم میشود که با استفاده از راهکارهایی مانند کانال فیبر یا FC ، اترنت و یا InfiniBand انتقال داده ها را انجام دهیم.

زمانی که انتقال داده ها را با استفاده از پروتکل NVMe انجام میدهیم پایداری درایو حالت جامد ssd و همچنین سرعت انتقال و امنیت افزایش چشم گیری خواهد داشت.

البته لازم به ذکر است که NVMe-oF نمونه به روز رسانی شده ی NVMe است که در 5 ژوئن نسخه 1.0 آن انتشار پیدا کرد و نهایت NVMe نسخه 1.3 در می 2017 منتشر شد، طبق گفته سازمان NVM Express: «به صورتی تقریبی 90 درصد پروتکل NVMe-oF همان پروتکل NVMe است که برای استفاده محلی روی گذرگاه (PCIe) طراحی شده است.

یکی از نکاتی که این روز ها فروشندگان تجهیزات شبکه در حال کار کردن بر روی آن هستند این است قصد دارند اکوسیستتم سازمانی ایجاد کنند که دستگاه های نقطه پایانی توانایی پشتیبانی از NVMe را بر روی بافت شبکه داشته باشند ، برای مثلا سیستم عامل هایی که در شبکه در نقاط پایانی مورد استفاده قرار میگیرد، کارت های آداپتور شبکه ، هایپروایزرهای سرور و دیگر تجهیزاتی که برای ذخیره سازی در شبکه مورد استفاده قرار میگیرد لازم است توانایی پشتیبانی از NVMe را داشته باشند، اگر کسانی که تجهیزات شبکه تولید میکنند بتوانند کانال فیبر 32 گیگابیت بر ثانیه را به‌عنوان فابریک منطقی برای فلش NVMe در محصولات سن سوییچ های خود قرار دهند توانسته اند از این پروتکل در شبکه به خوبی استفاده کنند.

همچنین از زمانی که اولین NVMe-oF توسعه پیدا کرد میتوانیم بگوییم در دنیای فناوری پیاده سازی های متفاوتی در زمنیه های مختلف از NVMe-oF داشته ایم، برای مثال NVMe-oF مبتنی بر Remote Direct Memory Access، که بری دسترسی مستقیم حافظه از راه دور مورد استفاده قرار گرفت یکی از کاربرد های این فناوری جدید در دنیای شبکه است.

در این مقاله چه خواهیم خواند؟

✅کاربرد NVMe over Fabrics در شبکه چیست؟

✅نحوه استفاده از NVMe over Fabrics

✅از نظر فنی NVMe-oF چه قابلیت هایی را دارا میباشد؟

✅تفاوت NVMe و NVMe-oF در چیست ؟

✅آشنایی با NVMe over Fabrics مبتنی بر  RDMA  

✅توسعه پروتکل NVMe over Fabrics  با استفاده از TCP/IP

✅محصولاتی که از فناوری NVMe-oF و  NVMeاستفاده میکنند

✅سخن آخر 

 

کاربرد NVMe over Fabrics در شبکه چیست؟

همانطور که تا به اینجای مطلب متوجه شدین فناوری NVMe over Fabric بسیار جدید است اما به هر حال فروشندگان تجهیزات شبکه در تلاش هستند که از این فناوری در معماری شبکه ای استفاده کنند ، استفاده از فناوری NVMe over Fabrics  در شبکه به کارشناسان شبکه کمک میکند که یک پروتکل ذخیره‌سازی پیشرفته در اختیار داشته باشد و این امکان را فراهم کند که انتقال داده در شبکه با سرعت بالاتری انجام شود. همچنین این امکان را در اختیار یک شبکه قرار میدهد که به صورت کامل از ظرفیت حافظه های حالت جامد استفاده شود، همچنین این فناوری این امکان را فراهم کردهاست که شکاف‌های بین ذخیره‌سازی متصل مستقیم (DAS) و شبکه منطقه ذخیره‌سازی (SAN) به صورت کامل پرشود و به سازمان‌ها این اجازه را داده است که به بهترین شکل به مدیریت بارهای کاری با ارائه توان عملیاتی بالا و تاخیر کم بپردازند.

نحوه استفاده از NVMe over Fabrics

ما میتوانیم NVMe را به صروت مستقیم بر روی برد سرور ها متصل کنیم ، در واقع کارت های NVMe به جای حافظه های جامدی که به صورت سنتی برای ذخیره سازی اطلاعات مورد استفاده قرار میگرفت قرار خواهد گرفت، استفاده کردن از NVMe به جای فناوری هایی مانند فضای ذخیره سازی تمام فلش هم مزایای بسیاری دارد و هم معایبی را دارد ، برای مثال زمانی که یک کارشناس شبکه بخواهد با آن کار کند برای اینکه بتواند عملیات خواندن و نوشتن داده ها را به صورت پایداری داشته باشد لازم است از نرم افزار های شخص ثالث برای بهینه سازی و پایداری این عملیات استفاده کند، همچنین لازم است این موضوع را نیز در نظر داشته باشیم که در آرایه های NVMe  سطح کنترل‌کننده ذخیره‌ساز تنگناهایی فراهم میکند که این خود مشکل ساز است.

خدمات رایانه کمک : بسیاری از سازمان ها خدمات نگهداری و پشتیبانی از شبکه های کامپیوتری خود را به رایانه کمک میسپارند ، شما نیز میتوانید یکی از ده ها شرکتی باشید که ما را به عنوان پشتیبان شبکه خود انتخاب میکنید برای ثبت سرویس به این لینک مراجعه کنید : دریافت خدمات نگهداری و پشتیبانی شبکه

یکی از مزایایی که استفاده از NVMe-oF برای کارشناسان شبکه فراهم میکند این است که میتوانند برای بهینه سازی تجزیه و تحلیل با سرعت بالا برای داده های کلان و همچنین یادگیری ماشینی از آن استفاده کنند. البته یکی از نکات مهم این است که میزان استقبال از این فناوری و سرعت پذیرش آن به روند توسعه سریع اکوسیستم NVMe وابسطه است.

مزایای استفاده از   NVMe over Fabrics چیست؟

تا به اینجا متوجه شدیم که ما با استفاده از NVMe   نحوه ذخیره سازی و خواندن و نوشتن داده ها را تغییر داده ایم و سیستمی ایجاد کرده ایم که در این روند بهتر و سریع تر عمل میکند اما مزایایی که درایوهای ذخیره سازی مبتنی بر NVMe   برای یک شبکه فراهم میکنند چیست ؟ این مزایا را در ادامه بررسی کنیم.

اولین مزیت این است که زمان تاخیر در ارسال و پردازش داده ها در این سیستم بسیار کاهش پیدا کرده است بنابراین سرعت افزایش یافته

عملکرد کلی به صورت چشم گیری فزایش یافته است

و امکان انجام درخواست های موازی فراهم شده است

ما در این فناوری با کاهش طول پشته‌های ذخیره‌سازی سیستم‌عامل در سمت سرور رو به رو هستیم و این یکی از مزیت های فوق العاده است.

همچنین آرایه ذخیره سازی نیز بهبود پیدا کرده است.

برای اینکه بتوانیم سرعت را افزایش دهیم همانطور که گفتیم لازم است کاری کنیم که دستگاه های نقطه پایانی از برخی فناوری های پشتیبانی کنند که در این روند ما پشتیبانی از درایوها و رابط‌های SAS ،SATA ،NVMe SSDs  و غیره را شاهد هستیم.

از نظر فنی NVMe-oF چه قابلیت هایی را دارا میباشد؟

تا به حال باید متوجه قابلیت های و ویژگی های فنی این فناوری فوق العاده شده باشید اما اگر بخواهیم به صورت دسته بندی شده آنها را مورد بررسی قرار دهیم میتوانیم به این موارد اشاره کنیم

باعث میشود تاخیر در شبکه های کامپیوتری کاهش یابد

سرعت بالایی را ساپورت میکند

 کنترل جریان مبتنی بر اعتبار (Credit-Based).

میتواند تا هزاران دستگاه را پشتیبانی کند و توانایی مقیاس پذیر بودن در شبکه دارد

 ساپورت کردن چند مسیری فابریک برای اینکه بتواند فعال‌سازی همزمان چند مسیر بین آغازگر (Initializer) میزبان NVMe و رسانه هدف (Target).را انجام دهد.

 این امکان را فراهم میکند که از چند میزبان فابریک با هدف ارسال و دریافت دستورات از چند میزبان و زیر سیستم‌های ذخیره‌سازی به صورت کاملا همزمان پشتیبانی کند.

تفاوت NVMe و NVMe-oF در چیست ؟

همانطور که متوجه شدین NVMe-oF نمونه به روز رسانی شده NVMe است که اگر بخواهیم تفاوت های آنها را مورد بررسی قرار دهیم لازم است ابتدا تفاوت عمده NVMe را با حافظه های قبلی و فناوری های قبلی بدانیم از NVMe به عنوان یک جایگزین مناسب به جای  Small Computer System Interface یا همان اسکازی SCSI استفاده شده است، اگر بخواهیم از رسانه های خیلی سریع مانند حافظه های جامد و فناوری های مبتنی بر فلش یعنی Post-Flash Memory استفاده کنیم دیگر استفاده کردن از ساتا یا اسکازی معقول نیست برای ارتباط برقرار کردن با این رسانه ها NVMe   طراحی شد که بتواند سرعت بالایی را ساپورت کند، عمده ترین تفاوتی که میتوانیم بین NVMe   و اسکازی SCSI    و ساتا SATA بیان کنیم زمان دسترسی به اطلاعات است که این زمان را به چندین برابر زمان قبلی تغییر داده است ، NVMe   قادر است از 64 هزار صف پشتیبانی می‌کند که هر کدام ممکن است عمقی تا 64 هزار فرمان داشته باشند.

همچنین فرض کنید شما از پردازنده ای چند هسته ای که فرمان های موازی را ارسال میکنند استفاده میکنید دیگر استفاده کردن از حافظه های سنتی قدیمی معقول نیست چرا که لازم است حافظه توان پاسخ به این دستوارت ورودی و خروجی را داشته باشد، . در چنین شرایطی نیازی به قفل عملیات ورودی و خروجی نیست، زیرا هر رشته برنامه یک صف اختصاصی دریافت می‌کند

دستگاه هایی که با NVMe کار میکنند بر روی خود چند اسلات سریال PCIe دارند که حافظه NVMe بر روی این اسلات قرار میگیرد ، و داده ها از طریق این اسلات انتقال داده میشود، بنابریان برای هدایت ترافیک ذخیره سازی که در شبکه مورد استفاده قرار گرفته است ما نیاز به کنترلر سخت افزاری اختصاصی ندرایم،

زمانی که حافظه به صورت مستقیم بر روی مادربرد نصب شده است یعنی دیگر خبری از کابل نیست این باعث میشود که سرعت انتقال داده ها تا چندین برابر افزایش پیدا کند و امکان دریافت و ارسال داده ها به صورت رشته های موازی فراهم شده باشد.حالا که تفاوت  فناوری NVMe با فناوری های قبل را دانستید میخواهم به تفاوت عمده بین NVMe و NVMe-oF   نگاهی بیاندازیم.

یکی از اصلی ترین تفاوت‌های  بین NVMe و NVMe-oF مکانیزم Transport-Mapping برای ارسال و دریافت دستورات یا پاسخ‌ها است.

فناوری . NVMe-oF برای برقرار کردن ارتباطی که میان یک دستگاه ذخیره سازی و یک میزبان انجام میوشد از یک مدل مبتنی بر پیام استفاده میکند ، که در این فناوری دستورات دریافت شده و پاسخ هایی که قرار است ارسال شود را به یک حافظه مشترک در میزبان از طریق پروتکل رابط PCIe قرار میدهد، این درحالی است که در مقایسه با NVMe-oF  فناوری  NVMeاز قابلیت PCIe Gen 3  استفاده میکند اما فاقد یک لایه پیام‌رسان بومی است که برای هدایت ترافیک بین میزبان‌های راه دوری استفاده میشود و از حافظه‌های حالت جامد NVMe استفاده می‌کنند. 

آشنایی با NVMe over Fabrics مبتنی بر  RDMA  

فناوری NVMe-oF   این امکان را فراهم کرد که بتوانیم به حافظه از راه دور دسترسی داشته باشیم ، سازمان  NVM Express امکان NVMe over Fabrics مبتنی بر  RDMA را به وجود آورده است ، لازم به ذکر است که بدانید دیتاهایی که انتقال پیدا میکند شامل  RDMA میشود که از طریق طریق اترنت همگرا یا به عبارتی  (RoCE) و پروتکل دسترسی مستقیم حافظه از راه دور اینترنت گسترده (Internet Wide Area RDMA Protocol) برای اترنت و InfiniBand در حال استفاده شدن است.

این موضوع یعنی اینکه بتوانید از راه دور به حافظه دسترسی مستقیم داشته باشیم باعث شده است که امکان انتقال حافظه به حافظه بین دو کامپیوتر در شبکه و در فضای بزرگتر مثل هاستینگ ها فراهمشود، در چنین حالتی داده ها بدون اینکه دستورات فراخوانی را به سیستم عامل و یا پردازنده ارسال کنند از طریق آدرس حافظه به حافظه دیگر انتقال پیدا میکنند، بنابراین ما سربار کمتری خواهیم داشت و زمان پاسخگویی به حد میکروثانیه کاهش پیدا خواهد کرد که این خود یک تحول بزرگ بوده است.

در حقیقت پروتکل NVMe  یک زبان مشترک بین سرورهای ذخیره سازی و محاسباتی شده است، که برای انتقال ترافیک ذخیره سازی در RDMA که از طریق بافت ها انجام میشود میتوانیم از پروتکل NVMe استفاده کنیم، حالا برای اینکه بتوانیم از مزایای بسیار کاربردی oF مبتنی بر RDMA   استفاده کنیم لازم است یک شبکه ذخیره سازی جدید ایجاد کنیم تا بتوانیم عملکرد بافت شبکه را بهبود دهیم.

 توسعه پروتکل NVMe over Fabrics  با استفاده از TCP/IP

اجازه دهید نگاهی به یکی از پیشرفت های خیلی مهم در رابطه با پروتکل NVMe over Fabrics بیاندازیم ، این پروتکل با استفاده از TCP/IP توسعه پیدا کرده است ، یعنی این امکان فراهم شده است که NVMe-oF با استفاده از TCP/IP داده ها را ارسال کند، بنابراین دیگر نیازی به پیکربندی خاصی یا تجهیزات خاصی نیست ، از آنجایی که در تمامی شبکه ها ارتباط از طریق TCP/IP انجام میشود بنابراین در هر شبکه ا ی چه اینترنت باشد و یا اترنت ما میتوانیم از این طریق انتقال داده را انجام دهیم بدون ایکه دغدغه ای برای پیکربندی تجهیزات خاصی داشته باشیم.

همانطور که میدانید در تمامی شبکه ها ما یک استاندارد شناخته شده برای تبادل داده در شبکه داری که آن هم پروتکل TCP حالا میدانیم که TCP در کنار پروتکل ip با هم کار میکند و برقراری رابطه بین عملکرد پروتکل NVMe-oF و این دو پروتکل شبکه باعث شده است که به راحتی بتوانیم کانال های ارتباطی را ایجاد و آنها را نگهداری کنیم.

محصولاتی که از فناوری NVMe-oF و  NVMeاستفاده میکنند

همانطور که در اوایل مقاله با هم مطالعه کردیم ، فروشندگان تجهیزات شبکه در تلاش هستند تا خود را با این فناوری وفق دهند و همپای این فناوری باشند ، در تلاشند تا از این فناوری در محصولات خود استفاده کنند اگر بخواهیم به برخی از این محصولات که ذخیره سازی تمام فلش NVMe  و  NVMe-oF را در حال استفاده کردن هستند اشاره کنیم میتوانیم لیست زیر را در نظر بگیریم.

DataDirect Networks (DDN) Flashscale

Datrium DVX hybrid system

Kaminario K2.N

NetApp Fabric-Attached Storage (FAS) arrays

Pure Storage FlashArray

Tegile IntelliFlash

و بسیاری از محصولات دیگر که این روزها مورد استفاده قرار میگیرد.

سخن آخر

همه ما میدانیم که این روزها بسیاری از شرکت ها به داده های میزبانیشده در سرویس های ابری وابستگی بسیاری دارند چرا که لازم است این داده ها را در اختیار کاربران خود قرار دهند بنابراین لازم است از فضاهای ابری استفاده کنند ، به نظر بسیاری از کارشناسان شبکه به وجود آمدن فناوری NVMe-oF میتواند یک آینده ذخیره سازی متفاوتی را برای ما رقم بزند ، در این مقاله سعی بر این شد که به ارتقا وب فارسی کمکی کرده باشیم و شما را با این فناوری کاربردی در شبکه آشنا کنیم ، امیدواریم این مقاله برای شما عزیزان مفید بوده باشد در صورتی که تجربه ای در این رابطه دارید در بخش دیدگاه ها با ما در میان بگذارید و یا اگر سوالی دارید میتوانید در بخش دیدگاه ها مطرح کنید ما در کوتاه ترین زمان ممکن پاسخ شما را ارسال خواهیم کرد.

شرکت رایانه کمک همیشه برای حل مشکلات کامپیوتری ، شبکه ای و موبایلی در کنار شما عزیزان بوده است، میتوانید در صورتی که با مشکلی رو به رو شدین از طریق تلفن های ثابت مخابرات با شماره 9099071540 با ما در تماس باشید و یا اگر قصد تماس با ما از طریق موبایل را دارید با شماره 0217129 میتوانید با کارشناسان ما صحبت کنید.

منتظر شنیدن نظرات شما هستیم.