Die Vor- und Nachteile von NVMe-TCP- und Edge-Storage
NVMe/TCP hält endlich Einzug in den Speicher-Mainstream und kann besonders für die Edge-Storage nützlich sein. Lesen Sie hier von den Vor- und Nachteilen dieses Ansatzes.
Vor etwas mehr als einem Jahr ratifizierte NVM Express die NVMe over TCP-Transportbindungsspezifikation und machte sie öffentlich zugänglich. Zusammen mit den bestehenden NVMe-Transportprotokollen – PCIe, RDMA und Fibre Chanel – definiert NVMe/TCP das Mapping von NVMe-Warteschlangen (queues), NVMe-oF-Kapseln und die Datenlieferung über TCP. Da sich NVMe/TCP in den Speicher-Mainstream einarbeitet, ist es ein guter Zeitpunkt, sich die Spezifikation genau anzuschauen, insbesondere im Hinblick auf Edge-Speicher.
Speicher ist ein wesentlicher Baustein bei der Entwicklung der Edge-Infrastruktur für Edge-Cloud-Computing angesichts der vielen Daten aus den Milliarden von IoT-Geräten. Die Auswahl der besten Speicherlösung für Edge-Cloud erfordert die Erfüllung Edge-spezifischer Anforderungen.
„NVMe/TCP-Speicherlösungen sind für die Edge-Cloud-Infrastruktur konzipiert und erfüllen die Anforderungen des Edge und ermöglichen es Unternehmen, das Potenzial der Edge-Infrastruktur voll auszuschöpfen“, erläutert Muli Ben-Yehuda, Mitbegründer und leitender Wissenschaftler bei Lightbits Labs.
Das Unternehmen nutzt NVMe/TCP als Basis für die Umwandlung von Hyperscale-Cloud-Computing-Infrastrukturen, die nicht mehr auf einer Sammlung direkt angeschlossener SSDs basieren, sondern auf einem externen Pool von NVMe-SSDs mit niedriger Latenz.
Edge-Speicher erfordert konsistente Operationen mit geringer Latenz, die von NVMe-SSDs gut bedient werden. Solche Systeme werden normalerweise in hyperkonvergenten Umgebungen eingesetzt, in denen SSDs lokal angeschlossen sind. „Das prognostizierte Wachstum des Edge wird diese Systeme belasten, da es nicht nur mehr und mehr Hochleistungsspeicher, sondern auch mehr Rechenressourcen erfordert“, meint Paul von-Stamwitz, Senior Storage Architect bei Fujitsu Solutions Lab.
Das Netzwerk zwischen dem Edge und der privaten oder Public Cloud kann Schwierigkeiten haben, den neuen massiven Datenfluss zu bewältigen. Daher ist es notwendig, die Fähigkeiten der Edge-Computer zur Vorverarbeitung der Daten zu erhöhen. NVMe-oF ermöglicht die Disaggregation und unabhängige Skalierung von Speicher- und Compute-Ressourcen mit minimaler Auswirkung auf die Latenzzeit. NVMe/TCP bietet weitere Flexibilität der Netzwerkkomponenten, ohne dass spezielle NICs und Switches erforderlich sind.
Abbildung 1: Aufbau der NVMe-over-Fabrics-Architektur.
Die Vorteile
Disaggregation und Zusammensetzbarkeit (Composable) sind wichtige Vorteile, die mit der Verwendung von NVMe/TCP für Edge-Storage verbunden sind. „Die Möglichkeit, den Speicher zu skalieren und die Ressourcen getrennt zu berechnen, ermöglicht eine maximale Effizienz der Ressourcen“, so von-Stamwitz. „Die Edge-Anforderungen sind auch ziemlich dynamisch, so dass die Zusammensetzbarkeit von NVMe/TCP den Edge-Rechenzentren die Möglichkeit gibt, Hardware-Ressourcen nach Bedarf neu zu konfigurieren und neu zu nutzen.
Die physische Disaggregation ermöglicht auch die Verwendung von NVMe-Medien mit höherer Kapazität. „Durch die physische Disaggregation können Sie NVMe in einem Pool zusammenfassen und aus der Ferne nutzen, indem Sie nur das kaufen, was Sie benötigen, und möglicherweise weitere Laufwerke hinzufügen, wenn Sie mehr Speicherplatz benötigen“, sagt Josh Goldenhar, Vizepräsident für Produkte bei Excelero, die verteilten Blockspeicher mit geringer Latenz für webbasierte Anwendungen bereitstellen.
Dieser Ansatz ermöglicht kompakte und dichtere Anwendungsserver, die nur eine Netzwerkschnittstelle anstelle von U.2-Laufwerkssteckplätzen benötigen. Außerdem kann die Betriebseffizienz verbessert werden, indem die in Edge-Rechenzentren üblichen Einschränkungen in Bezug auf Strom, Kühlung und Platz verringert werden.
Ein weiterer NVMe/TCP-Vorteil für Edge-Speicher ist der Wegfall eines dedizierten Speichernetzwerks, insbesondere eines unbekannten beziehungsweise neuen. „Da Edge-Rechenzentren auf hochgradig abgestimmten TCP/IP-Netzwerken laufen, muss kein unbekanntes/neues Protokoll oder, schlimmer noch, eine separate Fabric hinzugefügt werden, was den Einsatz von Speicher am Edge verbessert und erleichtert“, betont Goldenhar.
Die Nachteile
Neben seinen Stärken hat NVMe/TCP auch einige negative Eigenschaften. „Die Latenzzeit ist leicht erhöht, aber für die meisten Anwendungen ist die Konsistenz der Latenzzeit wichtiger als das absolute Minimum“, sagt von-Stamwitz.
NVMe/TCP ist grundsätzlich leistungsstark, skalierbar und flexibel, so dass sich neue Anwender im Allgemeinen nicht um diese wichtigen Fragen kümmern müssen.
Ein größeres Problem ist die inhärente Komplexität von NVMe/TCP. „Das Gute der hyperkonvergenten Infrastruktur ist ihre Einfachheit“, bemerkt von-Stamwitz. „NVMe/TCP erfordert eine Speicherbereitstellung, die automatisiert und mit Orchestratoren wie Kubernetes integriert werden muss. Darüber hinaus erzeugt NVMe/TCP, wie jede andere Netzwerktechnologie auch, Sicherheitsbedenken, die berücksichtigt werden müssen.“
Ein weiterer potenzieller Nachteil ist die Tatsache, dass NVMe/TCP-Bereitstellungen jeglicher Art eine hohe Leistungsdichte erfordern, um in großem Maßstab arbeiten zu können, da Leistung, Platz und Kühlung für Edge-Umgebungen einen hohen Stellenwert haben.
„Die Unterstützung von Hochverfügbarkeit (HA) ist aus den gleichen Gründen ebenfalls entscheidend, da die Einschränkungen bei Strom, Kühlung und Platz die Durchführbarkeit gängiger Cloud-Datenschutzsysteme, wie zum Beispiel die dreifache Replikation, verhindern, da sie das Dreifache an Ausrüstung benötigen“, erklärt Goldenhar. „HA ermöglicht Redundanz auf kleinerer Fläche“, fügt Goldenhar hinzu.
Es ist auch wichtig, sich daran zu erinnern, dass Edge-Ressourcen, einschließlich Edge-Speicher, oft in einem einzigen Rack untergebracht sind, einer einzigen Fehlerdomäne, die „gegen die grundlegenden architektonischen Regeln für Hochverfügbarkeitseinstellungen verstößt“, so Goldenhar.
Erste Schritte
NVMe/TCP ist grundsätzlich leistungsstark, skalierbar und flexibel, so dass sich neue Anwender im Allgemeinen nicht um diese wichtigen Fragen kümmern müssen. Es ist jedoch wichtig, Aspekte wie Hochverfügbarkeit, Automatisierung und Sicherheit zu berücksichtigen.
Goldenhar empfiehlt, mit den Open-Source-Initiatoren und -Zielen des NVMe-oF zu experimentieren, die kostenlos im Internet zur Verfügung stehen. Das Ausprobieren vor dem Kauf bietet Neulingen eine sichere und einfache Möglichkeit, Erfahrungen mit den Leistungsmerkmalen von NVMe/TCP und den potenziellen Auswirkungen auf ein bestehendes Netzwerk zu sammeln.
„Dadurch werden keine logischen Volumes, Redundanz oder zentralisierte Verwaltung bereitgestellt, aber es kann Ihnen ermöglichen, sich mit den Konzepten von NVMe/TCP vertraut zu machen“, bemerkt er.
Wie geht es weiter?
Die aufkommende NVMe All-Flash Array (NAFA)-Technologie verspricht eine hervorragende Eignung für Edge-Speicherung und -Rechnern zu werden, bemerkte Goldenhar. „Suchen Sie nach NAFAs, die neben hoher Bandbreite, hohem Durchsatz und niedriger Latenz auch die HA-Anforderungen unterstützen.“
