NVMe über FC ist eine Technologiespezifikation, die Befehle des Non-Volatile Memory Express (NVMe) nutzt, um Informationen und Daten über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung des Fibre Channel (FC) zu übertragen und dadurch die Datenübertragungsgeschwindigkeit für Storage Area Networks (SANs) oder cloudbasierte Speicher zu erhöhen. Durch die Nutzung des NVMe-Protokolls über FC- und Ethernet-Verbindungen ermöglicht die Technologie eine schnellere Verbindung zwischen Speichergeräten und Servern. Dieser Artikel untersucht die Funktionsweise der Technologie und erläutert ihre Einsatzmöglichkeiten und Vorteile.
Wie funktioniert NVMe über Fibre Channel?
Historisch nutzten SANs drei Protokolle zur Datenübertragung: Internet Small Computer Systems Interface (iSCSI), Serial Attached SCSI (SAS) und Fibre Channel Protocol (FCP). Die Nachteile dieser Protokolle wurden jedoch deutlich, als sich zeigte, dass sie das volle Potenzial von Hochgeschwindigkeits-Flash-Speicher nicht unterstützen konnten.
Die Lösung war NVMe, ein neues Speicherzugriffs- und Transportprotokoll, das speziell für Solid-State-Laufwerke (SSDs), All-Flash-Speicherarrays und andere Solid-State-Speichertechnologien entwickelt wurde. Hier ist ein Überblick über die einzelnen und kombinierten Technologien:
- Non-Volatile Memory Express. NVMe ermöglicht die Kommunikation zwischen einer Speicherschnittstelle und der CPU eines Computers über einen Hochgeschwindigkeitsbus, den Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)-Bus.
- Fibre Channel. Fibre Channel ist eine für SANs entwickelte Hochgeschwindigkeitsschnittstelle, die die Datenübertragung über Glasfaser- oder Kupferkabel ermöglicht. Da alle Switches in einem FC-Netzwerk als ein einziger, einheitlicher Switch fungieren können, wird ein Fibre-Channel-Netzwerk als Fabric bezeichnet.
- NVMe über FC. Durch die Kombination der beiden Technologien zu NVMe über FC entsteht ein effizientes Hochgeschwindigkeitsprotokoll für die Datenübertragung in Solid-State-Speichernetzwerken.
NVMe über Fibre Channel (NVMe-FC oder NVMe über FC) nutzt nach dem NVMe-Modell arbeitende Nachrichtenbefehle, um Daten und Statusinformationen zwischen einem Hostcomputer und dem Ziel-Speichersystem zu übertragen. Diese Befehle werden übertragen, indem sie in einen Fibre-Channel-Frame eingebettet und an Fibre-Channel-Switches weitergeleitet werden.
Wenn ein Hostcomputer über einen Server eine Aktion für ein Ziel-Speichersystem initiiert, erkennt der FC-Switch ein Start-of-Frame-(SOF)-Trennzeichen und stellt im Fibre-Channel-Netzwerk eine Verbindung zwischen Initiator und Ziel her. FC-Frames werden verlustfrei übertragen – zwischen Initiator und Ziel werden keine Frames verworfen oder gehen auf dem Übertragungsweg verloren.
Die Bedeutung von NVMe über Fibre Channel (NVMe-FC)
NVMe-FC ist eine zuverlässige und effiziente Lösung für Unternehmensrechenzentren, in denen kritische Anwendungen betrieben werden. Es reduziert die Latenz, verbessert die Leistung, ermöglicht eine bessere Ein-/Ausgabeverarbeitung und bewältigt anspruchsvolle Workloads äußerst effizient.
In Hochgeschwindigkeitsumgebungen wie Rechenzentren kann NVMe-FC die effiziente und vorhersehbare Verarbeitung von Big Data, Analysen, Deep Learning, künstlicher Intelligenz (KI) und dem Internet der Dinge (IoT) ermöglichen. Damit ist es die erste Wahl für Unternehmen, die Business-Intelligence-Prozesse ausführen.
Einsatzmöglichkeiten von NVMe über FC
NVMe über FC ist für seine hohe Zuverlässigkeit und Leistung bekannt und damit eine ideale Option für Unternehmen, die rund um die Uhr geschäftskritische Anwendungen betreiben. Beispiele:
- Unternehmen im Hochvolumenhandel, die Verbindungen mit geringer Latenz benötigen, um sich einen Wettbewerbsvorteil zu sichern.
- Organisationen, die industrielle Steuerungssysteme betreiben und Reaktionszeiten im Mikrosekundenbereich benötigen, um auf eingehende Eingaben äußerst schnell zu reagieren.
- DevOps-Teams, die Abläufe mit geringer Latenz wünschen, um in kürzerer Zeit mehr Iterationen durchführen zu können.
- Unternehmen mit Echtzeitprozessen, die mithilfe großer Datenmengen zeitnah Entscheidungen treffen.
- Mitarbeiter in Finanzwesen, E-Commerce und Vertrieb, die schnell auf Kundeninteraktionen reagieren müssen.
- Unternehmen, die BI-Software, künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen (KI/ML) sowie fortschrittliche Analyseanwendungen einsetzen.
Vorteile von NVMe über FC
NVMe über FC ist eine hochgradig skalierbare Lösung für Unternehmen, die Solid-State-Speichertechnologien einsetzen. Es verbessert die Leistung herkömmlicher Protokolle und übertrifft die von Nicht-FC-Netzwerken – die Leistung und Latenz des SCSI-Protokolls in einem NVMe-FC-Netzwerk sind besser als bei einem SCSI-Protokoll, das in einem FC-Ökosystem ausgeführt wird.
Insgesamt bietet NVMe-FC folgende Vorteile:
- Geringere Latenz
- Verwendung eines optimierten Befehlssatzes
- Verbesserte Anzahl von Ein-/Ausgabevorgängen pro Sekunde (IOPS)
- Schnellere und effizientere Verbindungen zwischen Fibre-Channel-Geräten
- Geringere CPU-Auslastung von Anwendungsservern
Da NVMe-FC die Gesamtleistung verbessert und gleichzeitig herkömmliche Protokolle nutzt, kann eine Organisation auf ein NVMe-basiertes Netzwerk migrieren, ohne ihre bestehende Infrastruktur dringend ersetzen zu müssen.
Herausforderungen von NVMe über FC
Fibre-Channel-Netzwerke sind dedizierte Ökosysteme und daher deutlich teurer als ein Ethernet-Netzwerk. Aufgrund der eingesetzten spezialisierten Ausrüstung erfordern sie außerdem qualifiziertes Personal für ihre Wartung.
NVMe-FC unterstützt außerdem kein Multipathing – eine Technik zur Leistungssteigerung, die mehr als einen physischen Pfad zwischen einer CPU und Speichergeräten für Redundanz, dynamischen Lastausgleich und Neukonfiguration sowie die automatische Pfadverwaltung nutzt. Dies lässt sich durch den Einsatz anderer Netzwerkoptionen ausgleichen, um die Zuverlässigkeit des NVMe-FC-Ökosystems sicherzustellen – beispielsweise durch redundante physische und logische Pfade, die einzelne Fehlerquellen verhindern.
Fazit: Warum NVME-FC einsetzen?
Jede Organisation, die Echtzeitanalysen oder Datenverarbeitung, Online-Transaktionsverarbeitung, Online-Analyseverarbeitung oder das Hosting geschäftskritischer Anwendungen betreibt, kann sich mit einem NVMe-FC-Netzwerk einen Wettbewerbsvorteil verschaffen. NVMe-FC kann in jeder Branche eingesetzt werden – darunter im Gesundheitswesen, Einzelhandel, Finanzwesen und in der Luftfahrt – und für eine Vielzahl von Anwendungen, von der Minimierung finanzieller Verluste bis zur Rettung von Menschenleben. Durch höhere Geschwindigkeiten, geringere Latenz und bessere Zuverlässigkeit maximiert es die Effizienz von Storage Area Networks und ermöglicht eine schnelle Datenverarbeitung.
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