一篇最详尽的NVMe/TCP技术疑问解答

NVMExpress, Inc. 最近宣布将NVMe over TCP (NVMe/ TCP)添加到NVMe传输系列中。NVMe/TCP的加入是VNMe一个非常重要的发展。

作者2019年的首次网络直播是对新规范的重要优势和特点的深入探索。如果错过了直播，可通过以链接观看(https://www.brighttalk.com/webcast/12367/348656)

在网络直播期间，作者收到了很多来自观众的许多引人入胜的问题，由于当时无法全部回答。在这篇博客中，作者计划回答了所有未解决的NVMe / TCP问题。

1、当NVMe 1.4规范最终确定时，是否应该期待NVMe / TCP的官方文档？

NVMe/TCP是NVMe-oF的一种传输绑定协议实现，因此我们应该期望已批准的技术提议TP 8000被集成到NVMe-oF 1.1发布的规范文档中。虽然NVMe董事会尚未公布正式时间表，但我们预计将在今年晚些时候发布。

2、主机端需要什么（硬件，固件，软件，驱动程序等）来支持TCP上的NVMe？

NVMe/TCP软件不需要任何特殊的硬件/固件即可运行，尽管不同类别的CPU和网络适配器可以从更好的性能中受益。当然，为了运行NVMe/TCP，需要安装NVMe/TCP主机软件(Host)和NVM子系统软件。这些软件可与Linux Kernel（v5.0）和SPDK（v.19.01）以及商业NVMe/TCP目标设备（Target Device）一起使用。

3、一个主机在运行时可以拥有的命名空间数量是否有任何限制？主机端需要什么资源（CPU核心，内存，端口）？

NVMe/TCP不对NVMe架构的基本功能施加任何限制，因为它是NVMe-oF传输层的协议绑定。因此，NVMe/TCP可以支持的命名空间数量没有限制。从传输的角度来看，命名空间是一个纯粹的逻辑概念，没有分配任何主机资源。

4、对于直接连接的NVMe SSD来说，NVMe/TCP会增加延迟吗？

仅通过NVMe/TCP可能不会直接增加NVMe的时延，特定的控制器实现可能通过特殊的升级规避时延。

5、哪个操作系统内核支持NVMe/TCP？

Linux Kernel版本5.0和以上版本支持NVMe/TCP。

6、在基于数据平面的网络堆栈（如DPDK）上运行NVMe /TCP时，是否会存在显著的性能差异？

如果运行控制器的平台具有足够的功能，在通用Linux网络堆栈之上运行NVMe/TCP预计不会出现根本性的差异。但是，如果控制器没有足够的CPU专用于运行Linux网络堆栈。例如，如果它有一些其他操作需要CPU处理，那么基于DPDK的解决方案可能会因效率提高而获得更好的性能。

7、是否建议使用Data Center TCP来运行NVMe/TCP工作负载？

一般来说，Data Center TCP有可能比其他TCP具有更好的拥塞控制算法。通常，无论NVMe/TCP如何，它在网络流量控制上都是有优势的。问题是，如果在DC网络和现代TCP/IP堆栈中发生模式拥塞，他们是否有其他机制来有效地处理拥塞？

8、NVMe/TCP有多个R2T吗？这些与FCP中的缓冲区相比如何？

理论上，控制器可以将多个轻量R2T PDU发送到主机以获取特定命令。但是，主机有最大值（MAXR2T）限制。R2T PDU具有与FC中的FCPBBC等效的信用机制，但是它在NVMe命令级别而不是FC端口级别上运行。

9、如何管理流量，是仅使用R2T和标准TCP拥塞窗口吗？

是的，端到端流流控制由TCP/IP处理，NVMe传输级流控制通过R2T信用机制进行管理。

10、在SQ中，多个未完成请求是否受到PDU排序约束？

没有约束，对应于不同NVMe命令的PDU没有定义排序规则。

11、在NVMe/TCP中，如何管理修补和升级？是非破坏性的吗？

在大型环境中如何使用NVMe/TCP的回滚流程？建议咨询供应商询问具体解决方案，NVMe/TCP协议本身没有强制要求或禁止此类操作要求。

12、是否有可用的NVMe/TCP开源项目实现？

有的，Linux和SPDK都包含NVMe/TCP的目标实现。

13、iSCSI中是否存在等效的NVMe/TCP实现？

iSCSI中没有NVMe/TCP的等效实现，但有许多等效概念。NVMe/TCP和iSCSI在某种意义上是等效的，即iSCSI是通过TCP/IP运行的SCSI传输，而NVMe/TCP是通过TCP/IP运行的NVMe传输。

14、在性能（带宽，IOPS，延迟等）上，NVMe/TCP如何与NVMe/FC进行比较？

笔者尚未测试任何NVMe/FC产品或开源实现，也未看见过任何类似NVMe/FC性能基准测试，但是，相比接连接的NVMe，NVMe/TCP如何与NVMe/FC两者都会有相对较小的下降。

15、目前有NVMe/RoCE与NVME/TCP的CPU利用率数据吗？

没有官方数据，但是，NVMe/TCP软件需要比NVMe/RDMA更多的CPU资源，因为NVMe/RDMA会卸载部分传输协议到硬件中。此外，这还取决于工作负载和网络适配器实现的无状态卸载的效果。

16、相比NVMe/RDMA，使用NVMe/TCP有哪些优缺点？是否存在性能差异？

NVMe/TCP只是一种传输绑定，可提供商用硬件优势和良好的可扩展性，无需修改网络基础架构即可支持RDMA（例如，使以太网无损）。NVMe/RDMA可以具有较低延迟，较低的CPU利用率(具体取决于实现和无状态卸载效果)。在决定投资时，应该综合权衡性能差异,成本，规模等因素。

17、NVMe/TCP与NVMe/RDMA相比有何不同？可否在同一个以太网100Gb/s网络上组合这两种流量？

首先，NVMe/TCP与NVMe/RDMA不同，因为它是在TCP/IP上运行NVMe-oF封装数据；而NVMe/RDMA是通过RoCE（InfiniBand over UDP）或iWARP（TCP与DDP和MPA）运行NVMe-oF封装和数据。

当然，NVMe/TCP和NVMe/RDMA都通过以太网运行，因此它们可以在相同的以太网100Gb/s网络上运行。

18、在数据中心/私有云内，跨地理分布式数据中心/私有云以太网交换机上，NVMe PDU最大可容忍延迟是多少？

NVMe/TCP没有指定的最大延迟，实际上，网络延迟不是问题，NVMe Keep Alive Timeout默认值为两分钟。

总结：NVMe/TCP传输绑定规范目前已公开下载，TCP是添加到现有NVMe传输系列中的新传输协议（除了PCIe、RDMA和FC）。NVMe/TCP定义了NVMe队列，NVMe-oF封装和IETF传输控制协议（TCP）上的数据传输的映射。NVMe/TCP传输提供可选的增强功能，如内联数据完整性（DIGEST）和在线传输层安全性（TLS）等。

NVMe/TCP令人兴奋的是它可以在NVMe-oF主机和NVMe-oF控制器设备之间实现高效的端到端NVMe操作，这些设备通只需过任何标准IP网络互连，具有出色的性能和延迟特性。这使得大规模数据中心能够利用其现有的以太网基础设施，多层交换机拓扑和传统的以太网网络适配器。

在软件方面，NVMe/TCP主机和控制器设备驱动程序也可在Linux内核和SPDK环境中直接采用，这两种NVMe/TCP实现均旨在无缝将其插入其现有的NVMe和NVMe-oF软件堆栈。

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参考链接：

https://nvmexpress.org/answering-your-questions-nvme-tcp-what-you-need-to-know-about-the-specification-webcast-qa/

作者：Sagi Grimberg，Peter Onufryk 

温馨提示：

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