Was ist NVMe over Fibre Channel?

Non-Volatile Memory Express über FC-SAN Was ist NVMe over Fibre Channel?

27.10.2022 Von Dipl.-Ing. (FH) Stefan Luber

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NVMe over Fibre Channel ist eine standardisierte Variante von NVMe over Fabrics (NVMe oF). Sie ermöglicht die Datenübertragung per NVMe-Protokoll über ein Fibre-Channel-basiertes Speichernetzwerk (FC-SAN). Für den Datenaustausch zwischen Host-Rechner und Storage-System kommen über Fibre Channel transportierte NVMe-Nachrichten zum Einsatz. NVMe over Fibre Channel bietet kurze Zugriffszeiten und eine geringe Latenz.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.(Bild: © aga7ta - Fotolia) — Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
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NVMe over Fibre Channel, auch als „FC-NVMe“, „NVMe-FC“ oder „NVMe over FC“ bezeichnet, ist eine standardisierte Variante von NVMe over Fabrics (NVMe oF). Sie ermöglicht den schnellen Zugriff auf Storage-Systeme per NVMe über eine Fibre-Channel-Network-Fabric. NVMe ist nicht mehr nur auf direkten Verbindungen zwischen Host-Rechner und Storage-System, sondern auch über Speichernetzwerke wie ein Fibre-Channel-SAN verwendbar.

Aufgrund der geringen Latenz, der hohen Performance, der Zuverlässigkeit und der guten Skalierbarkeit ist Fibre Channel gut für das Schnittstellenprotokoll NVMe und für schnelle, Flash-basierte Speichersysteme geeignet. Weitere Varianten von NVMe over Fabrics sind NVMe over RDMA oder NVMe over TCP.

Die erste Version des NVMe-oF-Standards wurde 2016 veröffentlicht. Mittlerweile sind FC-NVMe-Speicher-Arrays und andere NVMe-oF-Storage-Systeme verschiedener Hersteller am Markt verfügbar.

Grundsätzliches zu NVMe

NVMe bildet die Grundlage für NVMe over Fibre Channel. NVMe ist das Akronym für „Non-Volatile Memory Express“. Die NVMe-Spezifikation wurde erstmals im Jahr 2011 veröffentlicht. Es handelt sich um ein Schnittstellenprotokoll zur Anbindung Flash-basierter, nicht-flüchtiger Massenspeicher über die PCI-Express-Schnittstelle (PCIe-Schnittstelle). Das Protokoll ist speziell für Speichergeräte wie SSDs konzipiert und steht in Konkurrenz zu anderen Schnittstellenprotokollen zur Anbindung von Massenspeichergeräten wie SCSI, SATA oder AHCI. NVMe reduziert den Overhead und die Latenz und sorgt beim Datenaustausch für eine hohe Performance. Herstellerspezifische Treiber sind dank NVMe überflüssig.

Um das Schnittstellenprotokoll NVMe nicht nur für direkt per PCIe-Schnittstelle angebundene Speichergeräte, sondern auch für über Netzwerke erreichbare Storage-Systeme zu verwenden, wurde der Standard NVMe over Fabrics (NVMe oF) entwickelt. Mit NVMe oF lassen sich NVMe-Nachrichten per TCP, RDMA (RoCE, iWARP und InfiniBand) und Fibre Channel austauschen. NVMe oF schafft zwischen Host und Storage-System die Zwischenebene eines Netzwerkverteilers.

Prinzipielle Funktionsweise von NVMe over Fibre Channel

NVMe over Fibre Channel transportiert die NVMe-Befehle zwischen Host-Rechner und Storage-System in der Nutzlast der FC-Frames. Befehle anderer möglicher Protokolle wie SCSI oder Fibre Connection (Ficon) werden durch NVMe-Befehle ersetzt. Prinzipiell lassen sich über ein FC-SAN SCSI- und NVMe-Befehle parallel übertragen.

Der NVMe-Befehlssatz ist speziell für Flash-basierte Storage-Geräte konzipiert und sorgt für eine hohe Performance des Datenzugriffs und -austauschs. Anfragen und Antworten zwischen Rechner und Storage-Gerät werden mithilfe eines nachrichtenbasierten Modells ausgetauscht. Im Vergleich zum direkten Austausch der Nachrichten über den PCIe-Bus steigt die Latenz um einige Mikrosekunden.

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