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La llegada de NVMe sobre TCP revoluciona la arquitectura de redes de datos ethernet

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El protocolo y estándar NVMe ha revolucionado el almacenamiento de estado sólido, incrementando la velocidad de acceso a los datos en los discos SSD. Y, con la extensión de sus capacidades a través de protocolos de red como TCP, este rendimiento se está trasladando fuera de las plataformas de almacenamiento, acelerando las aplicaciones hasta un nuevo nivel.

En noviembre de 2018 se lanzó la actualización del protocolo NVMe que introdujo la compatibilidad con el protocolo de red TCP, utilizado ampliamente para conectar los equipos a través de las redes de datos. Este avance supone una verdadera revolución que reconfigurará la arquitectura de redes ethernet, acelerando al máximo el acceso a los datos alojados en plataformas de almacenamiento de estado sólido NVMe. Las implicaciones de este avance son mucho mayore que los anteriores avances en interfaces de red presentados por los desarrolladores de NVMe. Es cierto que ya se podía emplear almacenamiento SSD NVMe a través de protocolos de red como RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE), pero esta tecnología realmente no se emplea en tantos sistemas, y su impacto en la industria en general es poco significativo.

Pero con la introducción de la compatibilidad con el protocolo TCP, los ingenieros de TI ahora tienen la posibilidad de implementar almacenamiento NVMe de alto rendimiento en sus redes de datos ethernet preexistentes, con una mínima actualización, y utilizando un protocolo ampliamente extendido, comprendido y fácil de implementar. Es cierto que al utilizar NVMe sobre TCP existe más latencia que con arquitecturas basadas en RoCE, debido a la latencia nominal de TCP, pero el gran rendimiento que ofrece el almacenamiento SSD NVMe supondrá en cualquier caso una gran mejora para las aplicaciones, comparándolo con las redes de almacenamiento basadas en SCSi o Fibre Channel.

Con estas importantes ventajas a la vista, las empresas que quieran aprovechar todo el potencial de este tipo de almacenamiento en red deben considerar algunos aspectos importantes en la arquitectura de sus redes ethernet. Hasta ahora, para manejar los picos de carga de trabajo en el acceso al almacenamiento, las redes ethernet convencionales se configuran con un búfer en los conmutadores de red. Pero este búfer introduce latencia adicional que puede afectar al rendimiento del almacenamiento NVMe. Por ello, los arquitectos de redes deben equilibrar con cuidado el tamaño del búfer en los conmutadores, teniendo en cuenta las características y la escala del almacenamiento SSD que vayan a implementar.

Otra cuestión a tener en cuenta es que el almacenamiento NVMe puede soportar un gran número de colas (hasta 64.000), y cada cola abierta por NVMe inicia una sesión de TCP. Con tal cantidad de colas, se puede congestionar excesivamente algún punto de la red, produciendo lo que se denomina “colapso incast”, cerrando todas las sesiones a la vez y generando más latencia en la red. Este problema apenas se da en las arquitecturas de red tradicionales, pero con NVMe sobre TCP se incrementa la posibilidad de que se produzcan estos problemas, y los ingenieros deben tener esto en cuenta a la hora de diseñar el esquema de la red, tanto a nivel físico como de administración.

Al igual que la llegada del almacenamiento de estado sólido reveló cuellos de botella “desconocidos” en el SO y los protocolos de las plataformas de almacenamiento, la llegada de NVMe sobre TCP está mostrando la existencia de ciertas debilidades en las arquitecturas de redes de almacenamiento, que pueden generar nuevos cuellos de botella. Por ello, las empresas interesadas en crear estas redes basándose en el almacenamiento SSD NVMe a través de redes ethernet TCP deben analizar con cuidado los puntos más débiles de sus redes y encontrar soluciones que permitan aprovechar al máximo las capacidades del almacenamiento de estado sólido de última generación. Por su parte, los desarrolladores del ecosistema NVMe también están trabajando par ampliar sus posibilidades de integración y para mejorar los puntos flacos de esta interfaz, con el fin de acelerar al máximo el acceso a los datos en todos los entornos.

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