در دنیای شبکه، پروتکل ها ارتباط بین دستگاه ها و برنامه ها را ممکن می سازند. سه تا از برجسته ترین پروتکل هایی که در حال حاضر استفاده می شوند RoCE، InfiniBand و TCP هستند. هر پروتکل هدف خاصی را دنبال می کند و درک عملکرد آن برای حفظ ارتباط کارآمد بین دستگاه ها بسیار مهم است. این مقاله به نکات فنی، ویژگی‌های کلیدی و کاربردهای این پروتکل‌ها می‌پردازد.
RoCE یا RDMA (دسترسی به حافظه مستقیم از راه دور) از طریق اترنت همگرا، پروتکلی است که امکان انتقال کارآمد داده بین دستگاه های موجود در شبکه را فراهم می کند. این پروتکل از فناوری اترنت استفاده می‌کند و قابلیت‌های RDMA را برای اطمینان از انتقال دادهها با تأخیر کم با حداقل دخالت CPU پیاده‌سازی می‌کند. RoCE به طور گسترده در مراکز داده و محیط های محاسبات ابری استفاده می شود که تاخیر کم و سرعت بالا ضروری است. از ویژگی های کلیدی آن می توان به مدیریت کارآمد حافظه، کنترل ازدحام و پشتیبانی از کیفیت خدمات (QoS) اشاره کرد.
InfiniBand یک پروتکل شبکه با کارایی بالا است که برای محیط های محاسباتی با کارایی بالا مانند ابر رایانه ها و مراکز داده طراحی شده است. این پروتکل انتقال داده با تاخیر کم و با سرعت بالا را ارائه می دهد که می تواند برای سازگاری با طیف گسترده ای از محیط های محاسباتی مقیاس شود. InfiniBand همچنین ویژگی های پیشرفته ای مانند کیفیت خدمات، تشخیص سرور مرده و تشخیص و تصحیح خطا را ارائه می دهد. با توجه به سرعت و مقیاس پذیری بالا، این پروتکل به انتخاب ارجح برای مجازی سازی، محاسبات ابری و برنامه های کاربردی داده های بزرگ تبدیل شده است.
TCP (پروتکل کنترل انتقال) یک پروتکل استاندارد شبکه است که در دستگاه های سراسر جهان استفاده می شود. مسئول انتقال مطمئن بسته های داده از طریق اینترنت است. TCP یک پروتکل اتصال گرا است که تضمین می کند داده ها با دقت و ترتیب صحیح منتقل می شوند. برای اتصال قبل از انتقال داده، از یک فرآیند دست دادن سه طرفه استفاده می کند. از ویژگی های کلیدی آن می توان به کنترل جریان، کنترل تراکم و تشخیص و تصحیح خطا اشاره کرد. TCP به طور گسترده در مرورگرهای وب، سرویس گیرندگان ایمیل و سایر برنامه های معمولی اینترنتی استفاده می شود.
به طور خلاصه، پروتکل های RoCE، InfiniBand و TCP دارای ویژگی های متمایز و موارد استفاده هستند. RoCE برای انتقال کارآمد داده در مراکز داده و محیط های ابری ایده آل است. InfiniBand برای محاسبات با کارایی بالا و برنامه های کاربردی داده های بزرگ طراحی شده است، در حالی که TCP پروتکل قابل اعتماد و پر استفاده برای برنامه های معمولی اینترنتی است. این پروتکل ها می توانند در موارد استفاده خاص مکمل یکدیگر باشند و درک زمان و نحوه استفاده از آنها می تواند کارایی و کارایی محصول یا خدمات را افزایش دهد. ما خوانندگان را تشویق می کنیم که تجربیات و بینش خود را در مورد این پروتکل ها در نظرات زیر به اشتراک بگذارند.
RoCE یک پروتکل RDMA است که در بالای شبکه های اترنت اجرا می شود. اولین بار در سال 2010 با نام RoCE v1 معرفی شد. RoCE v1 از کپسوله سازی UDP/IP برای انتقال داده ها بین نقاط پایانی استفاده می کند. با این حال، RoCE v1 دارای محدودیت‌هایی بود، از جمله عدم کنترل ازدحام و الزامات شبکه اترنت بدون تلفات. در سال 2014، RoCE v2 برای رفع این مشکلات معرفی شد. RoCE v2 از یک روش کپسوله سازی جدید به نام پروتکل استاندارد IETF Layer Security (TLS) استفاده می کند تا کنترل تراکم سرتاسری را فراهم کند و نیاز به شبکه های اترنت بدون تلفات را از بین ببرد. RoCE v2 همچنین از چندپخشی پشتیبانی می کند که ارتباط کارآمدتری را در داخل امکان پذیر می کند مرکز دادهها برنامه های کاربردی.
InfiniBand یک پروتکل شبکه پرسرعت است که برای اولین بار در سال 1999 معرفی شد. این پروتکل برای محاسبات با کارایی بالا (HPC) و برنامه های کاربردی مرکز داده طراحی شده است. InfiniBand در مقایسه با پروتکل های شبکه سنتی، تاخیر بسیار کم، پهنای باند بالا و استفاده کم از CPU را ارائه می دهد. InfiniBand یک معماری پارچه سوئیچ است که به چندین دستگاه امکان می دهد همزمان با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. InfiniBand همچنین ویژگی های کیفیت خدمات (QoS) را ارائه می دهد که طبقات مختلف ترافیک را بر اساس اهمیت آنها اولویت بندی می کند. InfiniBand با آخرین نسخه - InfiniBand HDR - که سرعت انتقال داده تا 200 گیگابیت در ثانیه را ارائه می دهد، به تکامل و بهبود خود ادامه داده است.
RoCE و InfiniBand هر دو پروتکل های شبکه با تأخیر کم برجسته هستند، اما از نظر عملکرد دارای نقاط قوت و محدودیت های متفاوتی هستند. RoCE در شبکه های مبتنی بر اترنت عملکرد فوق العاده ای دارد و امکان دسترسی مستقیم به حافظه از راه دور (RDMA) را فراهم می کند. در مقابل، InfiniBand به دلیل تأخیر بسیار کم و قابلیت‌های پهنای باند بالا شناخته می‌شود و نرخ‌های انتقال داده عالی‌تری نسبت به RoCE ارائه می‌دهد. علاوه بر این، InfiniBand دارای مسیریابی تطبیقی است که آن را برای سیستم‌های مقیاس بزرگ که به تحمل خطا و ارتباطات پرسرعت نیاز دارند، ایده‌آل می‌کند.
دسترسی و قابلیت استفاده در هنگام انتخاب پروتکل مورد استفاده، ملاحظات ضروری هستند، زیرا ممکن است برخی از آنها در دسترس‌تر و آسان‌تر از سایرین باشند. RoCE با زیرساخت سنتی اترنت سازگار است و آن را به گزینه ای در دسترس برای بسیاری از کاربران تبدیل می کند. همچنین نیازی به سخت افزار تخصصی ندارد و پیاده سازی آن در برنامه های خاص را آسان تر می کند. از سوی دیگر، InfiniBand برای پشتیبانی از پروتکل به سخت افزار خاصی نیاز دارد، به این معنی که ممکن است برای برخی از کاربران کمتر در دسترس باشد و هزینه بیشتری داشته باشد.
دسترسی مستقیم به حافظه از راه دور (RDMA) پروتکلی است که داده ها را بین حافظه رایانه بدون دخالت واحد پردازش مرکزی (CPU) منتقل می کند. برخلاف TCP که به پردازش و سربار حافظه قابل توجهی نیاز دارد، RDMA با دور زدن هسته سیستم عامل تاخیر شبکه را کاهش می دهد و اجازه می دهد داده ها مستقیماً از حافظه خوانده و نوشته شوند. RDMA به ویژه در محیط‌های محاسباتی با کارایی بالا که ارتباطات با تأخیر کم ضروری است، مفید است. با این حال، پیاده‌سازی RDMA به سخت‌افزار و نرم‌افزار تخصصی نیاز دارد و اغلب به برنامه‌های خاص یا خوشه‌های با کارایی بالا محدود می‌شود.
اگرچه RDMA یک پروتکل بسیار کارآمد است، TCP هنوز در سناریوهای خاص دارای مزایای قابل توجهی است. TCP برای شبکه های گسترده (WAN) مناسب تر است، جایی که فاصله بین دستگاه ها می تواند باعث تأخیر و از دست دادن بسته شود. الگوریتم های کنترل تراکم TCP به آن اجازه می دهد تا با شرایط مختلف شبکه سازگار شود و از تحویل داده های قابل اعتماد حتی در اتصالات با تأخیر بالا یا تاخیر متغیر اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، TCP را می توان به صورت جهانی در هر دستگاهی که از شبکه IP پشتیبانی می کند، پیاده سازی کرد و آن را نسبت به RDMA همه کاره تر می کند.
یکی از حوزه‌هایی که تطبیق‌پذیری TCP ابزاری است، در محیط‌های ذخیره‌سازی توزیع‌شده است، جایی که دادهها در چندین گره از طریق شبکه پخش می‌شوند. معماری‌های ذخیره‌سازی توزیع‌شده معمولاً از TCP استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که دادهها بدون توجه به فاصله یا تأخیر به طور قابل اعتماد در سراسر وب منتقل می‌شوند. مکانیسم های کنترل تراکم TCP آن را قادر می سازد تا با شرایط مختلف شبکه کنار بیاید و اطمینان حاصل کند که انتقال داده ها باعث تراکم شبکه نمی شود. علاوه بر این، توانایی TCP برای مدیریت ارسال مجدد و اطمینان از تحویل قابل اعتماد داده در حفظ یکپارچگی و انعطاف پذیری داده ها در سیستم های ذخیره سازی توزیع شده بسیار مهم است.
در محیط های ذخیره سازی توزیع شده، RoCE در مقایسه با شبکه های اترنت سنتی، تاخیر کمتر و توان عملیاتی بالاتری را ارائه می دهد. RoCE انتقال داده ها را از CPU تخلیه می کند، سربار انتقال داده را کاهش می دهد و در نتیجه دسترسی سریعتر به داده ها را به همراه دارد. علاوه بر این، RoCE می‌تواند با زیرساخت‌های اترنت موجود استفاده شود و ارتقاء قابلیت‌های شبکه خود را برای سازمان‌ها مقرون‌به‌صرفه می‌سازد. از سوی دیگر، InfiniBand یک ابزار هدفمند است فناوری شبکه که عملکرد و مقیاس پذیری بی نظیری را ارائه می دهد. پهنای باند بالا و تأخیر کم را فراهم می کند و از ذخیره سازی اطمینان می دهد شبکه به یک گلوگاه در دسترسی به داده تبدیل نمی شود.
انتخاب پروتکل شبکه می تواند به طور قابل توجهی بر عملکرد ذخیره سازی توزیع شده تأثیر بگذارد. RoCE و InfiniBand مزایای قابل توجهی دارند اما نقاط قوت و محدودیت های متفاوتی دارند. RoCE برای استقرار در مقیاس کوچک تا متوسط که نیاز به عملکرد بالا بدون تغییر زیرساخت شبکه موجود دارد، عالی است. InfiniBand برای استقرارهای بزرگتر که به محاسبات با کارایی بالا نیاز دارند، مانند محاسبات علمی، رایانش ابری یا خدمات مالی، ایده آل است. انتخاب پروتکل شبکه به محیط ذخیره سازی خاص و نیازهای حجم کاری بستگی دارد.
RoCE یک پروتکل شبکه ای است که دسترسی مستقیم به حافظه (DMA) را از طریق شبکه های اترنت موجود امکان پذیر می کند. RoCE روی سخت افزار استاندارد اترنت کار می کند و از همان آداپتور شبکه، درایور و پشته نرم افزاری TCP/IP استفاده می کند. مزایای RoCE تاخیر کم، پهنای باند بالا و حداقل استفاده از CPU است. RoCE در سناریوهایی که نیاز به عملکرد بالا دارند، مانند سیستم های معاملات مالی، تجزیه و تحلیل داده های بزرگ و محیط های محاسباتی با عملکرد بالا (HPC) استفاده می شود. با این حال، RoCE به آداپتورهای شبکه، سوئیچ‌ها و کابل‌کشی تخصصی نیاز دارد و پیکربندی آن می‌تواند چالش برانگیز باشد.
InfiniBand یک پروتکل شبکه پرسرعت است که برای برنامه های محاسباتی با کارایی بالا طراحی شده است. InfiniBand پهنای باند بالا، تأخیر کم و استفاده کم از CPU را ارائه می‌کند و آن را برای برنامه‌هایی که به انتقال داده‌های فوق سریع و تأخیر بسیار کم نیاز دارند، ایده‌آل می‌کند. InfiniBand در سناریوهایی مانند محاسبات علمی، یادگیری ماشینی و سیستم های معاملات مالی استفاده می شود. اشکالات InfiniBand این است که به سخت افزار و کابل کشی تخصصی نیاز دارد که استقرار آن می تواند پرهزینه و پیچیده باشد.
TCP یک پروتکل پرکاربرد است که ستون فقرات اینترنت است. TCP یک تحویل مطمئن، سفارشی و با خطای بررسی بسته های داده بین برنامه ها را فراهم می کند. مزایای TCP گسترش گسترده و سازگاری آن با انواع سخت افزارهای شبکه است. TCP در همه جا استفاده می شود، از مرور وب و ایمیل گرفته تا انتقال فایل و پخش ویدئو. با این حال، TCP نسبت به RoCE و InfiniBand تأخیر بالاتر و پهنای باند کمتری دارد که آن را برای برنامه های کاربردی با کارایی بالا کمتر مناسب می کند.
هنگام انتخاب پروتکل برای شبکه های مرکز داده، متخصصان فناوری اطلاعات باید عواملی مانند قابلیت اطمینان، سرعت، استفاده از CPU، سازگاری و هزینه را در نظر بگیرند. RoCE و InfiniBand بالاترین عملکرد را ارائه می دهند، اما به سخت افزار تخصصی نیاز دارند و می توانند چالش برانگیزتر باشند. TCP به طور گسترده سازگار است اما عملکرد پایین تری نسبت به RoCE و InfiniBand دارد. در نهایت، انتخاب پروتکل به نیازها و بودجه خاص سازمان بستگی دارد.
با نگاهی به آینده پروتکل های شبکه مرکز داده، می توان انتظار پیشرفت های مداوم در عملکرد و سازگاری را داشت. پروتکل‌های جدیدی مانند NVMe over Fabric (NVMe-oF) و مرکز داده TCP (DCTCP) در حال ظهور هستند، و ما می‌توانیم انتظار داشته باشیم که پذیرش گسترده‌تری از این پروتکل‌ها را به دلیل گسترش و آزمایش بیشتر مشاهده کنیم. متخصصان فناوری اطلاعات باید در جریان این پیشرفت‌ها قرار بگیرند و به دقت ارزیابی کنند که کدام پروتکل‌ها با نیازهای سازمانشان مطابقت دارند. با وجود پروتکل مناسب، سازمان‌ها می‌توانند از قدرت کامل شبکه‌های مرکز داده خود بهره ببرند و به آنها امکان می‌دهد از رقبا جلوتر بمانند و نیازهای مشتریان خود را برآورده کنند.
A: RoCE (RDMA از طریق اترنت همگرا) و InfiniBand پروتکل های با کارایی بالا هستند که در شبکه های ذخیره سازی توزیع شده استفاده می شوند. TCP (پروتکل کنترل انتقال) یک پروتکل شبکه استاندارد است که در شبکه های سنتی استفاده می شود. تفاوت اصلی در فناوری های اساسی و قابلیت های عملکرد آنها نهفته است.
پاسخ: RoCEv2 نسخه دوم پروتکل RoCE است. این یک پروتکل اینترنتی است که دسترسی مستقیم به حافظه از راه دور (RDMA) را از طریق شبکه های اترنت امکان پذیر می کند. RoCEv2 عملکرد بهبود یافته و ویژگی های اضافی را در مقایسه با نسل قبلی خود، RoCEv1 ارائه می دهد.
پاسخ: InfiniBand یک معماری ورودی/خروجی و پروتکل شبکه با سرعت بالا است که در درجه اول برای مراکز داده و محاسبات با کارایی بالا طراحی شده است. این ارتباط با تاخیر کم و پهنای باند بالا را بین سرورها، دستگاه های ذخیره سازی و سایر سیستم های شبکه ای فراهم می کند.
پاسخ: IWARP (پروتکل اینترنت گسترده RDMA) پروتکلی است که RDMA را روی شبکه های سنتی TCP/IP فعال می کند. این امکان انتقال کارآمد داده و ارتباطات کم تاخیر را در فواصل طولانی فراهم می کند و آن را برای شبکه های گسترده مناسب می کند.
پاسخ: RoCEv1 یک پروتکل لایه پیوند اترنت است که RDMA را روی شبکه های اترنت فعال می کند. از زیرساخت های اترنت موجود استفاده می کند و ادغام با تنظیمات شبکه موجود را آسان تر می کند.
پاسخ: InfiniBand یک فناوری شبکه اختصاصی است که به طور خاص برای محاسبات با کارایی بالا طراحی شده است، در حالی که RoCE پروتکلی است که به RDMA روی شبکه های اترنت سنتی اجازه می دهد. InfiniBand پهنای باند بالاتر و تاخیر کمتری را در مقایسه با RoCE ارائه می دهد.
پاسخ: RDMA (دسترسی به حافظه مستقیم از راه دور) امکان انتقال کارآمد داده بین سیستم ها را بدون دخالت CPU فراهم می کند. این منجر به تاخیر کمتر، کاهش استفاده از CPU و توان عملیاتی بیشتر شبکه می شود. RDMA می‌تواند عملکرد برنامه‌هایی را که به انتقال داده‌های سریع و کم تأخیر نیاز دارند، بهبود بخشد.
پاسخ: سه نوع فناوری RDMA عبارتند از InfiniBand، RoCE و iWARP. InfiniBand یک فناوری شبکه اختصاصی است، در حالی که RoCE و iWARP RDMA را به ترتیب از طریق شبکه های اترنت و TCP/IP فعال می کنند.
پاسخ: RoCEv1 یک پروتکل لایه پیوند اترنت است که RDMA را روی شبکه های اترنت فعال می کند.
پاسخ: RoCEv2 یک پروتکل اینترنتی است که RDMA را از طریق شبکه های اترنت فعال می کند.
