InfiniBand is een high-speed netwerk- en input/output (I/O)-technologie die eind jaren negentig is ontwikkeld als opvolger van eerdere verbindingstechnologieën zoals PCI en SCSI. Het is ontworpen om de beperkingen van deze technologieën te overwinnen en een efficiëntere, schaalbare en low-latency fabric te bieden voor het verbinden van servers, opslagsystemen en andere computerapparatuur in datacenters en high-performance computing (HPC)-omgevingen.
InfiniBand is een geschakelde fabric-architectuur die gebruikmaakt van een point-to-point-link tussen apparaten, waardoor een hoge bandbreedte en lage latentie mogelijk is. Het maakt gebruik van een op kanalen gebaseerde benadering van gegevensoverdracht waarbij gegevens worden opgesplitst in kleinere pakketten die "datapakketten" worden genoemd en via de structuur worden overgedragen. De architectuur maakt ook parallelle verwerking mogelijk, waarbij meerdere datapakketten tegelijkertijd kunnen worden verzonden, wat resulteert in hogere prestaties.
InfiniBand biedt verschillende voordelen ten opzichte van traditionele netwerktechnologieën zoals Ethernet. Ten eerste levert het aanzienlijk hogere bandbreedtes, met momenteel beschikbare snelheden tot 200 Gb/s. Bovendien heeft InfiniBand een veel lagere latentie dan Ethernet, waardoor het ideaal is voor high-performance computing-workloads waarbij gegevens snel moeten worden verwerkt.
Een ander voordeel van InfiniBand is de schaalbaarheid – het ondersteunt tienduizenden nodes in één fabric – waardoor het een ideale keuze is voor grote datacenteromgevingen. Het biedt ook een hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid door zijn redundante mesh-topologie, die ervoor zorgt dat de fabric zelfs bij verbindingsproblemen actief blijft.
Aanbevolen literatuur: Wat is een datacenternetwerk? Hoe een datacenternetwerk te beheren
De InfiniBand-netwerkarchitectuur bestaat uit verschillende lagen, die elk specifieke functies uitvoeren om een efficiënte gegevensoverdracht over de structuur te garanderen. Deze lagen omvatten:
Fysieke laag: deze laag zorgt voor de fysieke verbinding tussen apparaten en zorgt ervoor dat gegevens correct worden verzonden en ontvangen.
Datalinklaag: Deze laag zorgt voor een betrouwbare gegevensoverdracht met behulp van bevestigingen en controlesommen om fouten te detecteren en te corrigeren. Het beheert ook de stroomcontrole om ervoor te zorgen dat gegevens met een geschikte snelheid worden verzonden.
Netwerklaag: Deze laag zorgt voor routering van datapakketten door de structuur en beheer van verkeer en congestiecontrole.
Transportlaag: deze laag zorgt voor een betrouwbare end-to-end levering van gegevens en zorgt ervoor dat gegevens in de juiste volgorde worden afgeleverd.
InfiniBand-switches en -adapters zijn essentiële onderdelen van een InfiniBand-netwerk. InfiniBand-switches worden gebruikt om gegevens tussen apparaten in de structuur te routeren, en ze hebben doorgaans meerdere poorten waarmee meerdere apparaten op het materiaal kunnen worden aangesloten. InfiniBand-adapters daarentegen worden geïnstalleerd in server- of opslagsystemen om connectiviteit met de InfiniBand-structuur te bieden.
Deze schakelaars en adapters zijn speciaal ontworpen voor InfiniBand. Ze zijn geoptimaliseerd voor gegevensoverdracht met lage latentie en hoge bandbreedte, waardoor ze zeer geschikt zijn voor HPC-omgevingen en andere gegevensintensieve toepassingen.
InfiniBand is een gestandaardiseerde technologie waarbij verschillende brancheorganisaties betrokken zijn bij de ontwikkeling en het onderhoud ervan. De InfiniBand Trade Association (IBTA) houdt toezicht op de ontwikkeling van de InfiniBand-specificatie en zorgt ervoor dat deze up-to-date blijft met de nieuwste technologische ontwikkelingen. De IBTA beheert ook het testprogramma voor interoperabiliteit, dat verifieert dat InfiniBand-producten van verschillende leveranciers kunnen samenwerken in één enkele structuur.
InfiniBand is momenteel beschikbaar in verschillende versies, waaronder InfiniBand Single Data Rate (SDR), Double Data Rate (DDR), Quad Data Rate (QDR) en Eight Data Rate (EDR). Elke iteratie heeft verbeteringen in bandbreedte, latentie en andere prestatiestatistieken opgeleverd, waardoor InfiniBand een steeds aantrekkelijkere optie wordt voor datacenter- en HPC-omgevingen.
Ethernet is een veelgebruikte technologie voor lokale netwerken (LAN's). Ethernet is een systeem van bedrading en dataprotocollen dat een consistente en betrouwbare methode biedt voor het verzenden van datapakketten tussen aangesloten apparaten. Het maakt gebruik van een Physical Layer (PHY) en Media Access Control (MAC) protocol om informatie te verzenden via koperen of optische kabels in een stervormige topologie. Ethernet wordt in bijna alle branches gebruikt, van kleine toepassingen tot grootschalige netwerken.
Het eerste Ethernet-systeem werd in 1973 uitgevonden door Bob Metcalfe in het Palo Alto Research Center van Xerox. Het originele Ethernet-protocol van Metcalfe, 10Base5, is ontworpen voor een verbinding van 10 Mbps via een dikke coaxkabel. Ethernet-technologie is in de loop der jaren geëvolueerd en er zijn momenteel veel andere opties met hogere snelheden, waaronder 40 GB, 100 GB en 400 GB Ethernet.
Ethernet-pakketten bestaan uit een header en een datalading. De titel bevat de bron- en bestemmingsadressen, terwijl de gegevenslading de verzonden informatie bevat. MAC-adressen kennen elk apparaat dat op een netwerk is aangesloten een unieke identificatie toe, die vervolgens wordt gebruikt om een verbinding tot stand te brengen.
Ethernet-technologie biedt veel voordelen ten opzichte van andere netwerktechnologieën, waaronder:
Kostenbesparend: Ethernet zorgt voor goedkope implementatie en onderhoud van netwerken.
Schaalbaarheid: Ethernet-systemen zijn schaalbaar en kunnen eenvoudig worden geüpgraded naarmate de behoefte aan bandbreedte toeneemt.
Betrouwbaarheid: Ethernet heeft bewezen zeer betrouwbaar te zijn, met een zeer hoge uptime en lage foutpercentages.
Beveiliging: op Ethernet gebaseerde netwerken bieden een hogere bescherming dan andere netwerktechnologieën dankzij verschillende beveiligingsfuncties.
Compatibiliteit: Ethernet-technologie is compatibel met verschillende apparaten, waardoor het een ideale oplossing is voor gedeelde netwerken.
Ethernet-netwerken zijn ontworpen rond een hub-en-spoke-architectuur die switches, routers en seats gebruikt om apparaten in een stervormige topologie met elkaar te verbinden. De Ethernet-architectuur zorgt ervoor dat datapakketten nauwkeurig worden verzonden en ontvangen tussen aangesloten apparaten.
Ethernet-switches en -adapters zijn essentieel in de Ethernet-netwerkarchitectuur en bieden connectiviteit tussen apparaten. Ethernet-switches verbinden meerdere apparaten om een netwerk te vormen. Ze verminderen gegevensbotsingen en helpen netwerkcongestie te voorkomen. Ethernet-adapters (ook wel Network Interface Cards of NIC's genoemd) zijn apparaten die worden gebruikt om computers en andere apparaten op een Ethernet-netwerk aan te sluiten. Ze vertalen het digitale signaal in een elektrisch signaal dat over het web kan worden verzonden.
Ethernet-protocol is de regels en procedures voor communicatie via Ethernet-netwerken. Ethernet-communicatie is gebaseerd op IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802.3 Ethernet-netwerkstandaarden. De IEEE biedt een raamwerk voor het ontwikkelen van specificaties voor Ethernet-protocol en interfacehardware. Het resultaat van Ethernet-standaarden zorgt ervoor dat netwerkapparatuur en apparaten van verschillende fabrikanten kunnen communiceren.
De nieuwste ontwikkeling in Ethernet-technologie staat bekend als de 25 Gigabit Ethernet (25GbE). Deze technologie maakt gebruik van een enkele verbinding om gegevens over te dragen met 25 gigabit per seconde (Gbps). Het is ontworpen om datacenteromgevingen van de volgende generatie te ondersteunen met steeds hogere eisen aan bandbreedte.
Ethernet-technologie is enorm geëvolueerd sinds het begin, van 10 Mbps Ethernet in de vroege jaren 1980 tot 400 GB Ethernet, de nieuwste iteratie. Met zijn robuuste en schaalbare architectuur vormt Ethernet de ruggengraat van de meeste netwerken, waardoor snelle, betrouwbare en economische communicatie mogelijk wordt.
InfiniBand en Ethernet zijn twee geavanceerde netwerktechnologieën die veel worden gebruikt in de computerindustrie. InfiniBand is een high-speed, low-latency interconnect-technologie voor serverclusters, datacenters en krachtige computeromgevingen. Aan de andere kant is Ethernet een veelgebruikt netwerkprotocol dat veel toepassingen ondersteunt, waaronder thuis- en kantoornetwerken, netwerkopslag en datacenternetwerken.
Bij het vergelijken van InfiniBand en Ethernet is latentie een van de belangrijkste verschillen tussen de twee technologieën. Latentie verwijst naar de tijd die gegevens afleggen van een zender naar een ontvanger binnen een netwerk. InfiniBand heeft de laagste latentie van alle beschikbare interconnect-technologieën, met latenties van twee tot tien microseconden. Ethernet heeft een hogere latentie, met retourvertragingen variërend van 20 tot 200 microseconden.
InfiniBand heeft ook een aanzienlijk prestatievoordeel ten opzichte van Ethernet. InfiniBand kan hogere gegevensoverdrachtssnelheden tot 200 Gb/s leveren, terwijl de snelste Ethernet Ethernet-snelheid die momenteel beschikbaar is 100 Gb/s is. Bovendien ondersteunt InfiniBand Remote Direct Memory Access (RDMA), waarmee gegevens rechtstreeks tussen het geheugen van servers kunnen worden overgedragen zonder tussenkomst van de CPU. Dit elimineert de noodzaak voor netwerkprotocolverwerking en leidt tot hogere prestaties. Ethernet ondersteunt geen RDMA en vertrouwt op de betrokkenheid van de CPU bij gegevensoverdracht, wat leidt tot lagere prestatieniveaus.
Schaalbaarheid is een andere cruciale factor bij het vergelijken van InfiniBand en Ethernet. InfiniBand is zeer schaalbaar, waardoor het een ideale keuze is voor grote serverclusters en krachtige computertoepassingen. De schaalbaarheid van InfiniBand wordt bereikt met behulp van een op switch gebaseerde fabric-architectuur die miljoenen knooppunten kan ondersteunen, waardoor het naadloos kan worden geschaald naarmate het netwerk groeit. Aan de andere kant heeft Ethernet inherente schaalbaarheidsbeperkingen vanwege de aard van het gedeelde medium. Als gevolg hiervan is Ethernet het meest geschikt voor kleinere netwerken en kunnen de prestaties afnemen naarmate het internet groter wordt.
InfiniBand en Ethernet worden in verschillende toepassingen gebruikt, afhankelijk van hun unieke voordelen. InfiniBand is ideaal voor high-performance computer- en datacentertoepassingen die een lage latentie en connectiviteit met hoge bandbreedte vereisen, zoals wetenschappelijke simulaties, genoomsequencing en financiële analyse. Ethernet wordt vaak gebruikt in kantoor- en thuisnetwerken, netwerkopslagsystemen en internetverbindingen. Ethernet is ook zeer geschikt voor kleinschalige datacentertoepassingen die geen krachtige connectiviteit vereisen.
In de afgelopen jaren is de trend in de serverindustrie geweest om Ethernet te gebruiken, dat op grotere schaal wordt toegepast en betrouwbaar is gebleken in verschillende toepassingen. InfiniBand daarentegen wordt voornamelijk gebruikt in gespecialiseerde toepassingen die hoge prestaties en lage latentie vereisen. InfiniBand ziet echter hernieuwde belangstelling vanwege de opkomst van nieuwe AI/ML-toepassingen en de vraag naar krachtigere computers. De toekomst van InfiniBand en Ethernet zal waarschijnlijk worden beïnvloed door deze en andere opkomende toepassingen, evenals door de ontwikkeling van nieuwe technologieën, zoals het gebruik van Light Peak-technologie, die Ethernet kan voorzien van verhoogde bandbreedteniveaus tot 800 Gb/ S.
Aanbevolen literatuur: Datacenter netwerkarchitectuur
Kunstmatige intelligentie (AI) is de afgelopen jaren een steeds belangrijker aspect geworden van datacenternetwerken. Terwijl Ethernet lange tijd de standaard is geweest voor netwerken in datacenters, is InfiniBand naar voren gekomen als een krachtig, bijzonder geschikt alternatief voor high-performance computing (HPC) en AI-workloads.
InfiniBand is een snelle netwerktechnologie die oorspronkelijk is ontworpen voor HPC-clusters. Het is de afgelopen jaren steeds populairder geworden voor AI-workloads vanwege de mogelijkheden met lage latentie en hoge bandbreedte. InfiniBand is bijzonder geschikt voor parallel computing, een essentieel onderdeel van HPC- en AI-workloads.
Ethernet is de traditionele netwerktechnologie die wordt gebruikt in datacenters. Het is een goedkope technologie met hoge bandbreedte die op grote schaal wordt toegepast in bedrijfsomgevingen. Ethernet werkt langzamer dan InfiniBand, maar kan nog steeds de meeste datacenterworkloads aan.
De netwerkarchitectuur van datacenters bestaat doorgaans uit een kern-, distributie- en toegangslaag. De kernlaag biedt snelle connectiviteit voor alle apparaten in het datacenter, terwijl de distributielaag zorgt voor connectiviteit tussen de kern- en toegangslagen. De toegangslaag is waar eindgebruikersapparaten verbinding maken met het netwerk. Ethernet wordt veel gebruikt in alle lagen van de netwerkarchitectuur van datacenters.
Als het gaat om HPC-workloads, heeft InfiniBand verschillende voordelen ten opzichte van Ethernet. Eerst en vooral biedt InfiniBand een veel lagere latentie dan Ethernet. Dit is essentieel voor HPC-workloads die snelle communicatie tussen knooppunten vereisen. InfiniBand biedt ook een hogere bandbreedte dan Ethernet, waardoor het zeer geschikt is voor HPC-toepassingen waarbij grote hoeveelheden gegevens tussen knooppunten moeten worden overgedragen.
AI-workloads zijn afhankelijk van krachtige computerbronnen om grote hoeveelheden gegevens snel en nauwkeurig te verwerken. InfiniBand is met name geschikt voor AI-workloads vanwege de lage latentie en hoge bandbreedtemogelijkheden. Het maakt de snelle overdracht van grote hoeveelheden gegevens tussen knooppunten in een cluster mogelijk, wat essentieel is voor AI-modellen die gedistribueerd computergebruik vereisen.
InfiniBand HDR (High Data Rate) is de nieuwste versie van InfiniBand-technologie en biedt veel hogere snelheden dan zijn voorganger. HDR biedt een snelheid tot 200 Gbps per poort, waardoor het een ideale keuze is voor AI-workloads die een hoge bandbreedte en lage latentie vereisen. 200G InfiniBand is een nieuwe technologie die voortbouwt op de mogelijkheden van HDR en nog hogere snelheden en lagere latenties biedt voor AI- en HPC-workloads.
Aanbevolen literatuur: InfiniBand begrijpen: een uitgebreide gids
Netwerkprotocollen en adapters maken effectieve communicatie en gegevensoverdracht over complexe netwerken mogelijk. In het geval van InfiniBand zijn netwerkadapters verantwoordelijk voor snelle verbindingen tussen de server en de netwerkstructuur. De InfiniBand-architectuur ondersteunt een reeks adaptertechnologieën, waaronder host channel adapters (HCA's), target channel adapters (TCA's) en switch channel adapters (SCA's). Elk van deze adaptertypes speelt een unieke rol bij het faciliteren van communicatie en gegevensoverdracht tussen verschillende componenten binnen het netwerk.
Evenzo functioneren netwerkadapters in Ethernet als de interface tussen het netwerk en het computersysteem. Ethernet-adapters, ook wel netwerkinterfacekaarten (NIC's) genoemd, bieden connectiviteit tussen de server en de netwerkinfrastructuur en ondersteunen snelle gegevensoverdracht. Ethernet-adapters zijn er in verschillende vormen, waaronder op koper gebaseerd, op glasvezel gebaseerd en draadloos, en bieden meerdere bandbreedte-opties.
InfiniBand en Ethernet maken gebruik van netwerkprotocollen om tegemoet te komen aan hun unieke toepassingsvereisten. InfiniBand maakt gebruik van een high-speed protocol met lage latentie, de InfiniBand-architectuur (IBA). De IBA is bedoeld om bulkgegevens efficiënt te verzenden, waardoor het een ideale keuze is voor HPC-omgevingen die communicatie met hoge snelheid en lage latentie vereisen.
Aan de andere kant maakt Ethernet gebruik van de Transmission Control Protocol (TCP)/Internet Protocol (IP) suite om netwerkconnectiviteit en gegevensoverdracht te bieden. TCP/IP is een algemeen geaccepteerd protocol dat compatibel is met verschillende toepassingsomgevingen. Ethernet ondersteunt ook protocollen zoals het User Datagram Protocol (UDP) en Internet Protocol Security (IPSec).
Ethernet-switches en InfiniBand-switches zijn netwerkapparaten die communicatie mogelijk maken tussen computerbronnen, opslagsystemen en andere netwerkcomponenten. Hoewel beide switches dezelfde fundamentele taak uitvoeren, verschillen hun onderliggende architecturen en functionaliteit aanzienlijk.
Ethernet-switches zijn ontworpen om connectiviteit te bieden met apparaten en servers van eindgebruikers, waardoor ze ideaal zijn voor netwerken op bedrijfsniveau. Ethernet-switches werken op de netwerklaag van het OSI-model, wat betekent dat ze IP-gebaseerde protocollen gebruiken om communicatie tussen netwerkapparaten tot stand te brengen.
InfiniBand-switches daarentegen zijn ontworpen om high-performance, low-latency connectiviteit tussen HPC-clusters te bieden, waardoor ze ideaal zijn voor datacenter- en supercomputing-omgevingen. InfiniBand-switches werken op de datalinklaag van het OSI-model, wat betekent dat ze een lager protocol gebruiken dan Ethernet-switches. Hierdoor kunnen ze hogere transmissiesnelheden en lagere latenties bieden dan Ethernet-switches.
InfiniBand ondersteunt een reeks netwerkadaptertechnologieën, die elk een unieke rol spelen bij het ondersteunen van snelle en efficiënte communicatie tussen netwerkcomponenten. Host Channel Adapters (HCA's) verbinden servers via het InfiniBand-netwerk PCIe interfaces. Target Channel Adapters (TCA's) bieden connectiviteit met opslagapparaten, terwijl Switch Channel Adapters (SCA's) switches en routers met het netwerk verbinden.
InfiniBand ondersteunt ook Remote Direct Memory Access (RDMA), een technologie waarmee netwerktoepassingen toegang hebben tot gegevens op externe opslagapparaten zonder de protocolstack van het besturingssysteem te doorlopen. RDMA maakt een snellere gegevensoverdracht mogelijk en vermindert de CPU-overhead, waardoor het een integraal onderdeel is van de krachtige architectuur van InfiniBand.
De voordelen van InfiniBand en Ethernet als verbindingstechnologieën zijn sterk afhankelijk van de toepassingsomgeving waarin ze worden gebruikt. De low-latency, high-speed architectuur van InfiniBand is ideaal voor datacenter- en HPC-toepassingen die snelle, efficiënte communicatie tussen veel computerelementen vereisen.
Het alomtegenwoordige karakter van Ethernet maakt het daarentegen de voorkeurskeuze voor de meeste netwerkomgevingen op bedrijfsniveau. De flexibiliteit en schaalbaarheid van Ethernet maken het tot een ideale keuze voor cloud-gebaseerde applicaties en datacenterinfrastructuren die een scala aan workloads balanceren.
Naarmate de vraag naar datatransmissie met hoge snelheid blijft stijgen, wordt vooruitgang in netwerkverbindingstechnologie steeds noodzakelijker. De opkomst van nieuwe protocollen, zoals Ethernet's 400 Gigabit Ethernet (GbE), zorgt voor hogere doorvoersnelheden dan ooit, wat resulteert in enorme verbeteringen in de efficiëntie en verwerkingskracht van het datacenter.
Aanbevolen literatuur: EPON, een Ethernet-toegangstechnologie voor lange afstanden op basis van een glasvezeltransportnetwerk
A: InfiniBand en Ethernet zijn netwerktechnologieën, maar hebben enkele belangrijke verschillen. Hoewel Ethernet een veelgebruikte netwerkstandaard is die al lang bestaat, is InfiniBand een snelle netwerktechnologie die speciaal is ontworpen om communicatie met lage latentie en hoge bandbreedte te bieden.
A: InfiniBand kan aanzienlijk hogere snelheden bieden in vergelijking met traditioneel Ethernet. Hoewel Ethernet doorgaans werkt met snelheden van 1 Gbps, 10 Gbps of 100 Gbps, kan InfiniBand tot 200 Gbps of zelfs hogere snelheden bieden.
A: InfiniBand heeft verschillende voordelen ten opzichte van Ethernet. Het biedt een lagere latentie, hogere bandbreedte en betere schaalbaarheid, waardoor het geschikt is voor high-performance computeromgevingen. InfiniBand ondersteunt ook externe directe geheugentoegang (RDMA), waardoor gegevens tussen systemen kunnen worden overgedragen zonder tussenkomst van de CPU.
A: Ja, InfiniBand is een open standaard. Het wordt ontwikkeld en onderhouden door de InfiniBand Trade Association (IBTA), die bedrijven uit de technologie-industrie omvat.
A: Ja, InfiniBand en Ethernet kunnen naast elkaar bestaan in hetzelfde netwerk. Veel moderne datacenters gebruiken beide technologieën om de prestaties te optimaliseren en aan verschillende netwerkbehoeften te voldoen.
A: Ja, er zijn verschillende soorten Ethernet, zoals 10BASE-T, 100BASE-TX en 1000BASE-T. Deze verwijzen naar verschillende versies en snelheden van Ethernet-technologie.
A: InfiniBand HDR (High Data Rate) is de nieuwste versie van de InfiniBand-standaard. Het biedt nog hogere snelheden en verbeterde prestaties in vergelijking met eerdere generaties.
A: InfiniBand is switchgebaseerd en gebruikt een ander pakketverwerkingsmechanisme dan Ethernet. InfiniBand maakt gebruik van RDMA (remote direct memory access) om gegevens rechtstreeks tussen systemen over te dragen, terwijl Ethernet afhankelijk is van de traditionele pakketschakeling.
A: Veel intelligente apparaten vertrouwen op Ethernet voor onderlinge verbinding en communicatie. Ethernet is een veelgebruikte en gevestigde netwerktechnologie die verschillende instrumenten en toepassingen ondersteunt.
A: InfiniBand biedt hoge bandbreedte en lage latentie, wat kan bijdragen aan verbeterde netwerkbetrouwbaarheid. Met zijn hoge snelheden en geavanceerde functies zoals RDMA, kan InfiniBand netwerkcongestie helpen verminderen en de algehele systeemprestaties verbeteren.
