Porównanie sieci RoCE, InfiniBand i TCP: wybór odpowiedniego protokołu o wysokiej wydajności

Wprowadzenie do protokołów RoCE, InfiniBand i TCP

W świecie sieci protokoły umożliwiają komunikację między urządzeniami i aplikacjami. Trzy z najbardziej znanych obecnie używanych protokołów to RoCE, InfiniBand i TCP. Każdy protokół służy konkretnemu celowi, a zrozumienie jego funkcjonalności jest kluczowe dla utrzymania wydajnej komunikacji pomiędzy urządzeniami. W tym artykule szczegółowo opisano szczegóły techniczne, kluczowe funkcje i zastosowania tych protokołów.

Zrozumienie RoCE: RDMA w konwergentnej sieci Ethernet

RoCE, czyli RDMA (Remote Direct Memory Access) przez konwergentną sieć Ethernet, to protokół umożliwiający wydajny transfer danych pomiędzy urządzeniami w sieci. Protokół ten wykorzystuje technologię Ethernet i implementuje możliwości RDMA, aby zapewnić transfer danych o niskim opóźnieniu przy minimalnym zaangażowaniu procesora. RoCE jest szeroko stosowany w centrach danych i środowiskach przetwarzania w chmurze, gdzie niezbędne są małe opóźnienia i duża prędkość. Jego kluczowe funkcje obejmują efektywne zarządzanie pamięcią, kontrolę przeciążenia i obsługę jakości usług (QoS).

Definiowanie InfiniBand: protokół sieciowy o wysokiej wydajności

InfiniBand to wysokowydajny protokół sieciowy przeznaczony dla środowisk obliczeniowych o wysokiej wydajności, takich jak superkomputery i centra danych. Protokół ten zapewnia transfer danych z niskimi opóźnieniami i dużą szybkością, który można skalować w celu dostosowania do szerokiego zakresu środowisk komputerowych. InfiniBand zapewnia także zaawansowane funkcje, takie jak jakość usług, wykrywanie martwego serwera oraz wykrywanie i korygowanie błędów. Ze względu na dużą prędkość i skalowalność protokół ten stał się preferowanym wyborem w przypadku wirtualizacji, przetwarzania w chmurze i aplikacji Big Data.

Sieci TCP: wspólny protokół sieciowy

TCP (Transmission Control Protocol) to standardowy protokół sieciowy używany w urządzeniach na całym świecie. Odpowiada za niezawodną transmisję pakietów danych w Internecie. TCP to protokół zorientowany na połączenie, który zapewnia przesyłanie danych dokładnie i we właściwej kolejności. Wykorzystuje trójstronny proces uzgadniania do nawiązania połączenia przed przesłaniem danych. Jego kluczowe funkcje obejmują kontrolę przepływu, kontrolę zatorów oraz wykrywanie i korekcję błędów. Protokół TCP jest szeroko stosowany w przeglądarkach internetowych, klientach poczty e-mail i innych typowych aplikacjach internetowych.

Podsumowując, protokoły RoCE, InfiniBand i TCP mają różne funkcje i przypadki użycia. RoCE idealnie nadaje się do wydajnego przesyłania danych w centrach danych i środowiskach chmurowych; InfiniBand jest przeznaczony do zastosowań wymagających obliczeń o wysokiej wydajności i dużych zbiorów danych, podczas gdy TCP to niezawodny i szeroko stosowany protokół w typowych aplikacjach internetowych. Protokoły te mogą się wzajemnie uzupełniać w określonych przypadkach użycia, a zrozumienie, kiedy i jak z nich korzystać, może zwiększyć wydajność i wydajność produktu lub usługi. Zachęcamy czytelników do podzielenia się swoimi doświadczeniami i spostrzeżeniami na temat tych protokołów w komentarzach poniżej.

Zagłęb się w protokoły RDMA: RoCE i InfiniBand

Ewolucja RoCE: od wersji 1 do wersji 2

RoCE to protokół RDMA działający w sieciach Ethernet. Po raz pierwszy został wprowadzony w 2010 roku jako RoCE v1. RoCE v1 wykorzystywał enkapsulację UDP/IP do przesyłania danych pomiędzy punktami końcowymi. Jednak RoCE v1 miał pewne ograniczenia, w tym brak kontroli przeciążenia i wymagania dotyczące bezstratnej sieci Ethernet. Aby rozwiązać te problemy, w 2014 r. wprowadzono RoCE v2. RoCE v2 wykorzystuje nową metodę enkapsulacji zwaną standardowym protokołem IETF Transport Layer Security (TLS), aby zapewnić kompleksową kontrolę przeciążenia i wyeliminować potrzebę stosowania bezstratnych sieci Ethernet. RoCE v2 obsługuje także multicast, co umożliwia bardziej efektywną komunikację w centrum danych aplikacji.

InfiniBand: preferowany protokół do szybkiego przetwarzania danych

InfiniBand to protokół sieciowy o dużej szybkości, który został wprowadzony po raz pierwszy w 1999 roku. Został zaprojektowany z myślą o zastosowaniach w obliczeniach o wysokiej wydajności (HPC) i w centrach danych. InfiniBand oferuje bardzo małe opóźnienia, dużą przepustowość i niskie wykorzystanie procesora w porównaniu z tradycyjnymi protokołami sieciowymi. InfiniBand to przełączana architektura szkieletowa, która umożliwia jednoczesną komunikację wielu urządzeń. InfiniBand udostępnia także funkcje jakości usług (QoS), które nadają priorytet różnym klasom ruchu na podstawie ich ważności. InfiniBand stale się rozwija i udoskonala, a najnowsza wersja – InfiniBand HDR – oferuje prędkość przesyłania danych do 200 Gb/s.

RoCE vs InfiniBand: porównanie protokołów sieciowych o niskim opóźnieniu

Porównanie wydajności: RoCE i InfiniBand

RoCE i InfiniBand to wyjątkowe protokoły sieciowe o niskim opóźnieniu, ale mają różne mocne strony i ograniczenia pod względem wydajności. RoCE sprawdza się wyjątkowo dobrze w sieciach opartych na Ethernecie i umożliwia zdalny, bezpośredni dostęp do pamięci (RDMA). Natomiast InfiniBand jest znany z bardzo małych opóźnień i dużej przepustowości, oferując lepsze prędkości przesyłania danych niż RoCE. Dodatkowo InfiniBand oferuje routing adaptacyjny, dzięki czemu idealnie nadaje się do systemów o dużej skali, które wymagają odporności na awarie i szybkiej komunikacji.

Dostępność i użyteczność: kiedy wybrać RoCE zamiast InfiniBand

Dostępność i użyteczność to istotne czynniki przy wyborze protokołu, ponieważ niektóre mogą być bardziej dostępne i łatwiejsze w użyciu niż inne. RoCE jest kompatybilny z tradycyjną infrastrukturą Ethernet, dzięki czemu jest bardziej dostępną opcją dla wielu użytkowników. Nie wymaga także specjalistycznego sprzętu, co ułatwia wdrożenie w konkretnych zastosowaniach. Z drugiej strony InfiniBand wymaga specjalnego sprzętu do obsługi protokołu, co oznacza, że ​​dla niektórych użytkowników może być mniej dostępny i droższy.

Rola protokołu TCP w świecie sieci o wysokiej wydajności

TCP w porównaniu z protokołami RDMA

Remote Direct Memory Access (RDMA) to protokół przesyłający dane między pamięcią komputerów bez angażowania jednostki centralnej (CPU). W przeciwieństwie do protokołu TCP, który wymaga znacznego obciążenia przetwarzania i pamięci, RDMA zmniejsza opóźnienia sieci, omijając jądro systemu operacyjnego, umożliwiając bezpośredni odczyt i zapis danych z pamięci. RDMA jest szczególnie przydatne w środowiskach obliczeniowych o dużej wydajności, gdzie istotna jest komunikacja o niskim opóźnieniu. Jednak wdrożenie RDMA wymaga specjalistycznego sprzętu i oprogramowania i często ogranicza się do określonych aplikacji lub klastrów o wysokiej wydajności.

Chociaż RDMA jest bardzo wydajnym protokołem, protokół TCP nadal ma pewne istotne zalety w określonych scenariuszach. Protokół TCP jest bardziej odpowiedni dla sieci rozległych (WAN), gdzie odległość między urządzeniami może powodować opóźnienia i utratę pakietów. Algorytmy kontroli przeciążenia protokołu TCP pozwalają mu dostosować się do zmieniających się warunków sieciowych i zapewniają niezawodne dostarczanie danych nawet w przypadku połączeń o dużych opóźnieniach lub zmiennym opóźnieniu. Ponadto protokół TCP można uniwersalnie zaimplementować w dowolnym urządzeniu obsługującym sieci IP, co czyni go bardziej wszechstronnym niż RDMA.

Zastosowanie protokołu TCP w pamięci rozproszonej

Jednym z obszarów, w którym wszechstronność protokołu TCP ma kluczowe znaczenie, są rozproszone środowiska pamięci masowej, w których dane są rozproszone w wielu węzłach sieci. W architekturze rozproszonej pamięci masowej powszechnie stosuje się protokół TCP, aby zapewnić niezawodną transmisję danych w Internecie, niezależnie od odległości i opóźnienia. Mechanizmy kontroli przeciążenia protokołu TCP pozwalają mu radzić sobie ze zmiennymi warunkami sieciowymi, zapewniając, że przesyłanie danych nie spowoduje przeciążenia sieci. Co więcej, zdolność protokołu TCP do obsługi retransmisji i zapewnienia niezawodnego dostarczania danych ma kluczowe znaczenie dla utrzymania integralności i odporności danych w rozproszonych systemach pamięci masowej.

RoCE i InfiniBand w pamięci rozproszonej: spojrzenie praktyczne

Dlaczego warto wybrać RoCE lub InfiniBand do swoich potrzeb w zakresie rozproszonej pamięci masowej

W rozproszonych środowiskach pamięci masowej RoCE zapewnia mniejsze opóźnienia i wyższą przepustowość w porównaniu z tradycyjną siecią Ethernet. RoCE odciąża transfer danych od procesora, zmniejszając obciążenie związane z przesyłaniem danych i powodując szybszy dostęp do danych. Ponadto RoCE można używać z istniejącą infrastrukturą Ethernet, dzięki czemu modernizacja możliwości sieci jest opłacalna dla organizacji. Z drugiej strony InfiniBand jest produktem specjalnie zaprojektowanym technologia sieciowa który oferuje niezrównaną wydajność i skalowalność. Zapewnia wysoką przepustowość i niskie opóźnienia, zapewniając pamięć masową sieć nie stanie się wąskim gardłem w dostępie do danych.

Wpływ protokołów sieciowych na wydajność pamięci rozproszonej

Kompleksowy przewodnik po iSCSI: zrozumienie, jak to działa i jakie są jego zaletyNapisane przez AscentOptics
12 września 2023 r.

Wybór protokołu sieciowego może znacząco wpłynąć na wydajność rozproszonej pamięci masowej. RoCE i InfiniBand zapewniają znaczne korzyści, ale mają różne mocne strony i ograniczenia. RoCE doskonale nadaje się do wdrożeń na małą i średnią skalę, które wymagają wysokiej wydajności bez zmiany istniejącej infrastruktury sieciowej. InfiniBand idealnie nadaje się do większych wdrożeń wymagających obliczeń o wysokiej wydajności, takich jak obliczenia naukowe, przetwarzanie w chmurze lub usługi finansowe. Wybór protokołu sieciowego zależy od konkretnego środowiska pamięci masowej i wymagań dotyczących obciążenia.

Dokonanie właściwego wyboru: RoCE, InfiniBand czy TCP?

RoCE to protokół sieciowy umożliwiający bezpośredni dostęp do pamięci (DMA) za pośrednictwem istniejących sieci Ethernet. RoCE działa na standardowym sprzęcie Ethernet i wykorzystuje tę samą kartę sieciową, sterownik i stos oprogramowania co protokół TCP/IP. Zaletami RoCE są małe opóźnienia, duża przepustowość i minimalne zużycie procesora. RoCE jest używany w scenariuszach wymagających wysokiej wydajności, takich jak systemy handlu finansowego, analityka dużych zbiorów danych i środowiska obliczeń o dużej wydajności (HPC). Jednak RoCE wymaga specjalistycznych kart sieciowych, przełączników i okablowania, a konfiguracja może być trudna.

InfiniBand to szybki protokół sieciowy przeznaczony do zastosowań obliczeniowych o dużej wydajności. InfiniBand zapewnia wysoką przepustowość, małe opóźnienia i niskie zużycie procesora, dzięki czemu idealnie nadaje się do aplikacji wymagających ultraszybkiego przesyłania danych i wyjątkowo małych opóźnień. InfiniBand jest używany w scenariuszach takich jak obliczenia naukowe, uczenie maszynowe i systemy handlu finansowego. Wadą InfiniBand jest to, że wymaga specjalistycznego sprzętu i okablowania, których wdrożenie może być kosztowne i skomplikowane.

TCP jest powszechnie używanym protokołem stanowiącym szkielet Internetu. Protokół TCP zapewnia niezawodne, uporządkowane i sprawdzone pod względem błędów dostarczanie pakietów danych pomiędzy aplikacjami. Zaletami protokołu TCP są jego szerokie zastosowanie i kompatybilność ze wszystkimi typami sprzętu sieciowego. Protokół TCP jest używany wszędzie, od przeglądania stron internetowych i poczty e-mail po przesyłanie plików i strumieniowe przesyłanie wideo. Jednak protokół TCP ma większe opóźnienia i mniejszą przepustowość niż RoCE i InfiniBand, co czyni go mniej odpowiednim do zastosowań o wysokiej wydajności.

Wybierając protokół dla sieci centrów danych, specjaliści IT muszą wziąć pod uwagę takie czynniki, jak niezawodność, szybkość, wykorzystanie procesora, kompatybilność i koszt. RoCE i InfiniBand oferują najwyższą wydajność, ale wymagają specjalistycznego sprzętu, a wdrożenie może być trudniejsze. TCP jest szeroko kompatybilny, ale ma niższą wydajność niż RoCE i InfiniBand. Ostatecznie wybór protokołu zależy od konkretnych potrzeb i budżetu organizacji.

Patrząc w przyszłość protokołów sieciowych w centrach danych, możemy spodziewać się ciągłego postępu w zakresie wydajności i kompatybilności. Pojawiają się nowe protokoły, takie jak NVMe over Fabric (NVMe-oF) i Data Center TCP (DCTCP), i możemy spodziewać się szerszego zastosowania tych protokołów, ponieważ będą one szerzej wdrażane i testowane. Specjaliści IT powinni na bieżąco śledzić te zmiany i dokładnie oceniać, które protokoły najlepiej odpowiadają potrzebom ich organizacji. Dzięki zastosowaniu odpowiedniego protokołu organizacje mogą wykorzystać pełną moc swoich sieci w centrach danych, co pozwala im wyprzedzić konkurencję i spełniać potrzeby klientów.

Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

P: Jaka jest różnica między sieciami RoCE, InfiniBand i TCP?

Odp.: RoCE (RDMA over Converged Ethernet) i InfiniBand to protokoły o wysokiej wydajności stosowane w rozproszonych sieciach pamięci masowej. TCP (Transmission Control Protocol) to standardowy protokół sieciowy stosowany w tradycyjnych sieciach. Główna różnica polega na zastosowanych technologiach i możliwościach wydajnościowych.

P: Co to jest RoCEv2?

Odp.: RoCEv2 to druga wersja protokołu RoCE. Jest to protokół internetowy umożliwiający zdalny, bezpośredni dostęp do pamięci (RDMA) za pośrednictwem sieci Ethernet. RoCEv2 oferuje lepszą wydajność i dodatkowe funkcje w porównaniu do swojego poprzednika, RoCEv1.

P: Co to jest InfiniBand?

Odp.: InfiniBand to architektura szybkiego wejścia/wyjścia i protokół sieciowy przeznaczony przede wszystkim dla centrów danych i obliczeń o wysokiej wydajności. Zapewnia komunikację o niskim opóźnieniu i dużej przepustowości pomiędzy serwerami, urządzeniami pamięci masowej i innymi systemami sieciowymi.

P: Co to jest IWARP?

Odp.: IWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol) to protokół umożliwiający obsługę RDMA w tradycyjnych sieciach TCP/IP. Pozwala na wydajny transfer danych i komunikację z niskimi opóźnieniami na duże odległości, dzięki czemu nadaje się do sieci rozległych.

P: Jaki jest protokół warstwy łącza Ethernet używany przez RoCE?

Odp.: RoCEv1 to protokół warstwy łącza Ethernet, który umożliwia RDMA w sieciach Ethernet. Wykorzystuje istniejącą infrastrukturę Ethernet, co ułatwia integrację z istniejącymi konfiguracjami sieciowymi.

P: Jaka jest różnica między InfiniBand i RoCE?

Odp.: InfiniBand to dedykowana technologia sieciowa zaprojektowana specjalnie do obliczeń o wysokiej wydajności, natomiast RoCE to protokół umożliwiający RDMA w tradycyjnych sieciach Ethernet. InfiniBand oferuje większą przepustowość i mniejsze opóźnienia w porównaniu do RoCE.

P: Jakie są zalety RDMA w porównaniu z tradycyjną komunikacją sieciową?

Odp.: RDMA (Remote Direct Memory Access) umożliwia wydajny transfer danych pomiędzy systemami bez angażowania procesora. Powoduje to mniejsze opóźnienia, mniejsze wykorzystanie procesora i wyższą przepustowość sieci. RDMA może poprawić wydajność aplikacji wymagających szybkiego przesyłania danych i małych opóźnień.

P: Jakie są trzy typy technologii RDMA?

Odp.: Trzy typy technologii RDMA to InfiniBand, RoCE i iWARP. InfiniBand to dedykowana technologia sieciowa, natomiast RoCE i iWARP umożliwiają RDMA w sieciach Ethernet, odpowiednio i TCP/IP.

P: Czy RoCEv1 jest protokołem Ethernet?

Odp.: RoCEv1 to protokół warstwy łącza Ethernet, który umożliwia RDMA w sieciach Ethernet.

P: Czy RoCEv2 jest protokołem internetowym?

Koncentrator vs przełącznik vs router: zrozumienie różnic i wybór najlepszego urządzeniaNapisane przez AscentOptics
12 września 2023 r.

Odp.: RoCEv2 to protokół internetowy umożliwiający RDMA w sieciach Ethernet.