RoCE vs. Infiniband vs. TCP/IP

Ein Netzwerkprotokoll ist bekanntlich ein Regelwerk, die den Datenaustausch im Netzwerk regeln. In vernetzten Speichernetzen werden in der Regel Remote Direct Memory Access (RDMA) und TCP/IP-Netzwerkprotokolle verwendet. In der Regel gibt es drei Arten von RDMA: RDMA over Converged Ethernet (RoCE), Infiniband und Internet Wide Area RDMA Protocol (IWARP). Worum handelt es sich dabei und welches ist das am besten geeignete für Rechenzentren?

Was ist RoCE?

RDMA over Converged Ethernet (RoCE) ist ein von der InfiniBand Trade Association (IBTA) definiertes Netzwerkprotokoll, das die Übertragung von Daten von einer Maschine zu einer anderen mit viel weniger Arbeit für die CPU ermöglicht. Im Allgemeinen gibt es zwei Hauptversionen von RoCE: RoCEv1 und RoCEv2. RoCE v1 arbeitet auf der Link-Netzwerkschicht (Schicht 2), während RoCE v2 auf der Internet-Netzwerkschicht (Schicht 3) arbeitet.

RoCE erreicht eine geringere Latenzzeit als sein Vorgänger, das IWARP-Protokoll. Darüber hinaus können die Vorteile von RoCE, wie hohe Kosteneffizienz, hohe Leistung und geringer Stromverbrauch, modernen kommerziellen Rechenzentren viele Vorteile bringen. Es eignet sich besonders für leistungsempfindliche oder kostenbeschränkte Datenverarbeitungsumgebungen, z. B. Cloud Computing.

Was ist Infiniband?

Infiniband ist ein Netzwerkprotokoll der neuen Generation, das RDMA unterstützt, das in der Hochleistungsinformatik eingesetzt wird. Es zeichnet sich durch einen extrem hohen Durchsatz und eine geringe Latenzzeit aus und wird in der Regel für die Datenverbindung zwischen Computern, Servern oder Speichersystemen verwendet.

Im Gegensatz zu RoCE führt Infiniband RMDA über Infiniband-Adapter oder Switches anstelle von Ethernet aus. Daher kann Infiniband niedrigere Latenzzeiten und eine höhere Bandbreite als RoCE erreichen. Ein bestimmter Typ von Ethernet-Switch hat eine Port-zu-Port-Latenz von 230 ns, während ein InfiniBand-Switch mit der gleichen Anzahl von Ports nur 100 ns benötigt. Infiniband ist jedoch auch teurer, da IB NICs und Switches unterstützt werden müssen.

Was ist TCP/IP?

TCP/TP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) wird verwendet, um Netzwerkgeräte über das Internet miteinander zu verbinden. Es legt fest, wie Daten paketiert, adressiert, übertragen, weitergeleitet und empfangen werden sollen. TCP/IP legt großen Wert auf die korrekte Datenübertragung zwischen zwei Computern. Wenn das System beim Senden der Nachricht in einem Durchgang auf ein Problem stößt, muss die gesamte Nachricht erneut gesendet werden.

Darüber hinaus ist die Funktionalität von TCP/IP in vier verschiedene Schichten unterteilt: Datenverbindungsschicht, Internetschicht, Transportschicht und Anwendungsschicht. Die Daten müssen diese vier Schichten durchlaufen, bevor sie auf der anderen Seite ankommen. Anschließend setzt TCP/IP die Daten wieder zusammen, indem es die Schichten in umgekehrter Reihenfolge durchläuft, und präsentiert sie den Empfängern. Auf diese Weise können Sie die Leistung oder Sicherheit von Rechenzentren verbessern, indem Sie bestimmte Schichten und nicht das gesamte System aufrüsten.

RoCE vs. Infiniband vs. TCP/IP

Wie bereits erwähnt, sind RoCE und Infiniband zwei gängige Netzwerkprotokolle der RDMA-Technologie. Im Vergleich zu TCP/IP hat RDMA direkten Zugriff auf Speicherdaten über die Netzwerkschnittstelle und nicht über den Kernel, was eine Übertragung mit geringer Latenz und hoher Leistung ermöglicht. Diese drei Netzwerkprotokolle unterscheiden sich in mehrfacher Hinsicht voneinander.

• Hohe Skalierbarkeit:Alle drei Netzwerkprotokolle weisen eine hohe Skalierbarkeit und Flexibilität auf, wobei Infiniband die höchste Skalierbarkeit aufweist. Ein einziges Infiniband-Subnetz kann Zehntausende von Knoten unterstützen. Außerdem bietet es eine relativ einfache und skalierbare Architektur, mit der über Infiniband-Router nahezu unbegrenzte Clustergrößen geschaffen werden können.

• Hohe Leistung:Da TCP/IP die CPU-Verarbeitungsressourcen und die Latenzzeit belastet, ist es im Vergleich zu den beiden anderen Netzwerkprotokollen weniger leistungsfähig. RoCE erhöht die Geschwindigkeit und Leistung in Unternehmensrechenzentren und senkt gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten, ohne die Ethernet-Infrastruktur zu ersetzen. Infiniband verwendet serielle Verbindungen und Busse, um Daten Bit für Bit zu übertragen, was eine schnellere und effizientere Kommunikation ermöglicht.

• Einfache Verwaltung: Obwohl RoCE und Infiniband geringere Latenzzeiten und eine höhere Leistung als TCP/IP aufweisen, ist letzteres einfacher zu implementieren und zu verwalten. Netzwerkadministratoren, die TCP/IP zum Aufbau von Geräten und Netzwerkkonnektivität verwenden, benötigen nur wenig zentrale Verwaltung.

• Kosteneffizienz: Für Unternehmensrechenzentren mit begrenztem Budget ist Infiniband wahrscheinlich keine gute Wahl. Es verwendet teure IB-Switch-Ports, um eine große Anzahl von Anwendungen zu übertragen, was die Rechen-, Wartungs- und Verwaltungskosten der Unternehmen erhöht. Im Gegensatz dazu sind RoCE und TCP/IP mit Ethernet Switches kostengünstiger.

• Netzwerkgeräte:Wie die Tabelle zeigt, erfolgt die Datenübertragung sowohl bei RoCE als auch bei TCP/IP über Ethernet-Switches, während Infiniband IB-Switches mit unabhängiger Architektur für die Übertragung von Anwendungen verwendet. IB-Switches müssen in der Regel mit Geräten verbunden werden, die das IB-Protokoll unterstützen, und sind relativ geschlossen und schwer zu ersetzen.

Welche ist die beste für Rechenzentren?

Heutzutage benötigen Rechenzentren eine maximale Bandbreite und extrem niedrige Latenzzeiten für die zugrunde liegende Verbindung. Unter diesen Umständen kann das traditionelle TCP/IP-Netzwerkprotokoll nicht mit den Anforderungen von Rechenzentren Schritt halten, da es die CPU-Verarbeitungsressourcen belastet und eine hohe Latenz aufweist.

Unternehmen, die sich zwischen RoCE und Infiniband entscheiden, sollten ihre individuellen Anforderungen und Kosten berücksichtigen. Wenn sie die leistungsfähigste Netzwerkverbindung bevorzugen, ist Infiniband viel besser. Diejenigen, die die beste Leistung, einfache Verwaltung und begrenzte Kosten suchen, sollten RoCE für ihre Rechenzentren wählen.