Was macht InfiniBand so besonders?

In der sich ständig weiterentwickelnden Landschaft der Netzwerktechnologien hat sich InfiniBand zu einer herausragenden Lösung entwickelt, die die Art und Weise der Datenübertragung und Datenverarbeitung revolutioniert. Mit seinen einzigartigen Merkmalen und Fähigkeiten ist InfiniBand zum Rückgrat von High Performance Computing (HPC) und Rechenzentrumsumgebungen geworden. In diesem Artikel gehen wir auf drei Schlüsselaspekte ein, die InfiniBand zu einer herausragenden Lösung im Bereich der Netzwerke machen.

Unterstützung von Software-Defined Networking (SDN)

InfiniBand ist eine der ersten Standardspezifikationen, die Software-Defined Networking (SDN) unterstützt. Im Gegensatz zu herkömmlichem Ethernet, einschließlich verlustfreiem ROCE-Ethernet, laufen auf InfiniBand-Switches keine Routing-Protokolle. Ein zentraler Subnet-Manager berechnet und verteilt die Weiterleitungstabelle des gesamten Netzwerks. Der Subnet-Manager bietet Datenverkehrsroutingfunktionen und sorgt für eine größere Flexibilität in der Architektur. Die SDN-Struktur ermöglicht die Erstellung mehrerer Pfade zwischen den Knoten, und der Subnet-Manager kann die optimale Route zwischen den Knoten auf der Grundlage der Anforderungen der auf ihnen ausgeführten Anwendungen bestimmen. Die Ausführung des Subnet-Managers auf einer einzigen Einheit ermöglicht die Verwendung einfacher Switches innerhalb der Struktur und spart so die damit verbundenen Kosten.

Neben dem flexiblen und effizienten Routing des Datenverkehrs unterstützt der Subnet-Manager auch mehrere Stufen der Dienstgüte (QoS), die unterschiedliche Mindestanteile an der verfügbaren Bandbreite gewährleisten. Anwendungen können so konfiguriert werden, dass sie Daten auf Kanälen verarbeiten, die ihrer Datenpriorität entsprechen. Dadurch kann eine InfiniBand-basierte softwaredefinierte Infrastruktur eine Vielzahl von Kommunikationsanforderungen unterstützen.

Die Unterstützung von InfiniBand für Software-Defined Networking (SDN) ermöglicht den Aufbau eines effizienteren und flexibleren Netzwerks. SDN ermöglicht die Entkopplung der Steuerungs- und Datenebene und bietet Administratoren eine zentrale Steuerung und Programmierbarkeit. Dies vereinfacht nicht nur die Netzwerkverwaltung, sondern ermöglicht auch eine dynamische Zuweisung von Ressourcen auf der Grundlage der Anwendungsanforderungen.

Ex-ante-Mechanismus zur Vermeidung von Überlastungen durch Credits

Eines der herausragenden Funktionen von InfiniBand ist der Ex-ante-Mechanismus zur Vermeidung von Überlastungen, der die Probleme der Pufferüberlastung und des Paketverlusts umgeht und so ein verlustfreies Netzwerk gewährleistet.

Jede InfiniBand-Netzwerkverbindung verfügt über einen vorgegebenen Puffer zur Speicherung der zu übertragenden Datenpakete. Vor der Datenübertragung prüft der Sender die verfügbaren „Credits“ des Empfängers, das angibt, wie viel Pufferplatz für eingehende Daten zur Verfügung steht. Der Sender entscheidet auf der Grundlage dieser Credits, ob er die Übertragung der Datenpakete einleitet. Reichen die Credits des Empfängers nicht aus, wartet der Sender, bis der Empfänger genügend Puffer freigibt und neue verfügbare Credits meldet. Dieser Ansatz verhindert Überlastungen, indem er dem Sender signalisiert, wenn sich das Netz der maximalen Kapazität nähert, sodass Überlastungen vermieden werden können, bevor sie auftreten. Das Ergebnis ist ein verlustfreies Netzwerk, das auch bei hoher Arbeitsbelastung eine zuverlässige und effiziente Datenübertragung gewährleistet. Diese Fähigkeit ist besonders wichtig für Anwendungen, die Datenintegrität und Kommunikation mit geringer Latenz erfordern. Sie macht InfiniBand-Netzwerke zu einer schnellen, latenzarmen und skalierbaren Lösung für High-Performance-Computing und Cloud-Rechenzentren.

Geringere Latenzen dank dem Cut-Through-Switching-Modus

Ethernet verwendet einen Store-and-Forward-Modus, bei dem Switches das gesamte Datenpaket vollständig empfangen und im Cache speichern sowie die Zieladresse und Integrität des Pakets vor der Weiterleitung überprüfen müssen. Im Gegensatz dazu arbeitet InfiniBand mit einem Cut-Through-Switching-Modus. InfiniBand-Switches müssen nur die Header-Informationen des Datenpakets abrufen und leiten den Weiterleitungsprozess sofort ein, sobald sie den Zielport ermittelt haben. Damit entfällt die Notwendigkeit, vor der Weiterleitung auf den Empfang des gesamten Datenpakets zu warten.

Dieser Ansatz minimiert die Zeit, die die Daten für die Durchquerung des Netzwerks benötigen, wodurch die Latenz verringert und die Reaktionsfähigkeit des Systems insgesamt verbessert wird. Der Cut-Through-Switching-Modus von InfiniBand bietet einen Wettbewerbsvorteil, da er bei Anwendungen, die eine Kommunikation in Echtzeit erfordern, wie z. B. Finanzhandelsplattformen, wissenschaftliche Simulationen und interaktive Spiele, eine unübertroffene Leistung bietet.

Genauere Informationen dazu, finden Sie hier: Vergleich zwischen Store-and-Forward-Switching und Cut-Through-Switching

Fazit

Die herausragende Marktposition von InfiniBand im Bereich der Netzwerke ist auf die Unterstützung von SDN, den Mechanismus zur Vermeidung von Überlastungen durch Credits und den Cut-Through-Switching-Modus zurückzuführen. Diese Funktionen tragen gemeinsam dazu bei, InfiniBand zu einer effizienten Lösung zu machen, die auf moderne High-Performance-Computing-Umgebungen und datenintensive Anwendungen zugeschnitten ist.

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