Guía de RDMA sobre Ethernet convergente

En la era de los datos, los requisitos para una red más rápida, eficiente y escalable nunca han disminuido. Dado que las conexiones Ethernet tradicionales TCP/IP son intensivas en CPU y requieren procesamiento adicional y copiado de datos, ya no pueden satisfacer las necesidades actuales de la red. En ese contexto, surge el acceso directo a memoria remota sobre Ethernet convergente (RoCE). Para entender qué es RoCE, vale la pena analizar primero qué es RDMA.

¿Qué es RDMA?

El RDMA es una tecnología que permite el acceso directo a la memoria de un host o servidor desde la memoria de otro host o servidor sin involucrar a CPU. Esto libera a CPUs para que realicen el trabajo para el que están destinadas, como ejecutar aplicaciones y procesar grandes cantidades de datos. De esta manera, se puede lograr un rendimiento de red y de host con menor latencia, menor carga de CPU y mayor ancho de banda de manera rentable.

Figura 1: Tecnología RDMA

¿Qué es RoCE?

Como tipo de RDMA, RoCE es un protocolo de red definido en el estándar de la InfiniBand Trade Association (IBTA), que permite RDMA en una red Ethernet convergente. En resumen, puede considerarse como la aplicación de la tecnología RDMA en centros de datos hiperconvergentes, entornos en la nube, almacenamiento y entornos virtualizados. Posee todos los beneficios de la tecnología RDMA y la familiaridad del Ethernet. Para entender las diferencias entre RoCE e InfiniBand, puedes leer este artículo RoCE vs Infiniband vs TCP/IP. Y la encapsulación de IB y RoCE se compara de la siguiente manera:

Figura 2: InfiniBand Vs. RoCEv2

Tipos de RoCE

Generalmente, existen dos versiones de RDMA sobre Ethernet convergente: RoCE v1 y RoCE v2. Depende del adaptador de red o tarjeta utilizada.

• RoCE v1: El protocolo RoCE v1 es un protocolo de capa de enlace de Ethernet que permite que dos hosts en el mismo dominio de difusión de Ethernet (VLAN) se comuniquen. Utiliza Ethertype 0x8915, lo que limita la longitud del marco a 1500 bytes para un marco de Ethernet estándar y 9000 bytes para un marco de Ethernet jumbo.

• RoCE v2: El protocolo RoCE v2 supera la limitación de la versión 1 de estar limitada a un único dominio de difusión (VLAN). Al cambiar la encapsulación del paquete para incluir encabezados IP y UDP, RoCE v2 ahora se puede utilizar en redes tanto de L2 como de L3. Esto habilita el enrutamiento de Capa 3, lo que lleva el RDMA a redes con múltiples subredes para una gran escalabilidad. Por lo tanto, RoCE v2 también se considera como RoCE enrutable (RRoCE). Gracias a la llegada de RoCE v2, ahora también es posible el multicast IP.

Figura 3: Formato de paquete RoCE v1 Vs. RoCE v2

Beneficios de RoCE

Dado que el acceso directo a memoria remota sobre Ethernet convergente tiene acceso directo a los datos de memoria a través de la interfaz de red en lugar de pasar por el kernel, puede habilitar una transmisión de alta performance y baja latencia.

• Involucramiento mínimo de CPU: Accede a la memoria remota del switch o servidor sin consumir ciclos de CPU en el servidor remoto, lo que permite el uso completo del ancho de banda disponible y una mayor escalabilidad.

• Copia cero: Envía y recibe datos hacia y desde los buffers remotos.

• Alta productividad: Dado que RoCE ha mejorado la latencia y el rendimiento, la capacidad de la red ha mejorado significativamente.

• Ahorro de costos: Con RoCE, no es necesario comprar nuevo equipamiento o reemplazar la infraestructura de Ethernet para manejar grandes cantidades de datos, lo que ahorra considerablemente los gastos de capital para las empresas.

Figura 4: Antes Vs. Después de RoCE

¿Cómo realizar RoCE?

Generalmente, para implementar RDMA sobre Ethernet convergente en un centro de datos, puedes instalar controladores de adaptadores de red que soporten RoCE. Todos los NICs de Ethernet requieren tarjetas de adaptador de red RoCE. Los controladores de RoCE están disponibles en Red Hat, Linux, Microsoft Windows y otros sistemas operativos comunes. El RDMA sobre Ethernet convergente está disponible de dos maneras. Para el switch de red, puedes optar por utilizar el switch con un sistema operativo que soporte el control de flujo prioritario (PFC, priority flow control). En cuanto a un servidor en rack o anfitrión, necesitarás utilizar una tarjeta de adaptador de red, como ConnectX-3 Pro y ConnectX-4 en adelante.

'También verifica- Servidores de red y switch de red

FAQs About RoCE

Aquí enumeramos algunas preguntas frecuentes sobre RDMA sobre Ethernet convergente para que puedas entenderlo mejor.

1. ¿Qué switches o tarjetas/adaptadores de red de FS soportan RoCE?

Hasta ahora, excepto los switches de las series S5860 y S5850-24S2Q, S5850-24S2Q-DC, los switches de las series N de FS y las series S58/80 pueden soportar RoCE v1 y v2. Los clientes necesitan habilitar la función PFC después de comprar un switch RDMA. Además, FS también puede proporcionar adaptadores de Ethernet NVIDIA que soportan RoCE.

2. ¿Los adaptadores RoCE pueden comunicarse con otros tipos de adaptadores, como iWARP?

Los adaptadores RoCE solo pueden comunicarse con otros adaptadores de RDMA sobre Ethernet convergente. Cualquier configuración que intente combinar tipos de adaptadores, por ejemplo, adaptadores RoCE combinados con adaptadores iWARP, probablemente se revertirá a conexiones tradicionales TCP/IP.

3. ¿Cuál es la diferencia entre RoCE e iWARP?

Como protocolo de red RoCE, el protocolo RDMA de área amplia de Internet (iWARP, Internet wide area RDMA protocol) también soporta la función de RDMA con una menor latencia, pero tienen algunas diferencias.

Por un lado, RoCE es la única solución de RDMA basada en Ethernet estándar de la industria con un ecosistema multiproveedor que ofrece adaptadores de red y opera sobre switches Ethernet estándar de capa 2 y capa 3. Y iWARP ha visto solo un soporte mínimo.

Por otro lado, iWARP utiliza una mezcla compleja de capas, incluyendo la colocación directa de datos (DDP, direct data placement), un ajuste conocido como (Marker PDU Aligned framing o encuadre de marcador PDU alineado) y un protocolo RDMA independiente (RDMAP) para proporcionar servicios de RDMA sobre TCP/IP. Con una arquitectura tan compleja, será difícil para el protocolo iWARP aplicar RDMA a los marcos de transporte de software existentes. Después de tal compromiso, la velocidad de transferencia, la latencia y la utilización de CPU para iWARP se verán afectadas.

Figura 5: Capas de red complejas de iWARP Vs. El modelo más simple de RoCE

Conclusión

Ejecutando RDMA en centros de datos, se logra la descarga del movimiento de datos y una mayor disponibilidad de recursos de CPU para las aplicaciones. Los adoptantes de RoCE pueden beneficiarse de las capacidades de RDMA sin necesidad de cambiar su infraestructura de red. Al reducir la latencia de la red Ethernet y aliviar la carga de CPU, RoCE mejora el rendimiento en aplicaciones de búsqueda, almacenamiento, bases de datos, financieras y de alto volumen de transacciones. Al aumentar la eficiencia de CPU y mejorar el rendimiento de las aplicaciones, RoCE puede reducir el número de servidores necesarios, generando así ahorros energéticos y reduciendo la huella de los centros de datos basados en Ethernet.