Una mirada rápida a las diferencias: RDMA vs TCP/IP

Como todos sabemos, un protocolo de red es un conjunto de reglas que rigen la transmisión de datos. Los protocolos de red TCP/IP y acceso directo a memoria remota (RDMA) se utilizan comúnmente en redes de almacenamiento distribuido. Tanto RoCE como Infiniband son tecnologías RDMA, entonces, ¿cuál es la diferencia entre ellas y TCP/IP? ¿Cuáles son las diferencias entre RoCE e Infiniband RDMA? Este artículo explica RDMA vs TCP/IP en detalle.

RDMA vs TCP/IP: ¿Qué son?

¿Qué es RDMA?

El acceso remoto directo a la memoria es una tecnología que permite que dos computadoras en red intercambien datos en la memoria principal sin depender del procesador, la memoria caché o el sistema operativo de ninguna de las computadoras. Al igual que el acceso directo a memoria (DMA) local, RDMA mejora el rendimiento y el rendimiento porque libera recursos, lo que da como resultado velocidades de transferencia de datos más rápidas y una menor latencia entre sistemas habilitados para RDMA. RDMA puede beneficiar tanto a las aplicaciones de red como de almacenamiento.

Hay tres opciones de RDMA: Infiniband, RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE) e iWARP. InfiniBand (IB) es una red especialmente diseñada para RDMA, que tiene un rendimiento extremadamente alto y una latencia extremadamente baja. iWARP es una red RDMA basada en TCP que utiliza TCP para lograr una transmisión confiable. RoCE (RDMA sobre Ethernet convergente) es un protocolo de red que permite transferir datos de una máquina a otra, reduciendo la carga operativa en la CPU.

¿Qué es TCP/IP?

TCP/TP, o protocolo de control de transmisión/protocolo de Internet, se utiliza para interconectar dispositivos de red a través de Internet. Identifica cómo se deben empaquetar, direccionar, transmitir, enrutar y recibir los datos. TCP/IP pone mucho énfasis en la transmisión precisa de datos entre dos computadoras. Si el sistema encuentra algún problema al enviar el mensaje de una sola vez, se debe volver a enviar el mensaje completo.

Además, la funcionalidad de TCP/IP se divide en cuatro capas diferentes: capa de enlace de datos, capa de Internet, capa de transporte y capa de aplicación. Los datos deben pasar por estas cuatro capas antes de ser recibidos en el otro extremo. Luego, TCP/IP volverá a ensamblar los datos pasando las capas en el orden opuesto y los presentará a los receptores. De esta manera, puede mejorar el rendimiento o la seguridad de los centros de datos actualizando ciertas capas en lugar de todo el sistema.

Evolución del protocolo de red: De TCP/IP a RDMA

Para aplicaciones con alta concurrencia de E/S y baja latencia, como computación de alto rendimiento y análisis de big data, la arquitectura de software y hardware TCP/IP existente no puede cumplir con los requisitos de la aplicación. La comunicación de red TCP/IP tradicional utiliza el kernel para enviar mensajes. Este modo de comunicación tiene altos costos de movimiento y replicación de datos. La tecnología RDMA está desarrollada para solucionar la latencia del procesamiento de datos en el lado del servidor durante la transmisión de la red. Como se muestra en la figura siguiente, la tecnología RDMA puede acceder a los datos de la memoria a través de un puerto de red sin un núcleo del sistema operativo. Esto permite una comunicación de red de alto rendimiento y baja latencia, especialmente para grupos de computadoras paralelos a gran escala.

Encontrar la diferencia entre RDMA y TCP/IP

Como se mencionó anteriormente, los protocolos de red han evolucionado de muchas maneras. Las cuatro redes también tienen sus propias ventajas y desventajas, y se pueden seleccionar según corresponda cuando se enfrentan a diferentes escenarios de aplicación. La siguiente tabla enumera las diversas diferencias entre RoCE, Infiniband, iWARP y TCP/IP.

• Alta escalabilidad: Estos tres protocolos de red RDMA tienen alta escalabilidad y flexibilidad, siendo Infiniband el más escalable. Una única subred de Infiniband puede admitir decenas de miles de nodos. Además, también proporciona una arquitectura relativamente simple y escalable, creando tamaños de clúster casi ilimitados a través de enrutadores Infiniband. Sin embargo, el diseño de TCP/IP se centra en la confiabilidad en lugar de la baja latencia y el alto rendimiento, lo que limita su escalabilidad en escenarios de aplicaciones donde se requiere un alto rendimiento.

• Alto rendimiento: Dado que TCP/IP sobrecarga los recursos de procesamiento y la latencia de la CPU, su rendimiento es peor en comparación con otros protocolos de red. Y RoCE aumenta la velocidad y la potencia en los centros de datos empresariales al tiempo que reduce el costo total de propiedad sin reemplazar la infraestructura Ethernet. En cuanto a Infiniband, utiliza enlaces seriales y buses para enviar datos bit a bit, lo que permite comunicaciones más rápidas y eficientes. iWARP proporciona capacidades de transferencia de datos de baja latencia y alto rendimiento similares a RoCE, pero su rendimiento es ligeramente inferior en comparación con InfiniBand y RoCE.

• Alta estabilidad: TCP/IP es un protocolo estable ampliamente utilizado en Internet, que se beneficia de pruebas y validaciones exhaustivas, con una fuerte tolerancia a fallos y mecanismos de recuperación de red. Las redes InfiniBand, que se encuentran comúnmente en supercomputadoras de gran escala, han demostrado su estabilidad. RoCE es relativamente nuevo y carece de una amplia adopción y validación de InfiniBand y TCP/IP, lo que podría afectar su estabilidad. iWARP puede tener problemas de estabilidad debido a requisitos de equipos adicionales y problemas de compatibilidad.

• Fácil gestión: Aunque RoCE, Infiniband e iWARP tienen menor latencia y mayor rendimiento que TCP/IP, este último es más fácil de implementar y administrar. Los administradores de red que utilizan TCP/IP para crear dispositivos y conectividad de red sólo necesitan poca gestión central.

• Eficiencia de costo: Para centros de datos empresariales con un presupuesto limitado, Infiniband probablemente no sea una buena opción. Utiliza costosos puertos de conmutación IB para transportar una gran cantidad de aplicaciones, lo que aumenta el costo de computación, el costo de mantenimiento y el costo de gestión de las empresas. Por el contrario, RoCE y TCP/IP que utilizan conmutadores Ethernet son más rentables. Por lo tanto, los conmutadores Infiniband son más populares en los centros de datos HPC..

• Dispositivos de red: Como muestra la tabla anterior, tanto RoCE, iWARP y TCP/IP logran la transmisión de datos a través de switches Ethernet, mientras que Infiniband usa switches IB con arquitectura independiente para llevar aplicaciones. Normalmente, los conmutadores IB deben interconectarse con dispositivos que admitan el protocolo IB y son relativamente cerrados y difíciles de reemplazar.

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¿Cuál es el mejor para el centro de datos?

Hoy en día, las redes de centros de datos requieren un ancho de banda máximo y una latencia extremadamente baja de la interconexión subyacente. En estas circunstancias, el protocolo de red TCP/IP tradicional no puede seguir el ritmo de los requisitos del centro de datos, ya que sobrecarga los recursos de procesamiento de la CPU y genera una alta latencia. Para aquellas empresas que deciden entre RoCE e Infiniband RDMA, se deben tener en cuenta sus requisitos y costos únicos. Si prefieren la conexión de red de mayor rendimiento, Infiniband es mucho mejor. Para quienes buscan mayor rendimiento, administración más sencilla y costos limitados, RoCE debe ser una buena opción.