TCP/IP, RoCE et Infiniband : Quel est la Meilleure Option pour les Centres de Données ?

Dans un réseau informatique ou un réseau de télécommunication, les échanges de données sont soumis à un protocole réseau qui permet d’adopter une procédure de communication sans interruption. Il existe plusieurs types de protocoles réseaux comme ARP (Address Resolution Protocol), ICMP (Internet Message Protocol), RDMA (Remote Direct Access Memory) ou TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Chacun possède son propre rôle et sa propre façon de procéder. Alors, entre les protocoles RDMA (RoCE ou Infiniband) et TCP/IP, lequel est le plus adapté aux centres de données ?

Table des Matières

RDMA (RoCE ou Infiniband) et TCP/IP

Évolution des Protocoles de Réseau : De TCP/IP à Infiniband RDMA à RoCE

Différences entre RDMA et TCP/IP

Quel est la Meilleure Option pour les Centres de Données ?

RDMA et TCP/IP

Les protocoles de réseau RDMA (Remote Direct Memory Access) et TCP/IP sont couramment utilisés dans les réseaux de stockage distribués. RoCE et Infiniband sont tous deux des technologies RDMA. Alors, que signifient-ils ?

RDMA

RDMA (Remote Direct Access Memory) est une technologie qui permet de transférer directement les données de la mémoire principale d’un ordinateur à celle d’un autre ordinateur. En général, la technologie RDMA est utilisée pour traiter de grands ensembles de données ou des processus complexes. Actuellement, on peut identifier 3 types de réseaux RDMA: RoCE (RDMA over Converged Ethernet), Infiniband et IWARP (Internet Wide Area RDMA Protocol).

RoCE

Le RoCE (RDMA over Converged Ethernet) est un type de technologie RDMA basé sur Ethernet. Il existe deux versions du RoCE : le RoCE v1 qui est un protocole basé sur la couche de liaison Ethernet et le RoCE V2 mis en œuvre sur la couche de liaison Internet.

Le protocole permet de transférer les données sans travail de la part du CPU. Le mécanisme RoCE permet ainsi de transférer les données efficacement avec une latence très faible sur le réseau Ethernet sans perte. De ce fait, la technologie possède un rapport coût-efficacité très avantageux, des performances élevées tout en gardant une faible consommation d’énergie. Ce type de système est ainsi idéal pour les structures critiques en termes de performance comme le cloud computing, par exemple.

Infiniband

Infiniband est un standard de communication de la nouvelle génération. Ce protocole prend en charge le transfert avec RDMA. Il est adapté aux ordinateurs à haute performance, car il permet le transfert de données avec un débit extrêmement élevé ainsi qu’une faible latence. Souvent, la technologie RDMA via Infiniband est utilisée au niveau des centres de données pour l’interconnexion des clusters d’ordinateurs, des serveurs ou des systèmes de stockage.

Sur Infiniband, l’exécution du protocole RDMA se réalise sur des adaptateurs ou commutateurs Infiniband, contrairement au RoCE qui exécute le protocole sur Ethernet. C’est pour cela qu’à comparaison, Infiniband permet un échange plus rapide de données et une latence plus faible que le RoCE.

Infiniband est également adapté aux environnements de calcul haute performance grâce à sa capacité de prise en charge, sa qualité de service (QoS) et sa capacité de basculement. En effet, le protocole réseau peut prendre en charge jusqu’à plusieurs milliers de nœuds dans un seul sous-réseau. Quant au débit qu’il peut fournir, il peut aller jusqu’à 400 gigabits par seconde. Cependant, l’utilisation des commutateurs IB fait que ce protocole est beaucoup plus exigeant en termes de coût.

TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) désigne la suite de protocoles de transmission qui permet aux données de véhiculer sur internet. Comme son nom l’indique, TCP/IP regroupe deux protocoles bien distincts : TCP et IP.

TCP est le protocole de transport qui se charge de la livraison des données entre deux ordinateurs. IP est le protocole d’adressage qui assure l’obtention de l’adresse à laquelle les données seront transférées. Avec le travail de ces deux protocoles, la communication est plus précise et plus fiable entre les ordinateurs. En effet, en cas de problème rencontré au niveau du système lors de l’envoi d’un message en un seul morceau, le message tout entier doit être renvoyé de nouveau.

Le modèle TCP/IP divise les procédures de communications sur 4 couches différentes : couche liaison de données, couche Internet, couche transport et enfin couche application. En acheminant ces quatre couches, les données passent dans un ordre précis. Puis, lorsqu’elles sont réassemblées du côté destinataire, elles passeront dans l’ordre inverse avant d’arriver définitivement au récepteur.

Évolution des Protocoles de Réseau : De TCP/IP à Infiniband RDMA à RoCE

TCP/IP à RDMA

Les centres de données traditionnels utilisent généralement la technologie Ethernet pour former une architecture de réseau symétrique multi-sauts et utilisent la pile de protocoles de réseau TCP/IP pour la transmission. Cependant, comparé à RoCE et Infiniband RDMA, TCP/IP ne convient pas toujours aux exigences des entreprises en matière de calcul à haute performance. Ses principales limites sont les suivantes :

• Des dizaines de microsecondes de retard causées par le traitement de la pile de protocoles TCP/IP.

• Le traitement de la pile de protocoles TCP est à l'origine d'une charge élevée du CPU du serveur.

Pour réduire la latence du réseau et la charge du CPU, la fonction RDMA est générée du côté du serveur, ce qui permet d'obtenir une large bande passante, une faible latence et une faible charge de ressources.

Infiniband RDMA vers RoCE

InfiniBand RDMA et RoCE peuvent tous deux mettre en place des protocoles de réseau d'accès à la mémoire à distance. Les deux ont leurs propres avantages et inconvénients sur le marché, et sont tous deux utilisés dans l'architecture des grappes HPC ou dans les centres de données à grande échelle.

Si l'on compare les deux, InfiniBand est plus performant. Mais InfiniBand est une technologie de réseau dédiée. Elle ne peut pas hériter de l'accumulation et de la plateforme d'exploitation de l'utilisateur sur le réseau IP, ce qui entraîne des coûts d'exploitation et de maintenance élevés. Par conséquent, le transport de RDMA basé sur le réseau Ethernet traditionnel est également inévitable pour l'application à grande échelle de RDMA. Pour garantir les performances de RDMA et la communication de la couche réseau, de nombreux commutateurs de réseau utilisent RoCEv2 pour transporter des applications distribuées à haute performance.

            À lire aussi - Guide du RDMA sur Ethernet Convergé - RoCE

Différences entre RDMA et TCP/IP

Comme indiqué ci-dessus, les protocoles de réseau ont évolué de trois manières. Ces trois systèmes ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients, et ils peuvent être sélectionnés en fonction des différents scénarios d'application. Le tableau suivant présente les différences entre RoCE, Infiniband RDMA et TCP/IP.

• Haute évolutivité : Ces trois protocoles de réseau sont très évolutifs et flexibles, Infiniband étant le plus évolutif. Un seul sous-réseau Infiniband peut supporter des dizaines de milliers de nœuds. En outre, il offre une architecture relativement simple et évolutive, permettant de créer des grappes de taille presque illimitée grâce aux routeurs Infiniband.

• Haute performance : Étant donné que le protocole TCP/IP surcharge les ressources de traitement du CPU et la latence, ses performances sont inférieures à celles des deux autres protocoles de réseau. RoCE augmente la vitesse et la puissance des centres de données des entreprises tout en réduisant le coût total de possession, sans remplacer l'infrastructure Ethernet. Quant à Infiniband, il utilise des liaisons série et des bus pour envoyer des données un bit à la fois, ce qui permet des communications plus rapides et plus efficaces.

• Gestion facile : Bien que RoCE et Infiniband RDMA présentent une latence plus faible et des performances plus élevées que TCP/IP, ce dernier est plus facile à déployer et à gérer. Les administrateurs de réseau qui utilisent TCP/IP pour mettre en place des dispositifs et une connectivité réseau n'ont besoin que d'une petite gestion centrale.

• Rentabilité : Pour les centres de données d'entreprise disposant d'un budget limité, Infiniband n'est probablement pas un bon choix. Il utilise des ports de commutation IB coûteux pour transporter un grand nombre d'applications, ce qui augmente les coûts informatiques, les coûts de maintenance et les coûts de gestion des entreprises. En revanche, RoCE et TCP/IP utilisant des commutateurs Ethernet sont plus rentables. C'est pourquoi les commutateurs Infiniband sont plus populaires au sein des centres de données HPC.

• Dispositifs réseau : Comme le montre le tableau ci-dessus, RoCE et TCP/IP transmettent les données par l'intermédiaire de commutateurs Ethernet, tandis qu'Infiniband utilise des commutateurs IB avec une architecture indépendante pour transporter les applications. En général, les commutateurs IB doivent être interconnectés avec des dispositifs qui prennent en charge le protocole IB et sont relativement fermés et difficiles à remplacer.

Quel est la Meilleure Option pour les Centres de Données ?

Si nous nous basons sur les exigences des centres de données, le meilleur protocole est un protocole capable de fournir une bande passante maximale ainsi qu’une latence ultra faible. Par élimination, il nous reste deux protocoles qui peuvent s’adapter à la tendance actuelle de développement du centre de données : RoCE et Infiniband. En effet, d’après ce que nous avons pu voir, comme il doit solliciter les ressources de traitement de l’unité centrale, TCP/IP est loin de pouvoir répondre à ces exigences, bien qu’il soit facile à déployer et à gérer.

Le choix final entre les deux technologies dépendra donc des besoins spécifiques et du budget personnel de chaque entreprise. Pour ceux qui recherchent les meilleures performances, une gestion facile et un coût modéré, ils peuvent choisir RoCE. Par ailleurs, pour ceux qui souhaitent disposer de la connexion réseau la plus performante, Infiniband sera l’idéal.