ما الذي يميز InfiniBand؟

InfiniBand، باعتبارها تقنية الشبكة الأصلية لـ RDMA (الوصول المباشر للذاكرة عن بعد)، مفضلة ومستخدمة من قبل العديد من العملاء. ولكن ما هي المزايا الفريدة الأخرى التي يقارنها InfiniBand مع ROCE (RDMA عبر Ethernet المتقاربة)، وشبكة Ethernet غير المفقودة، والتي تتوافق أيضًا مع بروتوكول RDMA وتدعمه؟

"المؤمنون الأصليون" بشبكات SDN التقليدية: جعل الشبكة فعالة وبسيطة

InfiniBand هي أول بنية شبكية تم تصميمها أصلاً وفقًا لـ SDN. تتم إدارتها بواسطة مدير الشبكة الفرعية (أي وحدة تحكم SDN). على عكس شبكة Ethernet التقليدية (بما في ذلك شبكة ROCE Ethernet غير المفقودة)، لا تقوم محولات InfiniBand بتشغيل أي بروتوكولات توجيه، ويتم حساب جدول إعادة التوجيه للشبكة بالكامل وتوزيعه بواسطة مدير شبكة فرعية مركزي. بالإضافة إلى إعادة توجيه الجداول، يكون مدير الشبكة الفرعية مسؤولًا أيضًا عن إدارة التكوين داخل شبكة InfiniBand الفرعية، مثل تقسيم المناطق وجودة الخدمة. لم تعد شبكة InfiniBand تعتمد على آليات البث مثل ARP لإعادة توجيه تعلم الجدول، ولن تكون هناك عواصف بث أو إهدار إضافي لعرض النطاق الترددي.

على الرغم من أن شبكة إيثرنت التقليدية (بما في ذلك شبكة إيثرنت بدون خسارة ROCE) تدعم أيضًا شبكات تحكم SDN، فقد انحرفت العديد من الشركات المصنعة للشبكات عن المفهوم المبكر لإعادة توجيه جدول التدفق OpenSlow واعتمدت بدلاً من ذلك حل netconf+VXLAN+EVPN لتجنب أن تصبح "جهازًا بلا علامة تجارية" " الصانع. أصبحت وحدة التحكم في SDN "إدارة شبكة كبيرة" أكثر تقدمًا والتي توفر فقط توزيع سياسات التحكم ذات الصلة. لا يزال مستوى إعادة التوجيه يعتمد على التعلم بين الأجهزة (تعلم إدخال جدول MAC، وتعلم جدول ARP، وتعلم إدخال جدول التوجيه، وما إلى ذلك)، مما يجعل شبكة Ethernet غير المفقودة من ROCE تفقد ميزة الشبكات الفعالة والبسيطة مثل InfiniBand.

شبكات InfiniBand الفعالة والبسيطة

اسمحوا لي أن أستخدم مثالاً في الحياة للتوضيح:

يمكننا مقارنة السفر بالسكك الحديدية عالية السرعة بشبكة InfiniBand. تتم إدارة رحلة السكك الحديدية عالية السرعة بالكامل وجدولتها بواسطة المرسل (مدير الشبكة الفرعية). لا يحتاج الركاب (حركة مرور الشبكة) إلى التعلم والعثور على طرق للذهاب إلى وجهاتهم. ما عليهم سوى ركوب الحافلة وفقًا لرقم القطار المقرر (جدول إعادة التوجيه). في هذا الوضع، تكون الرحلة بأكملها فعالة وسلسة، دون إعلانات زائدة أو تغييرات مؤقتة في المسار، مما يضمن جودة وسرعة سفر الركاب.

بالمقارنة، يمثل السفر ذاتي القيادة إيثرنت تقليدي وإيثرنت ROCE بدون فقدان. على الرغم من أنها مجهزة أيضًا بنظام ملاحة (وحدة تحكم SDN) للملاحة، إلا أن السائق (جهاز الشبكة) لا يزال بحاجة إلى إصدار أحكام في الوقت الفعلي وضبط اتجاه القيادة بناءً على ظروف الطريق (التعلم بين الأجهزة). قد تتضمن هذه العملية الاستعلام عن الخريطة (آلية البث) عدة مرات، أو انتظار إشارات المرور (إهدار النطاق الترددي)، أو اتخاذ طرق تحويلية لتجنب الازدحام (تكوين الشبكة المعقد)، مما يجعل عملية السفر بأكملها غير فعالة نسبيًا.

آلية تجنب الازدحام الائتماني المسبق: تحقيق شبكة أصلية بدون خسائر

تستخدم شبكة InfiniBand آلية قائمة على الائتمان لتجنب مشاكل تجاوز سعة المخزن المؤقت وفقدان الحزم بشكل أساسي. تضمن هذه الآلية أن المرسل لن يبدأ إرسال الحزمة إلا عندما يؤكد أن المتلقي لديه رصيد كافٍ لقبول عدد مماثل من الرسائل.

تعمل هذه الآلية المعتمدة على الائتمان على النحو التالي: يحتوي كل رابط شبكة InfiniBand على مخزن مؤقت محدد مسبقًا لتخزين الحزم التي سيتم إرسالها. يتحقق المرسل من الرصيد المتاح للمستلم قبل إرسال البيانات. يمكن فهم هذا الرصيد على أنه حجم المخزن المؤقت المتاح حاليًا للمستلم. سيقرر المرسل ما إذا كان سيبدأ إرسال الحزمة بناءً على قيمة الائتمان هذه. إذا لم يكن لدى المتلقي رصيد كافي، ينتظر المرسل حتى يقوم المتلقي بتحرير المخازن المؤقتة الكافية والإبلاغ عن الاعتمادات الجديدة المتاحة.

بمجرد انتهاء جهاز الاستقبال من إعادة التوجيه، فإنه يقوم بتحرير المخازن المؤقتة المستخدمة ويقوم بإبلاغ المرسل بشكل مستمر عن حجم المخزن المؤقت المجدول المتوفر حاليًا. وبهذه الطريقة، يمكن للمرسل فهم حالة المخزن المؤقت لجهاز الاستقبال في الوقت الفعلي وضبط إرسال حزم البيانات. تضمن آلية التحكم في التدفق على مستوى الارتباط عدم قيام المرسل بإرسال الكثير من البيانات، مما يمنع بشكل فعال تجاوز سعة المخزن المؤقت للشبكة وفقدان الحزمة.

وتتمثل ميزة هذه الآلية القائمة على الائتمان في أنها توفر طريقة فعالة وموثوقة للتحكم في التدفق. من خلال مراقبة وضبط نقل حزم البيانات في الوقت الحقيقي، بتقنية InfiniBand يمكن للشبكات ضمان النقل السلس للبيانات مع تجنب ازدحام الشبكة وتدهور الأداء. بالإضافة إلى ذلك، توفر هذه الآلية قدرة أفضل على التنبؤ بالشبكة واستقرارها، مما يسمح للتطبيقات باستخدام موارد الشبكة بشكل أكثر كفاءة.

تستخدم شبكة InfiniBand آلية قائمة على الائتمان لتجنب مشكلات تجاوز سعة المخزن المؤقت وفقدان الحزم بشكل أساسي من خلال التحكم في التدفق على مستوى الارتباط، بينما تتبنى شبكة ROCE Ethernet غير المفقودة آلية إدارة الازدحام "ما بعد الحدث". قبل إرسال الرسالة، لن يتم التفاوض على الموارد مع المتلقي، ولكن سيتم إعادة توجيه الرسالة مباشرة. فقط عندما يكون لدى محول الاستلام ازدحام في المخزن المؤقت للمنفذ (أو ازدحام وشيك)، يتم إرسال رسالة إدارة الازدحام من خلال بروتوكولي PFC وECN، مما يسمح لمحول النظير وبطاقة شبكة النظير بتقليل أو تعليق إرسال الرسالة. يمكن لهذه الطريقة "بأثر رجعي" أن تخفف من تأثير الازدحام إلى حد ما، ولكن لا يمكن تجنب فقدان الحزمة وعدم استقرار الشبكة بشكل كامل.

رسم تخطيطي لنقل البيانات بدون فقدان البيانات في شبكة infiniBand

واسمحوا لي أن أستخدم مثالاً آخر للتوضيح:

تشبه الآلية المعتمدة على الائتمان في شبكة InfiniBand فندقًا يدعم حجز المقاعد عبر الهاتف. عندما تريد تناول العشاء في أحد المطاعم، عليك الاتصال بالفندق مسبقاً للتأكد من وجود مقاعد كافية، وبالتالي تجنب الإحراج من عدم الحصول على مقعد بعد الوصول إلى المطعم. تضمن هذه الطريقة تجربة تناول الطعام للعملاء وتتجنب إهدار الموارد وعدم الرضا.

إن اصطفاف العملاء بعد وصولهم إلى المطعم يشبه آلية إدارة الازدحام "ما بعد الحدث". روس إيثرنت بلا فقدان. أولئك الذين لم يحددوا موعدًا مسبقًا يمكنهم الانتظار فقط وفقًا للوضع الفعلي. وعلى الرغم من أن الفنادق ستتخذ إجراءات لتخفيف الازدحام، إلا أنها قد لا تزال تواجه خطر عدم كفاية المقاعد وفقدان العملاء. على الرغم من أن آلية إدارة الازدحام "ما بعد الحدث" يمكنها التعامل مع الموقف إلى حد ما، إلا أنها لا تستطيع تجنب استياء العملاء وخسارتهم بشكل كامل.

وضع إعادة التوجيه الشامل: السماح للشبكة بتحقيق زمن وصول أقل

تستخدم شبكة Ethernet (بما في ذلك شبكة ROCE Ethernet غير المفقودة) وضع التخزين وإعادة التوجيه بشكل افتراضي. يحتاج المحول إلى استلام حزمة البيانات بالكامل وتخزينها في ذاكرة التخزين المؤقت، والتحقق من عنوان الوجهة وسلامة حزمة البيانات، ثم إعادة توجيهها. يمكن أن يسبب هذا الأسلوب بعض الكمون، خاصة عند معالجة عدد كبير من الحزم.

بينما تحتاج تقنية وضع إعادة التوجيه الشامل فقط إلى قراءة معلومات رأس حزمة البيانات، وتحديد منفذ الوجهة، ثم البدء فورًا في إعادة توجيه حزمة البيانات عندما يتلقى المحول حزمة بيانات. يمكن لهذه التقنية أن تقلل بشكل كبير من وقت بقاء حزم البيانات في المحول، وبالتالي تقليل تأخير الإرسال.

تستخدم محولات InfiniBand وضع إعادة التوجيه المقطوع، مما يجعل عملية إعادة توجيه الرسائل بسيطة للغاية. يحتاج فقط إلى معرف LID 16 بت (يتم تقديمه مباشرةً بواسطة مدير الشبكة الفرعية) للعثور بسرعة على مسار إعادة التوجيه. وبهذه الطريقة، يتم تقليل تأخير إعادة التوجيه إلى أقل من 100 نانو ثانية. تستخدم محولات Ethernet عادةً عنونة بحث جدول MAC وطرق التخزين وإعادة التوجيه لمعالجة البيانات. ولكن بما أنهم يحتاجون أيضًا إلى التعامل مع العديد من الخدمات المعقدة، مثل IP وMPLS وQinQ وما إلى ذلك، فإن وقت المعالجة طويل نسبيًا، والذي قد يستغرق عدة ميكروثانية أو حتى أطول. حتى إذا كانت بعض محولات Ethernet تستخدم تقنية القطع، فقد يظل تأخير إعادة التوجيه أكثر من 200 نانو ثانية.

تأخير الشحن

واسمحوا لي أن أستخدم مثالاً آخر للتوضيح:

تتعامل شبكة Ethernet مع الحزم مثل إرسال العناصر الهشة بالبريد. يحتاج ساعي البريد إلى توخي الحذر بشكل خاص عند استلام الطرد والتحقق من سلامته للتأكد من عدم وجود أي ضرر قبل إرساله إلى الوجهة. يستغرق ساعي البريد بعض الوقت للقيام بذلك، وبالتالي سيكون هناك تأخير زمني معين.

تتعامل محولات InfiniBand مع الحزم بشكل يشبه إرسال العناصر العادية بالبريد. يقوم ساعي البريد ببساطة بإلقاء نظرة سريعة على العنوان الموجود على الطرد وإعادة توجيهه بسرعة دون انتظار فحص الحزمة بالكامل. هذه الطريقة أسرع وتقلل بشكل كبير من الوقت الذي تقضيه الحزمة في البريد offالجليد، وبالتالي تقليل تأخير الإرسال.