Qu'y a-t-il de si spécial à propos d'InfiniBand ?

InfiniBand, en tant que technologie réseau native de RDMA (Remote Direct Memory Access), est privilégiée et utilisée par de nombreux clients. Mais quels autres avantages uniques InfiniBand présente-t-il par rapport au ROCE (RDMA over Converged Ethernet), Ethernet sans perte, qui est également compatible et prend en charge le protocole RDMA ?

Les « premiers croyants » du SDN traditionnel : Rendre le réseau efficace et simple

InfiniBand est la première architecture réseau véritablement conçue nativement selon le SDN. Il est géré par un gestionnaire de sous-réseau (c'est-à-dire un contrôleur SDN). Contrairement à l'Ethernet traditionnel (y compris l'Ethernet sans perte ROCE), les commutateurs InfiniBand n'exécutent aucun protocole de routage et la table de transfert de l'ensemble du réseau est calculée et distribuée par un gestionnaire de sous-réseau centralisé. Outre les tables de transfert, le gestionnaire de sous-réseau est également responsable de la gestion de la configuration au sein du sous-réseau InfiniBand, telle que le zonage et la QoS. Le réseau InfiniBand ne s'appuie plus sur des mécanismes de diffusion tels que ARP pour l'apprentissage des tables de transfert, et il n'y aura pas de tempêtes de diffusion ni de gaspillage supplémentaire de bande passante.

Bien que l'Ethernet traditionnel (y compris l'Ethernet sans perte ROCE) prenne également en charge la mise en réseau des contrôleurs SDN, divers fabricants de réseaux se sont écartés du concept initial de transfert de table de flux OpenSlow et ont plutôt adopté la solution netconf+VXLAN+EVPN afin d'éviter de devenir une « machine sans marque ». » fabricant. Le contrôleur SDN est devenu une « gestion de grand réseau » plus avancée qui assure uniquement la distribution des politiques de contrôle pertinentes. Le niveau de transfert est toujours basé sur l'apprentissage inter-appareils (apprentissage d'entrée de table MAC, apprentissage de table ARP et apprentissage d'entrée de table de routage, etc.), ce qui fait perdre à l'Ethernet sans perte ROCE l'avantage d'un réseau efficace et simple comme InfiniBand.

La mise en réseau efficace et simple d'InfiniBand

Permettez-moi d'utiliser un exemple dans la vie pour illustrer :

Nous pouvons comparer les voyages ferroviaires à grande vitesse au réseau InfiniBand. L'ensemble du trajet ferroviaire à grande vitesse est géré et programmé par un répartiteur (gestionnaire de sous-réseau). Les passagers (trafic réseau) n'ont pas besoin d'apprendre et de trouver des itinéraires pour se rendre à leur destination. Il leur suffit de prendre le bus selon le numéro de train prévu (table d'acheminement). Dans ce mode, l’ensemble du voyage est efficace et fluide, sans annonces redondantes ni changements d’itinéraire temporaires, garantissant la qualité et la rapidité du voyage des passagers.

En comparaison, les déplacements autonomes représentent l’Ethernet traditionnel et l’Ethernet sans perte ROCE. Bien qu'ils soient également équipés d'un système de navigation (contrôleur SDN) pour la navigation, le conducteur (appareil réseau) doit toujours faire des jugements en temps réel et ajuster la direction de conduite en fonction des conditions routières (apprentissage inter-appareils). Ce processus peut impliquer d'interroger la carte (mécanisme de diffusion) plusieurs fois, d'attendre les feux de circulation (gaspillage de bande passante) ou de faire des détours pour éviter les embouteillages (configuration complexe du réseau), ce qui rend l'ensemble du processus de déplacement relativement inefficace.

Mécanisme ex ante pour éviter la congestion du crédit : réaliser un réseau natif sans perte

Le réseau InfiniBand utilise un mécanisme basé sur le crédit pour éviter fondamentalement les problèmes de débordement de tampon et de perte de paquets. Ce mécanisme garantit que l'expéditeur ne lancera la transmission de paquets que lorsqu'il confirmera que le destinataire dispose de suffisamment de crédit pour accepter un nombre correspondant de messages.

Ce mécanisme basé sur le crédit fonctionne comme suit : Chaque liaison réseau InfiniBand dispose d'un tampon prédéterminé pour stocker les paquets à transmettre. L’expéditeur vérifie le crédit disponible du destinataire avant de transmettre les données. Ce crédit peut être compris comme la taille du tampon actuellement disponible pour le récepteur. L'expéditeur décidera s'il doit lancer la transmission de paquets en fonction de cette valeur de crédit. Si le destinataire n'a pas suffisamment de crédit, l'expéditeur attend que le destinataire libère suffisamment de tampons et signale de nouveaux crédits disponibles.

Une fois que le destinataire a terminé le transfert, il libère les tampons utilisés et signale en permanence à l'expéditeur la taille du tampon planifiée actuellement disponible. De cette façon, l'expéditeur peut comprendre l'état du tampon du récepteur en temps réel et ajuster la transmission des paquets de données. Ce mécanisme de contrôle de flux au niveau du lien garantit que l'expéditeur n'envoie pas trop de données, empêchant ainsi efficacement le débordement de la mémoire tampon du réseau et la perte de paquets.

L’avantage de ce mécanisme basé sur le crédit est qu’il constitue une méthode efficace et fiable de contrôle des flux. En surveillant et en ajustant la transmission des paquets de données en temps réel, InfiniBand les réseaux peuvent assurer une transmission fluide des données tout en évitant la congestion du réseau et la dégradation des performances. De plus, ce mécanisme offre une meilleure prévisibilité et stabilité du réseau, permettant aux applications d'utiliser les ressources du réseau plus efficacement.

Le réseau InfiniBand utilise un mécanisme basé sur le crédit pour éviter fondamentalement les problèmes de débordement de tampon et de perte de paquets grâce au contrôle de flux au niveau des liaisons, tandis que l'Ethernet sans perte ROCE adopte un mécanisme de gestion de la congestion « post-événement ». Avant l'envoi du message, il ne négociera pas les ressources avec le destinataire, mais transmettra directement le message. Ce n'est que lorsque le commutateur de réception présente une congestion de la mémoire tampon de port (ou une congestion imminente) que le message de gestion de la congestion est envoyé via les protocoles PFC et ECN, permettant au commutateur homologue et à la carte réseau homologue de réduire ou de suspendre l'envoi du message. Cette méthode « post-facto » peut atténuer dans une certaine mesure l’influence de la congestion, mais la perte de paquets et l’instabilité du réseau ne peuvent être complètement évitées.

Diagramme schématique de la transmission de données sans perte dans le réseau infiniBand

Permettez-moi d'utiliser un autre exemple pour illustrer :

Le mécanisme basé sur le crédit du réseau InfiniBand est comme un hôtel qui prend en charge la réservation de sièges par téléphone. Lorsque vous souhaitez dîner au restaurant, vous appelez l'hôtel à l'avance pour vous assurer qu'il y a suffisamment de places assises, évitant ainsi l'embarras de ne pas avoir de place assise une fois arrivé au restaurant. Cette méthode garantit l’expérience culinaire des clients et évite le gaspillage de ressources et l’insatisfaction.

La file d’attente des clients après leur arrivée au restaurant s’apparente au mécanisme de gestion des embouteillages « post-événement » du ROCE Ethernet sans perte. Ceux qui n'ont pas pris rendez-vous à l'avance ne peuvent qu'attendre en fonction de la situation réelle. Même si les hôtels prendront des mesures pour réduire la congestion, ils pourraient toujours être confrontés au risque de manque de sièges et de perte de clients. Bien que le mécanisme de gestion de la congestion « post-événement » puisse remédier à la situation dans une certaine mesure, il ne peut pas complètement éviter l’insatisfaction et la perte des clients.

Mode de transfert direct : permettant au réseau d'obtenir une latence plus faible

Ethernet (inclut Ethernet sans perte ROCE) utilise le mode de stockage et de transfert par défaut. Le commutateur doit recevoir complètement l'intégralité du paquet de données et le stocker dans le cache, vérifier l'adresse de destination et l'intégrité du paquet de données, puis le transmettre. Cette approche peut entraîner une certaine latence, notamment lors du traitement d'un grand nombre de paquets.

Alors que la technologie du mode de transfert direct n'a besoin que de lire les informations d'en-tête du paquet de données, de déterminer le port de destination, puis de commencer immédiatement à transférer le paquet de données lorsque le commutateur reçoit un paquet de données. Cette technologie peut réduire considérablement le temps de séjour des paquets de données dans le commutateur, réduisant ainsi les délais de transmission.

Les commutateurs InfiniBand utilisent le mode de transfert direct, ce qui rend le traitement du transfert des messages très simple. Il n'a besoin que d'un LID 16 bits (donné directement par le gestionnaire de sous-réseau) pour trouver rapidement le chemin de transfert. De cette manière, le délai de transmission est réduit à moins de 100 nanosecondes. Les commutateurs Ethernet utilisent généralement des méthodes d'adressage de recherche de table MAC et de stockage et retransmission pour traiter les données. Mais comme ils doivent également gérer de nombreux services complexes, tels que IP, MPLS, QinQ, etc., le temps de traitement est relativement long, pouvant prendre plusieurs microsecondes, voire plus. Même si certains commutateurs Ethernet utilisent la technologie cut-through, le délai de transfert peut encore dépasser 200 nanosecondes.

Délai de transfert

Permettez-moi d'utiliser un autre exemple pour illustrer :

Ethernet gère les paquets comme l'envoi d'objets fragiles. Le facteur doit être particulièrement prudent lors de la réception du colis et vérifier son intégrité pour s'assurer qu'il n'y a aucun dommage avant de l'expédier à destination. Le facteur met un certain temps à le faire, il y aura donc un certain délai.

Les commutateurs InfiniBand gèrent les paquets comme s'ils envoyaient des éléments ordinaires. Le facteur jette simplement un coup d'œil rapide à l'adresse indiquée sur le colis et l'envoie rapidement sans attendre une inspection complète du colis. Cette méthode est plus rapide et réduit considérablement le temps que le colis passe par la poste. offglace, réduisant ainsi les délais de transmission.