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一起来看看RDMA让网络实现低时延的绝招

鲜枣课堂 来源:中兴文档 作者:中兴文档 2022-11-24 09:50 次阅读

众所周知,互联网数据的爆炸式增长,给数据中心的处理能力带来了很大的挑战。

计算、存储和网络,是推动数据中心发展的三驾马车。

计算随着CPUGPUFPGA的发展,算力得到了极大的提升。存储随着闪存盘(SSD)的引入,数据存取时延已大幅降低。

但是,网络的发展明显滞后,传输时延高,逐渐成为了数据中心高性能的瓶颈。

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在数据中心内,70%的流量为东西向流量(服务器之间的流量)。这些流量,一般为数据中心进行高性能分布式并行计算时的过程数据流,通过TCP/IP网络传输。

如果服务器之间的TCP/IP传输速率提升了,数据中心的性能自然也会跟着提升。

fb63bde8-6b27-11ed-8abf-dac502259ad0.png

下面,我们就来看看服务器之间数据TCP/IP传输的过程,了解一下“时间都去哪了”,才好“对症下药”。

服务器间的TCP/IP传输

在数据中心,服务器A向服务器B发送数据的过程如下: fb9f5d1c-6b27-11ed-8abf-dac502259ad0.png

1、CPU控制数据由A的APP Buffer拷贝到操作系统Buffer。

2、CPU控制数据在操作系统(OS)Buffer中添加TCP、IP报文头。

3、添加TCP、IP报文头后的数据传送到网卡(NIC),添加以太网报文头。

4、报文由网卡发送,通过以太网络传输到服务器B网卡。

5、服务器B网卡卸载报文的以太网报文头后,将其传输到操作系统Buffer。

6、CPU控制操作系统Buffer中的报文卸载TCP、IP报文头。

7、CPU控制卸载后的数据传输到APP Buffer中。

从数据传输的过程可以看出,数据在服务器的Buffer内多次拷贝,在操作系统中需要添加/卸载TCP、IP报文头,这些操作既增加了数据传输时延,又消耗了大量的CPU资源,无法很好得满足高性能计算的需求。

那么,如何构造高吞吐量、超低时延和低CPU开销的高性能数据中心网络呢?

RDMA技术可以做到。

什么是RDMA

RDMA( Remote Direct Memory Access,远程直接地址访问技术 )是一种新的内存访问技术,可以让服务器直接高速读写其他服务器的内存数据,而不需要经过操作系统/CPU耗时的处理。

RDMA不算是一项新技术,已经广泛应用于高性能(HPC)科学计算中。随着数据中心高带宽、低时延的发展需求,RDMA也开始逐渐应用于某些要求数据中心具备高性能的场景中。

举个例子,2021年某大型网上商城的双十一交易额再创新高,达到5000多亿,比2020年又增长了近10%。如此巨大的交易额背后是海量的数据处理,该网上商城采用了RDMA技术来支撑高性能网络,保障了双十一的顺畅购物。

下面我们一起来看看RDMA让网络实现低时延的绝招吧。

RDMA将服务器应用数据直接由内存传输到智能网卡(固化RDMA协议),由智能网卡硬件完成RDMA传输报文封装,解放了操作系统和CPU。

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这使得RDMA具有两大优势:

Zero Copy(零拷贝):无需将数据拷贝到操作系统内核态并处理数据包头部的过程,传输延迟会显著减小。

Kernel Bypass(内核旁路)和Protocol Offload(协议卸载):不需要操作系统内核参与,数据通路中没有繁琐的处理报头逻辑,不仅会使延迟降低,而且也大大节省了CPU的资源。

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三大RDMA网络

目前,大致有三类RDMA网络,分别是InfiniBand、RoCE(RDMA over Converged Ethernet,RDMA过融合以太网)和iWARP(RDMAover TCP,互联网广域RDMA协议)。

RDMA最早专属于Infiniband网络架构,从硬件级别保证可靠传输,而RoCE和iWARP都是基于以太网的RDMA技术。

InfiniBand

InfiniBand是一种专为RDMA设计的网络。

采用Cut-Through转发模式(直通转发模式),减少转发时延。

基于Credit的流控机制(基于信用的流控机制),保证无丢包。

要求InfiniBand专用的网卡、交换机和路由器,建网成本最高。

RoCE

传输层为InfiniBand协议。

RoCE有两个版本:RoCEv1基于以太网链路层实现,只能在L2层传输;RoCEv2基于UDP承载RDMA,可部署于三层网络。

需要支持RDMA专用智能网卡,不需要专用交换机和路由器(支持ECN/PFC等技术,降低丢包率),建网成本最低。

iWARP

传输层为iWARP协议。

iWARP是以太网TCP/IP协议中TCP层实现,支持L2/L3层传输,大型组网TCP连接会消耗大量CPU,所以应用很少。

iWARP只要求网卡支持RDMA,不需要专用交换机和路由器,建网成本介于InfiniBand和RoCE之间。

Infiniband技术先进,但是价格高昂,应用局限在HPC高性能计算领域,随着RoCE和iWARPC的出现,降低了RDMA的使用成本,推动了RDMA技术普及。

在高性能存储、计算数据中心中采用这三类RDMA网络,都可以大幅度降低数据传输时延,并为应用程序提供更高的CPU资源可用性。

其中,InfiniBand网络为数据中心带来极致的性能,传输时延低至百纳秒,比以太网设备延时要低一个量级。

RoCE和iWARP网络为数据中心带来超高性价比,基于以太网承载RDMA,充分利用了RDMA的高性能和低CPU使用率等优势,同时网络建设成本也不高。

基于UDP协议的RoCE比基于TCP协议的iWARP性能更好,结合无损以太网的流控技术,解决了丢包敏感的问题。RoCE网络,已广泛应用于各行业高性能数据中心中。

结语

随着5G人工智能、工业互联网等新型领域的发展,RDMA技术的应用会越来越普及,RDMA将成为助力数据中心高性能的一大功臣。







审核编辑:刘清

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    发表于 12-05 13:38 149次阅读

    红魔Mars电竞手机发布,我们一起来看看

    支持DTS 7.1声道,配备了有效抑制各种环境噪音的多麦克风与AI语音消噪技术,加入了边框触控技术,通过机身边框的电容式实体按键实现了全新的游戏交互方式。采用了“风冷x液冷”ICE多维立体散热系统,以导热结合散热的全新理念,实现先导热,后散热的全新散热形式。
    的头像 发表于 11-30 10:48 2784次阅读

    技术盛宴 | 浅析RDMA网络下MMU水线设置

    )水线是保证RDMA网络无损和延时的关键。本文将以RDMA网络作为切入点,结合实际部署经验,分析MMU水线设置的
    发表于 11-22 12:44 430次阅读

    雷蛇OSVR拆解,来看看内部是什么样子

    知名拆解团队iFixit给我们带来了雷蛇VR眼镜--OSVR HDK 2的详细拆解,OSVR HDK 2可修复得分达到9分(总分10分,得分越高越容易修),感兴趣的朋友一起来看看吧。
    的头像 发表于 08-01 10:02 3929次阅读

    车载无线充电器,为导航而生,一起来看看

    `现在的无线充电器人又爱又恨啊,爱是感谢科技带给我们方便的体验,不用每次都去插线充电,恨是苦于没有合理的应用场景。-我们来假设下无线充电器的应用场景1.在家里:由于白天很少人会充电,那么晚上
    发表于 03-06 11:12

    多个pdf怎么合并在一起

    多个pdf怎么合并在一起?不管是在网上下载的pdf文件还是我们平常使用的pdf文件,我们都会需要将多个pdf文件合并在一起,那如何将多个pdf文件合并在一起呢?下面就跟着小编一起来看下方法吧。想要
    发表于 01-08 14:35

    怎样将多个pdf合并到一起

    ,小编使用的是迅捷PDF转换器,赶快一起来看看吧!这是款功能强大的PDF转换器,可以帮助我们解决关于不同格式文件间的转化问题 1、首先我们运行这款迅捷PDF转换器,将软件打开后,我们点击软件界面左侧
    发表于 11-14 10:31

    一起来学习吗

    一起来学习吗
    发表于 11-10 15:02

    一起来论坛学习吧

    一起来论坛学习吧
    发表于 10-24 10:39

    一起来讨论吧

    一起来讨论吧
    发表于 10-24 10:35

    中兴V5手机配置如何?我们一起来看看吧!

    在3月18日的时候中兴正式发布中兴红牛品牌,而这个品牌的首款智能手机产品中兴红牛V5将在今天(4月9日)下午正式发布,中兴这次的新机推出速度着实迅速,那么配置怎么样额?我们一起来看看吧!
    发表于 03-24 08:50 2234次阅读

    怎么设置,表格控件第列不随滚动条一起滚动?

    怎么设置,表格控件第列不随滚动条一起滚动?
    发表于 03-20 12:35

    ZYNQ7000系列开发交流,欢迎大家一起来沟通

    ZYNQ7000系列开发交流,欢迎大家一起来沟通
    发表于 02-13 15:12

    一起来看看我们走过的 ALL PROGRAMMABLE 2015!

    回首过去的年,面对整个行业向云计算、SDN/NFV、视频无处不在、嵌入式视觉、工业物联网和 5G 无线过渡的大趋势,以及随之而来对可编程的强烈需求,赛灵思从战略上实现了从Programmable
    发表于 02-08 18:17 115次阅读

    VR直播太火,一起来看看技术上它是如何实现

    直播有多火?不仅仅是目前国内将近120个直播APP在场内厮杀,就连运动软件、教育行业和医疗APP都在向直播化发展,随着各种新概念的叠加,直播的战火已经烧到了VR领域。
    发表于 08-15 17:16 4440次阅读

    一起学习,一起进步。

    一起学习,一起进步。
    发表于 07-27 09:24

    主流显卡GTX 1060长啥样,一起来看看拆解图!

    GTX 1060外部采用了和GTX 1080/1070风格类似的散热器,很长很威猛,但其实PCB很短小。如果你想知道GTX 1060内部长什么样子,一起来看拆解图。
    的头像 发表于 07-08 11:33 1.8w次阅读

    谢谢分享,好东西大家一起来分享!{:1:}

    谢谢分享,好东西大家一起来分享!{:1:}
    发表于 06-22 08:45

    元则继电器厂家传你绝招怎样留住客户

    元则继电器厂家传你绝招怎样留住客户,先来看看下面几种常见的说法。你是否曾经也对客户说过这些话?但都是错误的说法,解析:开始你就错了,好的开始是成功的半,那么错误的失败也是失败的半。我们可以想
    发表于 06-18 15:02

    一起探讨下这个可行?

    ,总成本在300多,木质盒子买了10个(10个卖)而且自己真正做的只有个,其他九个等于浪费了,并且制作个的成本也只是几十块钱而已我的想法是,开个DIY店,假如想DIY四轴飞行器的朋友们可以一起购买
    发表于 05-30 21:26

    一起来看看电子发烧友

    一起来看看电子发烧友
    发表于 05-23 13:12

    求助:Protel99 同一网络为什么连不到一起

    Protel99 同一网络为什么连不到一起
    发表于 12-09 15:00

    TINY4412开发板一起起来!!!

    谁有的 来一起
    发表于 07-30 11:14

    MiCO:智能硬件开发更简单PPT--中国硬件创新大赛北京培训

    `MiCO——智能硬件开发更简单。这是庆科的CEO王永虹先生在北京站培训会的演讲主题。智能硬件时代,万众创新,只有快速的去实现创新点子,才有可能领先!下面咱们一起来看看王总PPT中的部分精华内容
    发表于 05-23 15:00

    【招募帖】有人对智能硬件感兴趣吗,一起来交流吧。

    ,并请反馈产品评测报告或试用体验。大致情况就是这样,不知道有人有兴趣吗?一起来聊聊吧,有兴趣的可以私信我或是加我QQ:632170494 会再和您详说的。
    发表于 03-23 10:52

    从51 入手吧 网上视频那么多你自己找来看看 顺便买个板子理事件一起这样快些

    从51 入手吧网上视频那么多你自己找来看看顺便买个板子理事件一起这样快些
    发表于 10-16 21:30

    做汽车电子的一起来交个朋友!

    做汽车电子的一起来交个朋友!
    发表于 09-14 06:53

    C语言可以实现微妙级的延时,大家一起来看看这段代码

    在使用C语言编程时延时程序是非常常见的,但是实现个精确的延时是不太容易的,在给个朋友的公司产品做维护时,发现段代码,可以实现微妙级的延时。看起来代码非常简单。但是我以前没有想到过。我们一起来看看
    发表于 09-09 11:11

    大家一起来吧!为中国的电子产业发展作出贡献

    大家一起来吧!为中国的电子产业发展作出贡献
    发表于 04-11 12:49

    Abdroid论坛的帖子 资料好少,做个榜样,大家一起来疯狂and...

    Abdroid论坛的帖子 资料好少,做个榜样,大家一起来疯狂android吧
    发表于 04-07 13:33

    厅在一起来的是否则是否

    厅在一起来的是否则是否
    发表于 03-30 23:51

    大家一起讨论下316J的驱动

    本帖最后由 nianqinghage 于 2014-3-6 14:34 编辑 目前在做个20kW移相全桥,用了316J来做驱动电路,先贴上驱动的波形,驱动原理图下次再贴,大家看看波形如何。一起来说说。
    发表于 03-06 14:34

    大家一起来。。

    大家一起来。。
    发表于 12-10 23:29

    大家一起讨论音乐频谱

    我看到很多人做了音乐频谱,我想大家一起讨论下音乐频谱,用什么led好?是高亮的还是般的,用彩色混搭好?还是纯色好,哪种纯色的好,还有就是模式,哪种效果好,大家能否分享下原理图,代码,大家一起探讨下?
    发表于 11-29 14:37

    电子菜鸟营活跃起来吧!

    的和大家一起分享下吧…… 有时间也顺便吧咱们的圈子告诉我们身边有共同兴趣爱好的朋友们吧! 相互学习,共同交流,我们的梦想才能走的更远!电子菜鸟营活跃起来吧!我们一起努力,一起加油!
    发表于 10-27 00:20

    来看看怎么样 下来看看怎么样 下来看看怎么样

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    发表于 05-13 19:03

    来看看怎么样 下来看看怎么样 下来看看怎么样

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    发表于 05-13 19:01

    让我们一起来写makefile

    大家一起来学哈
    发表于 03-14 00:04

    你有创意、我有技术。我们一起来赚币币吧

    labview 谢谢)1、本活动旨在打造个更为人性化的交流城所。你的热情得到释放。我们一起来参加吧2、本活动主要内容及形式为:有创意的朋友发表你的创意。而又技术的朋友可以将这些创意实现一起学习、一起进步/3
    发表于 12-20 21:35

    一起来搞定 ds1302

    最近在论坛看到很多同仁在研究ds1302这款时钟芯片,正巧公司项目上也用到这个,因为学习过程中遇到些问题,略有所悟。突然萌生个想法,召集老鸟们过来一起吃透这款芯片,然后记录下来,留给后来的同学
    发表于 12-02 16:04

    一起来学习FPGA,欢迎爱好者加入QQ群199362558

    一起来学习FPGA,FPGA学习小组开始招收成员,欢迎爱好者加入 FPGA技术交流群:199362558
    发表于 02-27 15:25

    一起来学习FPGA,FPGA学习小组开始招收成员,欢迎爱好者加入

    学习的路上,一起前行。有问题共同交流,有经验共同分享,有教训共同借鉴。隐藏的大师成为公认的高手,初学者成为轻松的学习者。FPGA工程师的队伍壮大起来一起来学习FPGA,FPGA学习小组开始招收成员,欢迎爱好者加入
    发表于 02-24 10:33

    本本与我一起Dancing

    本本与我一起Dancing 你是PUB里名副其实的舞神吗?是不是不能随时随地的尽兴降低了你的热情?不要失落,看了下面的文字,你就会知道原来到处
    发表于 01-26 10:11 392次阅读

    一起来认识废旧电池的危害

    一起来认识废旧电池的危害  当废旧电池被当做垃圾丢弃、进入大自然之后,其中的重金属并不能被生物降解,对环境造成严重的污染。据统
    发表于 11-02 16:53 1326次阅读

    一起来认识深入了解水银

    一起来认识深入了解水银    汞在常温下呈液态,
    发表于 10-23 09:22 1319次阅读

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