在日新月異的網絡技術領域中，遠程直接內存訪問（RDMA）技術已成為優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸流程、提升整體網絡效能的關鍵驅動力。其中，以太網融合RDMA技術——RoCE（RDMA over Converged Ethernet），其第二代版本RoCE v2憑借顯著的性能提升與更強的靈活性脫穎而出。

什么是RoCE v2技術？

RoCE v2是一種專為實現(xiàn)以太網環(huán)境下低延遲、高吞吐量數(shù)據(jù)傳輸而設計的RDMA協(xié)議。相較于涉及多重處理層次的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式，RoCE v2實現(xiàn)了系統(tǒng)間的直接內存訪問機制，最大限度地減少了CPU的參與和降低通信延遲。這一特性賦予了RoCE v2在對數(shù)據(jù)交換速度及效率有著極高要求的應用場景中無可比擬的優(yōu)勢，例如高性能計算（HPC）環(huán)境、數(shù)據(jù)中心以及云計算架構。

RoCE v2是在前一代RoCE v1的基礎上演進而來的，通過引入一系列改進措施有效解決了原有局限性問題，并全面提升了性能表現(xiàn)。該協(xié)議充分利用了融合以太網基礎設施，使得傳統(tǒng)以太網流量與RDMA流量能夠在同一網絡結構中共存共榮。這種創(chuàng)新性的融合設計不僅簡化了網絡管理操作，還消除了搭建獨立RDMA架構的需求，從而極大地增強了RoCE v2的易用性和經濟效益。

RoCE網卡

在RoCE v2技術體系中，核心硬件設備之一是RoCE網絡接口卡（簡稱RoCE網卡），這種專門設計的網卡旨在高效支持RDMA操作。作為系統(tǒng)間直接內存訪問的關鍵實現(xiàn)載體，RoCE網卡集成了必要的硬件特性，能夠將CPU從繁重的RDMA任務中解脫出來，從而顯著降低數(shù)據(jù)傳輸延遲，并有力提升整個系統(tǒng)的運行性能。

而構建高性能網絡交換機的核心基礎在于其采用的轉發(fā)芯片技術。值得一提的是，Tomahawk3系列芯片已廣泛應用于各類交換機產品之中，且隨著市場趨勢的發(fā)展，越來越多的交換機開始支持更新一代的Tomahawk4系列芯片。這種向更先進芯片技術的過渡進一步突顯了這些芯片在當前商業(yè)領域中的重要地位，它們被普遍用于高速、大容量的數(shù)據(jù)包轉發(fā)處理。

RoCE v2與InfiniBand技術對比

RoCE v2（基于以太網融合的RDMA第二版）和InfiniBand均為針對數(shù)據(jù)中心及高性能計算環(huán)境設計，旨在提供高速、低延遲通信解決方案的技術。以下從不同層面剖析兩者的關鍵差異。

物理層架構

RoCE v2：依托于現(xiàn)有的以太網基礎設施，允許在同一網絡中整合存儲數(shù)據(jù)流和常規(guī)數(shù)據(jù)流量，因此更易于融入既有的數(shù)據(jù)中心架構。 InfiniBand：采用獨立于以太網之外的專有通訊結構，通常需要專門構建的InfiniBand網絡，并可能涉及獨立的線纜布設和專用交換機設備。

協(xié)議棧與網絡協(xié)議兼容性

RoCE v2：通過以太網實現(xiàn)RDMA（遠程直接內存訪問）功能，其能夠與傳統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧無縫集成，從而確保了對標準網絡協(xié)議的兼容性。 InfiniBand：配備了一套專為高速、低延遲傳輸優(yōu)化定制的自有協(xié)議棧和網絡架構，使用時可能需要安裝特定的驅動程序和進行相應的配置調整。

交換機制

RoCE v2：能夠在支持數(shù)據(jù)中心橋接（DCB）特性的標準以太網交換機上運行，從而實現(xiàn)無損以太網的數(shù)據(jù)傳輸。 InfiniBand：則依賴于專為追求最低延遲和最高吞吐量而設計的InfiniBand交換機，以保證極致性能表現(xiàn)。

擁塞管理與控制

RoCE v2：

擁塞管理：RoCE v2依賴于以太網交換機所支持的數(shù)據(jù)中心橋接（DCB）特性來有效應對網絡擁塞狀況。通過啟用DCB，RoCE v2能夠創(chuàng)建一個無損以太網環(huán)境，從而避免因擁塞導致的數(shù)據(jù)包丟失問題。

擁塞控制：RoCE v2本身并不具備內置的專門解決方案，而是主要依靠底層以太網基礎設施所提供的功能來管理和緩解擁塞現(xiàn)象。

InfiniBand：

擁塞管理：InfiniBand具備原生的擁塞控制能力。它運用信用流控等機制，確保即使在網絡流量高峰時期也能防止擁塞發(fā)生，保障通信過程中的數(shù)據(jù)完整性。

擁塞控制：InfiniBand還整合了自適應路由和先進的擁塞控制算法，這些算法能夠根據(jù)實時網絡狀況動態(tài)調整數(shù)據(jù)傳輸路徑，從而有效地預防和減輕網絡內的擁塞問題。

路由機制與拓撲結構

RoCE v2：

路由機制：RoCE v2通常采用傳統(tǒng)的以太網路由協(xié)議進行路由決策，如路由信息協(xié)議（RIP）或開放最短路徑優(yōu)先（OSPF）。這意味著RoCE v2網絡中的數(shù)據(jù)傳輸路徑選擇是基于這些成熟的標準路由協(xié)議實現(xiàn)的。

拓撲結構：RoCE v2普遍應用于標準以太網環(huán)境之中，其路由策略的制定和執(zhí)行受到底層以太網基礎設施的制約和影響。這意味著在設計和實施RoCE v2網絡時，需要考慮現(xiàn)有的以太網架構，并根據(jù)該架構的特點來進行路由優(yōu)化。

InfiniBand：

路由機制：InfiniBand具備針對低延遲、高吞吐量通信特別優(yōu)化的路由機制，它能夠支持多路徑設定以實現(xiàn)網絡冗余及負載均衡，確保高效穩(wěn)定的傳輸性能。

拓撲結構：InfiniBand網絡支持豐富的配置方式，包括但不限于胖樹形（Fat Tree）、超立方體以及多路配置等多樣化布局。不同的拓撲結構選擇對路由決策有著直接影響，可根據(jù)實際應用場景和需求靈活構建高度可擴展且適應性強的高性能網絡。

在選擇RoCE v2與InfiniBand這兩種技術時，決策依據(jù)主要源于現(xiàn)有的基礎設施條件、特定應用需求以及實際環(huán)境的具體性能指標。RoCE v2的一大優(yōu)勢在于能夠更加平滑地整合到已有的以太網網絡架構中，這對于希望在不改變現(xiàn)有網絡基礎的前提下提升數(shù)據(jù)通信效率的用戶尤為適用。 相反，對于那些追求極致性能表現(xiàn)和高度可擴展性的高性能計算場景，InfiniBand則因其專為低延遲、高吞吐量設計的特性及內置優(yōu)化的路由與擁塞控制機制而可能成為更優(yōu)的選擇。簡而言之，RoCE v2更適合于充分利用現(xiàn)有資源進行高效升級，而InfiniBand則更傾向于滿足對性能有嚴格要求且不吝嗇投入獨立專用網絡設施的高端應用場景。

UEC推出新型傳輸協(xié)議

在2023年7月19日，超高速以太網聯(lián)盟（UEC）正式宣告成立，集結了AMD、Arista、Broadcom、Cisco、Eviden、HPE、Intel、Meta和Microsoft等一眾行業(yè)領軍企業(yè)作為創(chuàng)始成員。這些公司在網絡基礎設施構建、人工智能技術開發(fā)、云計算解決方案以及高性能計算部署等領域積累了深厚且長達數(shù)十年的專業(yè)經驗。該聯(lián)盟明確指出，盡管遠程直接內存訪問（RDMA）技術自數(shù)十年前確立以來，在數(shù)據(jù)傳輸領域取得了顯著成果，但隨著當前AI與ML應用對網絡流量需求的急劇增長與復雜化，傳統(tǒng)的RDMA已無法充分滿足其嚴苛的標準。尤其當RDMA傾向于采用大塊數(shù)據(jù)傳輸模式時，可能導致鏈路負載不均衡，并加劇網絡負擔過重的問題。 鑒于此，UEC倡導并著手啟動一項旨在研發(fā)集成RDMA特性的現(xiàn)代傳輸協(xié)議計劃，以適應新興應用對高效率、低延遲和更優(yōu)化資源分配的需求，從而推動網絡通信技術實現(xiàn)新的跨越。

總結

RoCE v2在RDMA技術領域扮演著舉足輕重的角色，為追求高性能與低延遲數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M織提供了一種有力的解決方案。通過巧妙融合以太網基礎設施，并結合超高速以太網聯(lián)盟（UEC）所推動的新型傳輸協(xié)議的發(fā)展成果，RoCE v2成功適應了從高性能計算環(huán)境直至云計算等各種復雜應用場景，展現(xiàn)出其靈活且經濟高效的特性。 盡管相較于InfiniBand比較中凸顯出RoCE v2的諸多優(yōu)勢，但在選擇最為合適的RDMA技術方案時，各組織仍需充分考慮自身的特殊需求及現(xiàn)有的基礎架構條件。隨著技術持續(xù)演進，RoCE v2及其相關的技術創(chuàng)新將繼續(xù)在塑造未來高性能網絡格局中扮演決定性角色。

審核編輯：黃飛

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