为了降低数据中心内部网络延迟,提高处理效率,RDMA技术(Remote Direct Memory Access,远程直接内存访问)的出现为新兴业务的高效应用提供了新的机遇。RDMA允许用户态的应用程序直接读取和写入远程内存,无需CPU介入多次拷贝内存,并可绕过内核直接向网卡写数据,实现了高吞吐量、超低时延和低CPU开销的效果。但是RDMA作为新技术,如何更好的与现有以太网络相结合(RoCE,RDMA over Converged Ethernet,基于融合以太网的RDMA),是一项很大的挑战。归根结底,就是RDMA技术给数据中心网络交换体系(RDMA Switch)带来了全新的变化,为了适应这种变化,有太多的问题亟待解决,包括新协议、新架构、新设备形态、新技术等等。ODCC围绕RDMA Switch理念,近年来开展了多种研究,数据中心三网合一项目就是基于此产生。

在以往数据中心中,不同类型的应用对数据中心网络有着不同的要求。对于前端网络,为了跟DCN外的用户终端对接,通常采用TCP协议。IP/以太网络技术成为前端网络主流技术,成本低、扩展性好。

存储网络一直在追求大带宽高吞吐以充分发挥存储盘和CPU的效率,上世纪90年代末采用同时期比Ethernet速率更高的FC技术(Fibre Channel,光纤通道)。进入20世纪,随着更高速率的SSD(Solid-State Drive,固态硬盘)的规模应用,特别是近来高速低时延的NVMe技术的出现,存储需要更高速更高效的网络。RDMA技术因其更低时延更高吞吐、Ethernet技术因其远超FC的更高带宽更低成本, 这两个因素使得RDMA和Ethernet技术的结合即RoCE成为存储网络技术的新趋势。存储业务系统的开源软件如Ceph的广泛应用进一步加速了这个趋势。

计算网络,典型代表为HPC等高性能业务,低时延是其的极致追求,之前采用InfiniBand专网。但随着RoCE技术的深入发展,Ethernet在计算网络中的应用也逐渐普遍。

鉴于以太网是生态最完整、应用最广泛的网络技术路线,为了降低数据中心网络的总拥有成本(TCO,Total Cost of Ownership),前端网络、存储网络和计算网络三张网络的技术归一到以太是不可避免的,这就“数据中心三网合一”。如图1所示,利用三网合一技术,可以大幅降低数据中心网络的TCO,并显著降低组网和运维工作的复杂性。

三网合一:在一张网络(Eth.)中提供不同业务

三网合一:在一张网络(Eth.)中提供不同业务

在ODCC数据中心三网合一项目中,业界开展了广泛而深入的讨论及技术研究,识别出目前RDMA技术在以太网大规模应用中存在的挑战与难点。其中针对大规模RDMA应用时的死锁问题、TCP/RoCE流量混跑问题、参数自动调优问题的研究,得到了业界广泛的认可和共识。ODCC数据中心三网合一项目组共同研发的技术开展了详尽的测试,测试结果表明,项目研究所得,能够有效支撑三网合一场景下的大规模RDMA应用,性能优异。相关研究成果,将以《三网合一技术与应用白皮书》与《三网合一测试规范》的形式在峰会上发布。

RDMA传输协议当前业界关注的重点,本项目还对下一代RDMA协议开展了探讨。目前RDMA传输协议是RoCEv2,这一代RDMA传输协议依赖ECN、CNP等技术,现在研究中已经发现会有场景出现ECN失效、CNP失效等,这些问题威胁到RoCEv2的根基,下一代RDMA传输协议的探索被提上日程。ODCC基于三网合一项目,在业界率先开展了下一代RDMA协议的讨论,相关思考也将在白皮书中向业界发布。

更多相关信息披露,详见2019年ODCC峰会,欢迎各位莅临。

项目经理:孙黎阳

项目经理:孙黎阳

华为技术有限公司

中央研究院数据中心 标准产业总监

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