Die wichtigsten Vorteile von InfiniBand

Drahtlose Breitbandtechnologie, oder IB, ist ein Netzwerkkommunikationsstandard für Hochleistungsrechnen, der für seinen hohen Durchsatz und seine geringe Latenz bekannt ist. Mit der Entwicklung der Netzwerktechnologie steigt die Nachfrage nach Bandbreite und geringer Latenz, und auch die Nachfrage nach InfiniBand wächst. Dieser Artikel vermittelt Ihnen ein detailliertes Verständnis der Vorteile des InfiniBand-Netzwerks.

Was ist InfiniBand

Bevor wir mit dem Artikel beginnen, müssen wir zunächst kurz vorstellen, was InfiniBand ist. Es handelt sich um ein Netzwerkkommunikationsprotokoll und einen Schnittstellenstandard mit hoher Geschwindigkeit, hoher Bandbreite und geringer Latenz. Es wurde ursprünglich entwickelt, um Computing-Cluster und Speichersysteme zu verbinden, insbesondere in High-Performance-Computing-Umgebungen. InfiniBand eignet sich im Allgemeinen für Anwendungsszenarien, die große Datenübertragungen und geringe Latenz erfordern, wie z. B. das Training von KI-Modellen, autonomes Fahren usw.

Vorteile von InfiniBand

Warum ist InfiniBand in heutigen Netzwerken so beliebt? Ich glaube, Sie werden nach dem Lesen der folgenden Inhalte die Antwort im Kopf haben.

InfiniBand unterstützt vereinfachtes Netzwerkmanagement

InfiniBand wurde ursprünglich für SDN entwickelt und ist eine Netzwerkarchitektur, die von einem Subnet Manager verwaltet wird, der das lokale Subnetz konfigurieren und dessen kontinuierlichen Betrieb sicherstellen kann. Alle Channel Adapter und Switches müssen einen Subnet Management Agent (SMA) implementieren, um mit dem Subnet Manager zu kommunizieren. Jedes Subnetz benötigt mindestens einen Subnet Manager, um Initialisierung und Neukonfiguration durchzuführen, wenn die Verbindung hergestellt oder getrennt wird. Ein Subnet Manager wird durch einen Schlichtungsprozess als primärer Manager ausgewählt, und die anderen Subnet Manager befinden sich im Standby-Zustand. Wenn der primäre Manager ausfällt, übernimmt der Standby-Manager, um den kontinuierlichen Betrieb des Netzwerks sicherzustellen.

CPU-Offload

CPU-Offload ist ein wichtiges Mittel zur Beschleunigung von Berechnungen. InfiniBand-Netzwerke können die geringsten CPU-Ressourcen für die Datenübertragung verwenden, wie folgt:

Die Hardware entlastet den gesamten Protokollstapel der Transportschicht.

Umgehung des Kernels für Zero-Copy.

Schreiben Sie Daten über RDMA direkt aus dem Speicher eines Servers in den Speicher eines anderen Servers, ohne die CPU zu verwenden.

Hohe Bandbreite

Mit der Entwicklung der Netzwerktechnologie wird die Bandbreite von InfiniBand immer höher. Dies liegt hauptsächlich daran, dass InfiniBand für Serververbindungen im Hochleistungsrechnen verwendet wird, wodurch die Anforderungen an die Bandbreite höher und strenger werden. Von 10Gbps seit der Entwicklung der InfiniBand-Technologie bis zu den aktuellen 800Gbps hat die InfiniBand-Bandbreite große Fortschritte gemacht.

QSFPTEK bietet Ihnen InfiniBand-Module, DAC und AOC mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. In der folgenden Tabelle erfahren Sie mehr über unsere InfiniBand-Produkte:

Geringe Latenz

Im Allgemeinen verwenden Ethernet-Switches die Adressierung per MAC-Tabellen-Lookup und Store-and-Forward, was eine lange Verarbeitungszeit erfordert. InfiniBand-Switches müssen nur den Weiterleitungspfad anhand der 16-Bit-LID prüfen und nutzen Cut-Through-Technologie, um die Weiterleitungszeit auf weniger als 100ns zu verkürzen. Auf Netzwerkkartenebene kann auch RDMA-Technologie eingesetzt werden, um die Latenz bei der Kapselung und Entkapselung von Datenpaketen deutlich zu beschleunigen.

Skalierbarkeit und Flexibilität

Ein großer Vorteil des InfiniBand-Netzwerks besteht darin, dass ein einzelnes Subnetz bis zu 48.000 Knoten bereitstellen kann, und seine Skalierbarkeit und Flexibilität sind offensichtlich. Darüber hinaus ist das IB-Netzwerk nicht auf ARP oder andere Broadcast-Mechanismen angewiesen, wodurch Broadcast-Stürme oder andere Bandbreitenverschwendung vermieden werden können. Mehrere InfiniBand-Subnetze können auch über Router und Switches miteinander verbunden werden. Im Folgenden sind die von InfiniBand unterstützten Netzwerktopologien aufgeführt:

InfiniBand-Architektur unterstützt QoS

QoS ist eine Reihe von Technologien und Mechanismen zur Verwaltung und Optimierung des Netzwerkverkehrs. Es wird in der Regel verwendet, um die Priorität wichtiger Anwendungen und Dienste im Netzwerk sicherzustellen und deren Leistung und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Zunächst verwendet InfiniBand virtuelle Kanäle zur Implementierung von QoS. Virtuelle Kanäle sind unabhängige logische Kommunikationsverbindungen, die sich eine physische Verbindung teilen. Jede physische Verbindung kann bis zu 15 standardmäßige virtuelle Kanäle und einen Managementkanal unterstützen.

Zweitens verwendet InfiniBand Service-Level-Markierung, um das SL-Feld im Paket-Header zu markieren, wobei es von 0 bis 15 unterteilt wird, und jede Stufe entspricht einer anderen Priorität.

InfiniBand unterstützt außerdem die von IETF RFC 2474 und 2475 definierte differenzierte Dienstarchitektur, um QoS-Funktionen ähnlich wie DiffServ zu implementieren.

Schließlich kann InfiniBand die Parameter jedes Kommunikationsflusses steuern, indem es auf Pfaddatensätze oder Multi-Path-Datensatzabfragen reagiert. Administratoren können ihre Pfade optimieren, um sicherzustellen, dass hochpriorisierter Datenverkehr über den besten Pfad übertragen wird. QSFPTEK bietet Rechenzentrums-Switches die QoS-Funktionen unterstützen.

Netzwerkstabilität und Ausfallsicherheit

InfiniBand-Netzwerke verfügen über einen Self-Healing-Networking-Mechanismus, der auf InfiniBand-Switches basiert. Wenn während des Langzeitbetriebs ein Netzwerkausfall auftritt, kann dieser Mechanismus die Wiederherstellungszeit der Verbindung auf 1 Millisekunde reduzieren.

Lastverteilung

InfiniBand unterstützt Multipath-Routing, wodurch Datenpakete mehrere Pfade im Netzwerk wählen können. Diese Funktion ermöglicht es dem Netzwerk, Pfade auf Basis des Echtzeit-Datenverkehrs auszuwählen und Datenübertragungspfade anzupassen, um Lastverteilung zu erreichen. Multipath-Routing kann Überlastungen auf einem einzelnen Pfad wirksam vermeiden und die Netzwerkeffizienz sowie Zuverlässigkeit verbessern.

SHARP Support

InfiniBand unterstützt das SHARP-Protokoll, ein Protokoll für HPC-Systeme. Es implementiert Datenaggregations- und Reduktionsoperationen auf der Netzwerkschicht, reduziert das Datenübertragungsvolumen und die Latenz und verbessert dadurch die Netzwerkeffizienz und -leistung. Es kann kollektive Kommunikation optimieren und wiederholte Datenübertragungen zwischen Knoten vermeiden. Es spielt eine wichtige Rolle bei Big-Data-Computing und künstlicher Intelligenz.

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entstehung der InfiniBand-Technologie eine entscheidende Veränderung in Rechenzentren und High-Performance-Computing-Anwendungen bewirkt hat. Sie bietet nicht nur hohe Bandbreite und geringe Latenz, sondern verfügt auch über erhebliche Skalierbarkeit und Flexibilität. Und mit der Weiterentwicklung der Technologie wächst auch die Bandbreite, die sie bereitstellen kann. Die Bereitstellung eines InfiniBand-Netzwerks kann die Leistung erheblich verbessern und die Sorgen hinsichtlich späterer Erweiterungen ausräumen. Wenn Sie Fragen zu InfiniBand haben, wenden Sie sich bitte an die CCIE/HCIE-Ingenieure von QSFPTEK unter [email protected].