Tìm hiểu về InfiniBand và Ethernet, chúng là gì, khác biệt ra sao?

InfiniBand vs Ethernet:

Là các công nghệ kết nối, InfiniBand và Ethernet có thể nói là có những đặc điểm và sự khác biệt riêng, và không thể khái quát hóa cái nào tốt hơn. Chúng tiếp tục phát triển và tiến hóa trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau, và đã trở thành hai công nghệ kết nối không thể thiếu trong thế giới mạng của chúng ta.

Mạng InfiniBand

Sự khác biệt giữa InfiniBand và Ethernet rất khác nhau từ quan điểm thiết kế. Là một công nghệ kết nối mạng, InfiniBand được sử dụng rộng rãi trong các cụm siêu máy tính do độ tin cậy cao, độ trễ thấp và băng thông cao. Ngoài ra, nó là công nghệ kết nối mạng được ưa chuộng cho các máy chủ GPU. Để đạt được tốc độ dữ liệu thô 10Gbits/giây trên cáp 4X, tiêu chuẩn InfiniBand cho phép truyền tín hiệu Tốc độ Dữ liệu Đơn (SDR) ở tốc độ cơ bản 2,5Gbits/giây mỗi làn. Một kênh đơn có thể được mở rộng lần lượt lên 5Gbits/giây và 10Gbits/giây, và tốc độ dữ liệu tối đa tiềm năng là 40Gbits/giây trên cáp 4X và 120Gbits/giây trên cáp 12X, cho phép mạng InfiniBand có tín hiệu Tốc độ Dữ liệu Kép (DDR) và Tốc độ Dữ liệu gấp 4 lần (QDR).

Mạng Ethernet

Kể từ khi được giới thiệu vào ngày 30 tháng 9 năm 1980, tiêu chuẩn Ethernet đã trở thành giao thức truyền thông được sử dụng rộng rãi nhất trong mạng LAN. Không giống như InfiniBand, Ethernet được thiết kế với các mục tiêu chính sau: Làm thế nào để thông tin có thể truyền tải dễ dàng giữa nhiều hệ thống? Đó là một mạng điển hình được thiết kế với tính phân phối và khả năng tương thích. Ethernet truyền thống chủ yếu sử dụng TCP/IP để xây dựng mạng, và cho đến nay đã dần phát triển thành RoCE.

Nói chung, mạng Ethernet chủ yếu được sử dụng để kết nối nhiều máy tính hoặc các thiết bị khác như máy in, máy quét, v.v. vào mạng cục bộ. Nó không chỉ có thể kết nối mạng Ethernet với mạng có dây thông qua cáp quang, mà còn có thể hiện thực hóa mạng Ethernet trong mạng không dây thông qua công nghệ mạng không dây. Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 10 Gigabit Ethernet và Switched Ethernet đều là những loại Ethernet chính.

InfiniBand và Ethernet: Sự khác biệt giữa chúng là gì?

Việc nghẽn cổ chai trong truyền dữ liệu cụm trong các tình huống điện toán hiệu năng cao là mục tiêu thiết kế ban đầu của InfiniBand, và nó đã trở thành một tiêu chuẩn kết nối phù hợp với yêu cầu của thời đại. Do đó, InfiniBand và Ethernet có nhiều khác biệt, chủ yếu về băng thông, độ trễ, độ tin cậy của mạng, công nghệ mạng và các tình huống ứng dụng.

Băng thông

Kể từ khi InfiniBand ra đời, sự phát triển của mạng InfiniBand đã nhanh hơn so với Ethernet trong một thời gian dài. Lý do chính là InfiniBand được áp dụng cho việc kết nối giữa các máy chủ trong điện toán hiệu năng cao và giảm tải CPU. Tuy nhiên, Ethernet hướng đến việc kết nối các thiết bị đầu cuối nhiều hơn và không có yêu cầu quá cao về băng thông.

Đối với lưu lượng mạng tốc độ cao vượt quá 10G, nếu tất cả các gói tin đều được giải nén, nó sẽ tiêu tốn rất nhiều tài nguyên. Thế hệ SDR InfiniBand đầu tiên hoạt động ở tốc độ 10Gbps, cho phép truyền tải mạng tốc độ cao để giảm tải CPU và tăng hiệu suất sử dụng mạng ngoài việc tăng băng thông truyền dữ liệu và giảm tải CPU.

Độ trễ Mạng

InfiniBand và Ethernet cũng hoạt động rất khác nhau khi nói đến độ trễ mạng. Các bộ chuyển mạch Ethernet thường sử dụng phương thức lưu trữ và chuyển tiếp (store-and-forward) và địa chỉ tra cứu bảng MAC làm công nghệ Lớp 2 trong mô hình truyền tải mạng. Quy trình xử lý của các bộ chuyển mạch Ethernet dài hơn so với các bộ chuyển mạch InfiniBand, vì các dịch vụ phức tạp như IP, MPLS và QinQ phải được xem xét.

Mặt khác, xử lý Lớp 2 rất đơn giản đối với các bộ chuyển mạch InfiniBand. LID 16-bit là duy nhất có thể được sử dụng để tìm kiếm thông tin đường dẫn chuyển tiếp. Song song đó, công nghệ Cut-Through được sử dụng để giảm đáng kể độ trễ chuyển tiếp xuống dưới 100 ns, nhanh hơn đáng kể so với bộ chuyển mạch Ethernet.

Độ tin cậy của Mạng

Vì việc mất gói tin và truyền lại có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của điện toán hiệu năng cao, một giao thức mạng có độ tin cậy cao là cần thiết để đảm bảo các đặc tính không mất mát của mạng ở cấp độ cơ chế và hiện thực hóa các tính năng độ tin cậy cao của nó. Với các định dạng lớp 1 đến lớp 4 được xác định riêng, InfiniBand là một giao thức mạng hoàn chỉnh. Kiểm soát luồng đầu cuối là cơ sở cho việc gửi và nhận gói tin của mạng InfiniBand, có thể dẫn đến một mạng không mất mát.

So với InfiniBand, mạng Ethernet không có cơ chế kiểm soát luồng dựa trên lập lịch. Do đó, không thể đảm bảo liệu đầu ngang hàng có bị tắc nghẽn khi gửi gói tin hay không. Để có thể hấp thụ sự gia tăng đột ngột của lưu lượng tức thời trong mạng, cần phải mở ra một không gian bộ nhớ đệm hàng chục MB trong bộ chuyển mạch để tạm thời lưu trữ các thông báo này, chiếm tài nguyên chip. Điều này có nghĩa là diện tích chip của bộ chuyển mạch Ethernet có cùng thông số kỹ thuật lớn hơn đáng kể so với chip InfiniBand, không chỉ tốn kém hơn mà còn tiêu thụ nhiều điện năng hơn.

Phương thức Mạng

Về phương thức mạng, mạng InfiniBand đơn giản hơn để quản lý so với mạng Ethernet. Ý tưởng của SDN được tích hợp vào InfiniBand theo thiết kế. Một trình quản lý mạng con sẽ có mặt trên mỗi mạng lớp 2 InfiniBand để cấu hình ID (LocalID) của các nút mạng, tính toán thống nhất thông tin đường dẫn chuyển tiếp thông qua control plane và phát hành nó cho trao đổi InfiniBand. Để hoàn thành cấu hình mạng, một mạng lớp 2 như vậy phải được cấu hình mà không cần bất kỳ cấu hình nào.

Sử dụng chế độ mạng Ethernet để tự động tạo các mục MAC và IP phải hợp tác với giao thức ARP. Ngoài ra, mỗi máy chủ trong mạng phải gửi các gói tin thường xuyên để đảm bảo rằng các mục được cập nhật theo thời gian thực. Để phân chia mạng ảo và giới hạn quy mô của nó, nó phải triển khai cơ chế Vlan. Tuy nhiên, vì bản thân mạng Ethernet thiếu cơ chế học mục, nó sẽ dẫn đến một mạng vòng lặp. Để ngăn chặn các vòng lặp trong đường dẫn chuyển tiếp mạng, các giao thức như STP phải được triển khai, điều này làm tăng độ phức tạp của cấu hình mạng.

Các trường hợp Ứng dụng

InfiniBand được sử dụng rộng rãi trong môi trường HPC do băng thông cao, độ trễ thấp và hỗ trợ tối ưu hóa cho điện toán song song. Nó được thiết kế để xử lý các yêu cầu giao tiếp khắt khe của các cụm HPC, nơi xử lý dữ liệu quy mô lớn và giao tiếp giữa các nút thường xuyên là rất quan trọng. Mặt khác, Ethernet thường được sử dụng trong mạng doanh nghiệp, truy cập internet và mạng gia đình, và những ưu điểm chính của nó là chi phí thấp, tiêu chuẩn hóa và hỗ trợ rộng rãi.

Trong những phát triển gần đây, nhu cầu về khả năng tính toán quy mô lớn đã tăng vọt, thúc đẩy nhu cầu về giao tiếp tốc độ cao trong các máy và giao tiếp độ trễ thấp, băng thông cao giữa các máy trong các cụm siêu quy mô lớn. Theo thống kê người dùng từ 500 trung tâm siêu máy tính hàng đầu, mạng InfiniBand đóng một vai trò quan trọng trong 10 trung tâm hàng đầu và 100 trung tâm hàng đầu.

Kết luận

Có những tình huống ứng dụng phù hợp giữa InfiniBand và Ethernet. CPU không phải hy sinh nhiều tài nguyên hơn cho việc xử lý mạng vì sự gia tăng đáng kể về tốc độ do mạng InfiniBand mang lại, điều này giúp cải thiện hiệu suất sử dụng mạng. Đây là một trong những lý do chính khiến mạng InfiniBand sẽ trở thành giải pháp mạng chính cho ngành điện toán hiệu năng cao. Các sản phẩm InfiniBand 1600Gbps GDR và 3200Gbps LDR cũng sẽ xuất hiện trong tương lai. Nếu không có yêu cầu cao về độ trễ giao tiếp giữa các nút trung tâm dữ liệu, và khả năng truy cập và mở rộng linh hoạt quan trọng hơn, thì mạng Ethernet có thể được lựa chọn trong một thời gian dài.