好书连载|RDMA技术简介（3）

Linux阅码场 2023-04-12 17:13

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作者简介：刘伟拥有14年网络设备开发领域的从业经验，当前就职于浪潮电子信息产业股份有限公司体系结构研究部，负责高性能网卡的架构设计和驱动程序开发工作。平时喜欢钻研技术和读书，并经常在自己的个人公众号“布鲁斯的读书圈”中发布原创的技术文章。

13.3 RDMA 协议

RDMA 指的是一种远程直接存储器访问技术。具体到协议层面，它主要包含 InfiniBand、RoCE 和 iWARP 三种协议。三种协议都符合 RDMA 标准，共享相同的上层用户接口（Verbs），只是在不同层次上有一些差别。图 13-6 对比了这几个协议在不同层次上的差异。

RDMA 技术简介

13.3.1 InfiniBand

InfiniBand（直译为“无限带宽”，缩写为 IB）是一个用于高性能计算的计算机网络通信标准，它具有极高的吞吐量和极低的时延，在 2000 年由 IBTA（InfiniBand TradeAssociation）提出。IBTA 是 RDMA 技术最主要的倡导者和先行者，其规定了一整套完整的链路层到传输层（和传统 OSI 七层模型的传输层不同）规范，如图 13-7 所示。但是 InfiniBand无法兼容现有以太网，如果企业想部署的话，除了需要专用网卡之外，还要重新购买配套的网络交换设备

13.3.2 RoCE

基于融合以太网的 RDMA（RDMA over Converged Ethernet，RoCE）也是由 IBTA 定义的。InfiniBand 架构规范定义了如何通过 InfiniBand 网络执行 RDMA，而 RoCE 则定义了如何通过以太网网络执行 RDMA。RoCE 有 RoCEv1 和 RoCEv2 两个版本。如图 13-6 所示，RoCE v1 的网络层使用了InfiniBand 规范，链路层使用以太网协议，因此允许同一个以太网广播域中的两台主机进行通信。RoCEv2 使用了“UDP+IP”作为网络层，是一个“网络层+链路层”协议，因此 RoCE v2网络中的数据包可以被路由。RoCE 被认为是 InfiniBand 的“低成本解决方案”，将 InfiniBand传输层的报文封装成以太网数据包进行收发（也就是说 RoCE 仍然使用 InfiniBand 传输层，见图 13-6）。由于 RoCE 可以使用以太网交换设备，因此在企业中的应用比较多，但是其在相同场景下相比 InfiniBand 会有一些性能方面的损失。

RoCE 与 InfiniBand 有如下几个技术差异。

• 链路级流量控制。InfiniBand 使用基于信用（credit-based）的算法来保证无损的网络通信。RoCE 的实现需要无损以太网网络，以达到类似 InfiniBand 的性能。无损以太网通常通过以太网流量控制或优先级流量控制（PFC）进行配置，配置一个无损以太网网络比配置一个 InfiniBand 网络复杂。

• 阻塞控制。InfiniBand 定义了基于 FECN/BECN 标记的阻塞控制协议。RoCEv2 定义了一种使用 ECN 进行标记、CNP 帧进行反馈的阻塞控制协议，网络中的交换机中需要支持 ECN 功能。

• InfiniBand 交换机的时延通常低于以太网交换机。在以太网链路层上使用 RDMA 应用程序时，应注意以下几点。

• 网络中不需要子网管理器。对于那些需要与子网管理器通信的操作，在 RoCE 网络中会以不同的方式进行管理。

• 由于 LID 是 InfiniBand 协议栈链路层的属性，其在 RoCE 网络中无效，因此在查询RoCE 网卡的端口时，LID 显示为零。

• 因为子网管理器不存在，所以无法查询路径。因此，在建立连接之前，必须将相关的值填充进路径记录结构。建议使用 RDMA CM 建立连接，因为它可以负责填充路径记录结构。

• RoCE 设备的流量不显示在相关以太网设备的计数器（比如 ifconfig 命令的输出中可以看到的收发包计数）中，因为它的数据收发不通过以太网设备驱动程序。RoCE 设备和 InfiniBand 设备的流量统计都在 /sys/class/infiniband//ports/number>/counters/目录下。作者使用的 Mellanox ConnectX-5 100G 网卡就是一种 RoCE 设备。在安装了该设备的机器上，执行 ibv_devinfo 命令可以获取如下比较详细的设备信息，如下所示。

从其中的 transport: InfiniBand 可以看出其传输层为 InfiniBand 传输层，link_layer: Ethernet表示它支持以太网链路层，再结合图 13-6，就可以确认这是一种符合 IBTA 定义的 RoCE 类型的 RDMA 设备。另外，port_lid: 0 表示其 LID 为 0（LID 对 RoCE 无意义）。执行 cma_roce_mode 命令可以获知此网卡当前支持的 RoCE 版本为 RoCEv2。