摘要：在二十世纪末，人们已经对于之前的几十年是全球信息技术（IT）时代到来的曙光形成了一致的共识。但是，在二十一世纪最初的几年间，一切已经变得很清楚：虽然技术可以归功于上个世纪，但信息技术已然有了新的定义。新世纪仅仅才过了15年，产生的海量数据量早已经让前几代的数据量相形见绌，而且所有这些数据是开放的，准备好了被实时进行观察和分析。

这显著的市场趋势已经对企业产生了巨大的影响，使得企业已经纷纷开始将信息技术作为他们业务流程的基础资源，而不是作为跟踪经营业绩的手段。现在，企业不仅必须分析其业务数据，还包括其他参数，例如客户和合作伙伴的真实体验或即将发生的事件对预期销售的影响(根据以往的经验)。例如，一家大型零售企业已经接受了大数据，以优化其数字化市场战略，现在甚至已发展到了优化其供应链的阶段。数据分析可用于优化全方位渠道的供应链，以确保为客户，合作伙伴和员工提供高效，简化和统一的体验。这种方法允许零售商们得以确保第一时间掌握最新的趋势，并优化仓储库存配置，进而使得企业营收实现最大化，保证客户的满意度。

由于这些新的突破，企业IT部门不得不对现代化的数据中心基础设施迅速作出反应，使其能够应对这些新的决策工作负载的苛刻的要求。

通过建立一个强大的能够近乎实时的处理不断增长的海量数据的基础设施，使得企业在现如今的“数据分析竞争”中获得了很好的开始。这些新的基础设施应该是基于最新的多核和多插座服务器，并结合了速度更快的基于Flash的软件定义的存储(SDS)，最重要的是，通过高性能的软件定义网络(SDN)连接——其是快速、安全的数据通信，消除潜在的瓶颈，流量最大化，及满足企业总拥有成本(TCO)关键的重要元素。

对高性能网络的需求

为什么网络性能在软件定义的数据中心(SDDCs)如此重要?最主要的原因是，SDDC是基于现代横向扩展的规模化的架构，通过网络连接商用服务器和存储。连接越快，整个群集就越快。这方面的一个很好的例子是SDS系统，其中数据可以驻留在任何物理服务器;数据通过网络被传送得越快，实现的效率就越高。

但是，只有带宽是必须考虑的参数之一。另一重要的考虑因素是网络的效率，这是由运行通信任务所需要的CPU的百分比来测量的。通信所需要的CPU周期越多，用于运行作业的CPU周期就越少。一个高效的网络可以将来自CPU的通信任务卸载到I/O控制器，从而消除了I/O瓶颈，并带来一个更均衡的集群。

高效网络中所采用的最流行的技术之一是远程直接内存访问(RDMA)。基于RDMA的互连为提高数据中心的效率，降低整体的复杂性，提高数据传送性能提供了理想的选择。RDMA使数据的传送能够受到来自CPU的最小介入，而不需要多次复制该数据，这在运行TCP/IP以太网协议栈(见图1)时是必需的。RDMA不仅释放了CPU周期运行应用程序所需的昂贵的费用，同时也最大限度地利用低抖动减少了整体数据通信的延迟，使得整体的执行时间更可预测。尽管如此，直到最近RDMA也只是在InfiniBand fabrics架构可用。由于RoCE (RDMA over Converged Ethernet)的出现，RDMA的好处现在在基于以太网或混合协议fabric架构以及(IBTA)的数据中心也可用了。　　

　　图：通过RDMA vs. TCP/IP 的数据通信。

RDMA over Converged Ethernet(RoCE)

RoCE借助以太网的发展，实现了RDMA over Ethernet的高效部署。能在主流数据中心应用程序广泛部署RDMA技术。基于RoCE的网络管理与任何以太网是相同的，免除了IT管理人员学习新技术的需要。对于一处数据中心而言，RoCE的业务优势包括以下几点：

·无需更改数据中心基础架构

·在跨10/25/40/50/100GbE的网络I/O在一个单一的线统一

·延续现有的数据中心管理基础设施

·降低能耗，从而实现了成本节约

·保持现有和将来应用程序的兼容性

·通过I/O统一的单芯片解决方案显著节省了CAPEX和OPEX

RoCE互连已经在大型云服务供应商被大量部署，包括诸如微软的Azure，在企业数据中心和融合的基础设施系统。此外，在Ignite'15大会上，微软展示了他们的Windows Server 2016 SDS解决方案，跨100Gb/s以太网和RoCE的存储空间。四核心运行传输协议，同时NVMe固态硬盘为存储提供了高带宽。其结果清楚地显示了RoCE较之TCP/IP以太网所提供的优势，可实现2倍多的吞吐量(92Gb/s versus 54Gb/s)和少50%的延迟。此外，其显示了2倍的CPU效率改进：当运行在TCP/IP协议时，所有的四核得到充分利用，而RoCE使用的周期小于50%，留下更多的CPU周期来运行应用程序，从而实现更高的效率。　　

　　图：TCP / IP充分利用所有四个核心被分配给运行传输协议。

iSCSI Extensions for RDMA (iSER)

除了通过RDMA的服务器到服务器的通信，IBTA也标准化了通过RDMA (iSER)的iSCSI，这是一个扩展了互联网小型计算机系统接口(iSCSI)协议以使用远程RDMA的计算机网络协议。其基本上采用上层的iSCSI进行会话管理、发现、恢复等;其因此能够与所有iSCSI所支持的特性和功能兼容。但是，较之基于软件的iSCSI适配器，如VMware的iSCSI适配器，使用iSER能够通过以下机制消除瓶颈：

·通过RDMA技术iSER使用零拷贝

·iSER CRC由硬件计算

·iSER适用于消息边界，而不是数据流

·iSER传输协议是在硬件中实现的(最小化每个I/O 的CPU周期)　　

图：使用iSER实现更高的吞吐量和更高的IOPS(ESXi 5.X，2 台虚拟机，每台虚拟机2 LUN)。

RoCE和iSER的互连也仅次于戴尔的Fluid缓存的SAN解决方案，其采用了分布式的缓存机制，以尽量减少物理存储的访问。该解决方案，首次是在2013年的戴尔世界大会上演示的，通过允许虚拟机访问在另一台虚拟机的缓存中存储的数据最大限度地提升集群的性能。此任务需要高带宽和低延迟的互连。　　

　　图：Oracle RAC SAN性能的跨流缓存。

其结果令人印象深刻。该解决方案达到500万随机读取IOPS(每秒的输入/输出)。当运行一个Oracle工作负载基准的联机事务处理(OLTP)时，戴尔SAN流缓存还能够实现：

·快99%的响应时间

·每秒传输增加4倍

·并发用户增加6倍

戴尔也通过戴尔实验室测试的硬件堆栈，启用戴尔流缓存SAN，在VMware软件上运行微软SQL Server数据库带来了显著的性能改进。(http://marketing.dell.com/SQLServer-OLTP)

高效的网络提高投资回报率(ROI)

RDMA所带来的网络性能的提升，对数据中心的投资回报率带来了显著的影响。在一个跨10Gb/s的RoCE与10Gb/s以太网建立了一个虚拟桌面基础架构(VDI)的基准，RoCE能够提供为每台服务器提供2.5倍的虚拟桌面(140比60)。

当进行一个运行5000台虚拟桌面的ROI分析时，RoCE仅在硬件上就可以节省336400美元。考虑到软件许可费用和运营成本，其总的节约可以很容易地达到(甚至超过)500000美元。　　

图：当运行5000台虚拟桌面时，节省高达73万美元，假设SSD满载服务器的成本是6800美元，48×10GbE端口交换机成本为10000美元。

总结：RDMA助力企业成功

存储和快速分析大量的数据的能力已经成为一种显著的竞争力，有助于重塑数据中心和应用程序架构，以及转变IT资源和应用程序的创建、购买和管理方式。

企业IT团队不能忽视与建立正确的数据中心基础设施，以支持这些新的任务关键型业务流程相关的技术挑战。因此，当务之急是，必须部署最高效的基础设施，以支持和满足新的要求。

借助RDMA功能的互连构建软件定义的数据中心基础设施，有助于提高经营绩效，同时降低IT运营成本，帮助企业在其业务的各个方面获得竞争优势。

关于作者

本文作者Motti Beck是Mellanox Technologies公司的企业市场开发总监。在加入Mellanox公司之前，Motti曾是包括BindKey Technologies公司和Butterfly Communications在内的一系列初创公司的创始人，BindKey Technologies由DuPont Photomask收购，而Butterfly Communications被Texas Instruments所收购。他以前是National Semiconductor的一名业务部门负责人。Motti持有以色列理工学院计算机工程学士学位。您可以在推特上关注他：@mottibeck。