Schnellzugriff aufs Memory Was ist RoCE?

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Die Leistung vieler Anwendungen hängt von der Geschwindigkeit des Speicherzugriffs ab. Eine Technologie, die diesen erheblich beschleunigt, ist RoCE (RDMA over Collapsed Ethernet).

RoCE steht für 'RDMA over Converged Ethernet'. RDMA wiederum bedeutet Remote Direct Memory Access. Letztere Technologie dient dem direkten Memory-Zugriff von anderen Orten als dem Prozessor, an dem der Arbeitsspeicher direkt angegliedert ist.

Damit kann man also von einem Server/Host auf das Memory auf einem anderen Server/Host zugreifen, ohne zuvor dessen Prozessor zu belasten (siehe: Abbildung). Oft sind auch höhere Bandbreiten möglich.

Zugriff über Converged Ethernet

Von RoCE spricht man, wenn diese Art des Zugriffs über Converged Ethernet erfolgt. Converged Ethernet bedeutet, dass, anders als bei Standard-Ethernet, Pakete so lange in einem Puffer gehalten werden, bis der Empfänger das Vorpaket weitergegeben hat und wieder frei ist.

Dadurch erübrigen sich mehrfache Paketversendungen. Der zeitraubende Kollisionsmechanismus von Ethernet wird ausgehebelt.

Die Pufferspeicher werden an den Ausgangsports der Switches eingerichtet und stapeln mehrere Pakete. Sind sie voll, wird die Übertragungsgeschwindigkeit verringert, bis sie sich wieder geleert haben. Weil die zusätzlichen Puffer und der komplexere Übertragungsmechanismus Geld kosten, ist die Technologie insgesamt teurer als „normales“ Ethernet.

Vorteile von RoCE

Die Vorteile von RoCE sind neben der geringeren CPU-Belastung eine Verkürzung der Netzwerklatenz und deswegen eine gesteigerte Netzwerkleistung. Außerdem braucht man für die Technologie keine neuen Geräte, sondern lediglich Netzwerkkarten und Treiber, die RoCE beherrschen.

Solche Treiber sind in nahezu allen gängigen Betriebssystemen vorhanden. Allerdings müssen alle Netzwerkkarten mit RoCE zurecht kommen, gemischte Konfigurationen funktionieren in der Regel nicht.

So müssen Switches Priority Flow Control (PFC) für einen verlustfreien Betrieb unterstützen. PFC verwendet das Class-of-Service-Feld des VLAN-Tags gemäß IEEE 802.1Q. Es definiert die Verkehrsprioritäten und unterbricht den Verkehr, um höher priorisierten Verkehr durchzulassen.

Versionen

RoCE ist ein Standard, der von der Infiniband Trade Association (IBTA) entwickelt wurde. Die Technologie wird in hyperkonvergenten, virtualisierten und Cloud-Rechenzentren angewandt.

Es gibt zwei Versionen: RoCE V.1 und RoCe V.2. Sie unterscheiden sich durch die verwendeten Netzwerkschichten und Netzwerkadapter.

RoCE V.1 arbeitet auf Schicht 2 des OSI-Schichtenmodells, dem Link-Layer. Darüber können zwei Hosts im selben virtuellen LAN direkt miteinander kommunizieren. Die maximale Länge eines Rahmens (also der Raum, den ein Paket einnehmen darf) liegt bei 500 Bytes bei Standard Ethernet, bei 9000 Byte bei Ethernet-Jumbo-Rahmen.

RoCE V.2 kann sich zudem über Schicht 3 (Routing-Schicht) mit Hosts außerhalb des eigenen VLAN verbinden. Es arbeitet also auf Schicht 2 und 3. Deshalb bezeichnet man diese Form auch als RRoCE (Routable RoCE). Das bedeutet mehr Flexibilität. Außerdem können Pakete gleichzeitig an mehrere Hosts versendet werden (IP-Multicast).

NVMe over RoCE

Eine relativ neue Anwendung von RoCE ist NVMe over RoCE, eine Variante von NVMeoF (NVMe over Fabrics). Mit ihr lässt sich auf nichtflüchtige Massenspeicher wie Flash-Laufwerke, die an einen anderen Host/Server angebunden sind, ohne Belastung der CPU von anderswo via RDMA über Converged Ethernet zugreifen. Die Auswirkungen sind dieselben wie bei anderen RoCE-Anwendungen: geringere Latenz und höhere Leistung.

Insgesamt hilft RoCE zu vermeiden, dass der Speicherzugriff bei immer schnelleren Netzen zum Bottleneck wird, sobald der Speicher nicht mehr am eigenen System hängt.

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