Die Firma Google hat die Eröffnung der Datenübertragungstechnologie Falcon (hardware transport, hardwarebeschleunigter Transportlevel) bekannt gegeben und deren weitere Entwicklung in das Open Compute-Projekt überführt, das auf eine gemeinsame Entwicklung offener Hardware-Spezifikationen für die Ausstattung von Rechenzentren abzielt. Falcon wird als Ethernet der nächsten Generation präsentiert, das die Bandbreite erhöhen und die Effizienz der Datenübertragung in bestehenden Ethernet- und TCP/IP-Standardnetzwerken verbessern kann, die kritisch hinsichtlich Bandbreite und Latenz sind, wie Netzwerke für Hochleistungsrechnersysteme und künstliche Intelligenz.
Das Protokoll ist skalierbar für Rechenzentrumsnetze und wurde entwickelt, um eine vorhersehbare hohe Leistung, niedrige Latenzen, Flexibilität und Erweiterbarkeit zu gewährleisten. Die Unterstützung von Falcon wird zuerst in den Netzwerkbeschleunigern der Intel IPU E2000-Serie (Infrastructure Processing Unit) bereitgestellt, die Ethernet-Adapter mit einem programmierbaren Prozessor kombinieren, auf den Operationen ausgeführt werden können, die normalerweise auf der Seite des Netzwerkstacks oder des Systems erledigt werden, wie z.B. Verkehrsmanagement, Überlastkontrolle und Parsing von Hochsprachenprotokollen.
Um niedrige Latenzen in Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Netzen, die Paketverluste akzeptieren, zu erreichen, verwendet Falcon drei Prinzipien: präzise Messung der Latenzen zwischen dem Senden der Anfrage und dem Empfang der Antwort (RTT, Round-Trip-Time), hardwareseitige Einschränkung des Verkehrs in Bezug auf einzelne Streams und schnelle und präzise Wiederübertragung von Paketen. Diese Eigenschaften werden ergänzt durch Mittel für den gleichzeitigen Zugriff über mehrere Kanäle (Multipath) und Unterstützung der Verschlüsselung von Verbindungen.
In der Implementierung von Falcon kommen folgende Technologien zum Einsatz:
- Carousel – ein Mechanismus zur Verkehrsbeschränkung (Traffic Shaping), der die Bandbreite und Intensität des Paketflusses für einzelne Hosts regeln kann.
- Snap – ein Netzwerk-Subsystem auf Basis eines Mikrokerns, das durch Module erweiterbar ist, über die erweiterte Funktionalitäten hinzugefügt werden können, wie z.B. Funktionen der Netzwerkvirtualisierung, Verkehrsbegrenzung und Nachrichtenweiterleitung.
- Swift — ein Mechanismus zur Steuerung von Überlastungen (Congestion Control) für Rechenzentrumsnetze, der Verzögerungen von weniger als 50 Mikrosekunden für kurze RPC-Nachrichten bei einer Aufrechterhaltung der Bandbreite von 100 Gbps ermöglicht. Server bei einer Auslastung nahe 100%.
- RACK-TLP — ein Algorithmus zur Erkennung von Paketverlusten für TCP.
- PLB — ein Lastenausgleichsmechanismus, der Signale über Überlastung nutzt. Nach der Einführung von PLB in den Google-Netzen sank das Ungleichgewicht der Lasten auf die Switches um 60%, die Paketverluste reduzierten sich um 33% und die Verzögerungen bei der Lieferung kurzer RPC-Nachrichten verringerten sich um 25%.
- CSIG (Congestion Signaling) — ein Protokoll für den Austausch von Telemetrie, das zum Senden von Signalen über Überlastung und zur Verkehrssteuerung verwendet wird.
- PSP (PSP Security Protocol) — ein Protokoll zur Verschlüsselung von Datenverkehr.
Falcon verwendet RDMA und NVM Express als Protokolle der obersten Ebene, erlaubt jedoch auch die Hinzufügung der Unterstützung weiterer Protokolle der obersten Ebene in Form von Erweiterungen. Die Funktionalität von Falcon ist in drei Ebenen unterteilt: die Ebene zur Zuordnung zu Protokollen der obersten Ebene (ULP Mapping), die Transaktionsebene und die Paketübertragungsebene. Auf der ersten Ebene erfolgt die Flusskontrolle, die Verarbeitung von Nachrichten und die Zuordnung zu oberen Ebenen. Auf der zweiten Ebene finden Planung, Ressourcenmanagement und Ordnung statt. Auf der dritten Ebene werden Überlastungskontrolle, Datenverkehrsbeschränkung, Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit und gleichzeitige Nutzung verschiedener Kanäle (Multipathing) durchgeführt.
Quelle: opennet.ru
