Atėjo laikas pakeisti TCP duomenų centre

Nepaisant ilgos ir sėkmingos istorijos, TCP netinkamai tinka šiuolaikiniams duomenų centrams. Kiekvienas reikšmingas TCP elementas, nuo srauto orientacijos iki lūkesčių, kad paketai bus pristatyti pagal užsakymą, yra netinkami duomenų centro aplinkai. Pagrindinės problemos, susijusios su TCP, yra per daug tarpusavyje susijusios, kad būtų sprendžiamos palaipsniui; Vienintelis būdas išnaudoti visą šiuolaikinių tinklų našumo potencialą yra įdiegti naują perdavimo protokolą. Homa, naujas transporto protokolas, parodo, kad galima išvengti visų TCP problemų. Nors „Homa“ nėra suderinama su API su TCP, ją galima integruoti su RPC sistemomis, kad ji būtų plačiai naudojama.

Įvadas

Aštuntojo dešimtmečio pabaigoje sukurtas TCP buvo fenomenaliai sėkmingas ir pritaikomas. Iš pradžių sukurta tinklui, kuriame yra apie 100 pagrindinių kompiuterių ir dešimčių kilobitų per sekundę ryšio greitis, TCP padidino iki milijardų pagrindinių kompiuterių ir 100 Gbit/s arba daugiau ryšio spartos. Tačiau duomenų centro kompiuterija kelia precedento neturinčius iššūkius TCP. Milijonai branduolių yra arti ir programos, kuriose naudojami tūkstančiai mašinų, sąveikaujančių mikrosekundžių intervalu, TCP našumas nėra optimalus. TCP įveda pridėtines išlaidas, kurios riboja programos lygio našumą, todėl labai prisideda prie „duomenų centro mokesčio“.

Šioje pozicijoje teigiama, kad TCP iššūkiai duomenų centre yra neįveikiami. Kiekvienas svarbus TCP projektavimo sprendimas yra neteisingas duomenų centrui ir sukelia didelių neigiamų pasekmių. Šios problemos paveikia sistemas keliais lygiais, įskaitant tinklą, branduolio programinę įrangą ir programas. Pavyzdžiui, TCP trukdo apkrovos balansavimui, kuris yra svarbus duomenų centro operacijų aspektas.

Reikalavimai duomenų centro transportavimo protokolams

Prieš aptariant TCP problemas, būtina suprasti iššūkius, kuriuos turi spręsti bet koks duomenų centrų transportavimo protokolas:

1. Patikimas pristatymas: Protokolas turi užtikrinti, kad duomenys būtų patikimai perduodami iš vieno pagrindinio kompiuterio į kitą, nepaisant laikinų gedimų.
2. Mažas delsos laikas: Šiuolaikinė tinklo aparatinė įranga įgalina kelių mikrosekundžių trumpųjų pranešimų siuntimo laiką. Transporto protokolas neturi žymiai padidinti šio delsos.
3. Didelis pralaidumas: Protokolas turi palaikyti didelį duomenų pralaidumą ir didelį pranešimų pralaidumą, būtiną komunikacijos modeliams, pvz., transliacijai ir maišymui.
4. Spūsčių kontrolė: Protokolas turi apriboti paketų kaupimąsi tinklo eilėse, kad būtų užtikrintas mažas delsos laikas.
5. Efektyvus apkrovos balansavimas: Sparčiai didėjant tinklo greičiui, protokolas turi paskirstyti apkrovą keliuose branduoliuose, kad neatsiliktų nuo didelės spartos nuorodų.
6. NIC iškrovimas: Programinės įrangos transportavimo protokolai tampa nebeaktualūs. Ateities protokolai turi būti perkelti į specialios paskirties NIC aparatinę įrangą, kad būtų užtikrintas didelis našumas už priimtiną kainą.

Viskas apie TCP yra neteisinga

Pagrindinės TCP ypatybės, įskaitant srauto orientaciją, ryšio orientaciją, pralaidumo bendrinimą, siuntėjo valdomą perkrovos valdymą ir paketų pristatymą pagal užsakymą, yra netinkamos duomenų centro transportavimui. Kiekvienas iš šių sprendimų turi rimtų neigiamų pasekmių:

1. Srauto orientacija: TCP baitų srauto modelis netinka duomenų centro programoms, kurios paprastai keičiasi atskirais pranešimais. Šis modelis suteikia sudėtingumo ir papildomų išlaidų, pvz., iš dalies gautų pranešimų būsenos palaikymą.
2. Ryšio orientacija: TCP reikalauja ilgalaikės kiekvieno lygiaverčio ryšio būsenos, todėl susidaro didelės pridėtinės išlaidos. Tai yra problematiška duomenų centrų aplinkoje, kur programos gali turėti šimtus ar tūkstančius jungčių.
3. Pralaidumo bendrinimas: TCP sąžiningas planavimo metodas veikia prastai veikiant apkrovai, todėl labai skiriasi trumpieji pranešimai, kurie yra labai svarbūs duomenų centrų aplinkoje.
4. Siuntėjo valdoma perkrovos kontrolė: TCP perkrovos valdymą trikdo jo priklausomybė nuo buferio užimtumo ir prioritetinių eilių trūkumo, todėl kyla dilema, kai sunku optimizuoti delsą ir pralaidumą.
5. Paketų pristatymas pagal užsakymą: TCP prielaida, kad paketai pristatomi tvarkingai, riboja apkrovos balansavimą, todėl aparatinėje ir programinėje įrangoje atsiranda karštųjų taškų ir dėl to ilgas vėlavimas.

TCP yra be remonto

Mažai tikėtina, kad laipsniški TCP pataisymai bus sėkmingi dėl giliai įterptų ir tarpusavyje susijusių problemų. Pavyzdžiui, TCP perkrovos kontrolė buvo nuodugniai ištirta, ir nors buvo atlikti tokie patobulinimai kaip DCTCP, reikšmingi papildomi patobulinimai bus įmanomi tik sulaužius kai kurias pagrindines TCP prielaidas.

Homa: švarus pertvarkymas

„Homa“ yra švarus duomenų centro tinklo transporto pertvarkymas. Jo dizainas skiriasi nuo TCP visais reikšmingais aspektais:

1. Žinutės: Homa yra pagrįsta žinutėmis, įgyvendina nuotolinius procedūrų iškvietimus (RPC). Tai leidžia efektyviau balansuoti apkrovą ir planuoti iki pabaigos.
2. Nėra ryšių: „Homa“ yra be ryšio, pašalina ryšio sąrankos sąnaudas ir leidžia vienu lizdu valdyti bet kokį vienu metu vykstančių RPC skaičių.
3. SRPT: „Homa“ įgyvendina trumpiausio likusio apdorojimo laiko (SRPT) planavimą, kad teiktų pirmenybę trumpesniems pranešimams, naudodama prioritetines eiles šiuolaikiniuose komutatoriuose.
4. Imtuvu valdoma perkrovos kontrolė: „Homa“ valdo spūstis iš imtuvo, kuris žino visus gaunamus pranešimus, todėl yra geriau pasirengęs valdyti spūstis.
5. Netvarkomi paketai: „Homa“ gali toleruoti netvarkingus paketų gavimą, suteikdama daugiau lankstumo balansuojant apkrovą ir galbūt pašalindama pagrindinę perkrovą.

Kelionė iš čia

Pakeisti TCP bus sunku dėl įsitvirtinusios būsenos. Tačiau integravus Homa su pagrindinėmis RPC sistemomis, tokiomis kaip gRPC ir Apache Thrift, ji gali būti plačiai naudojama. Šis metodas leidžia programoms, naudojančioms šias sistemas, perjungti į „Homa“ mažai arba be jokio darbo.

Išvada

TCP yra netinkamas duomenų centro skaičiavimo protokolas. Kiekvienas jo dizaino aspektas yra netinkamas duomenų centro aplinkai. Norėdami panaikinti „duomenų centro mokestį“, turime pereiti prie visiškai kitokio protokolo, pavyzdžiui, „Homa“. „Homa“ integravimas su RPC sistemomis yra geriausias būdas ją plačiai naudoti. Norėdami gauti daugiau informacijos, žr. informacinį dokumentą Atėjo laikas pakeisti TCP duomenų centre.

Norėdami komentuoti, turite būti prisijungę.

Prisijunkite