RoCE应用在以太网中通信时，通信质量最重要的两个衡量指标主要是高带宽和低延迟。

高带宽由硬件设备本身决定，延迟主要包括：处理延迟和网络传输延迟，可以通过一些技术手段来改善。处理延迟开销指的就是消息在发送和接收阶段的处理时间，在第一章节中介绍的RDMA可以大幅度降低服务器处理延迟；网络传输延迟指的就是消息从发送方到接收方的网络传输时延，

如果网络通信状况很好的情况下，网络基本上可以达到高带宽和低延迟，但网络通信状况需要利用网络中的各种流量控制、拥塞控制、高可靠等机制来保驾护航。在传统以太网中我们可以采用QoS技术来实现业务流量的服务质量保障，但是存储RoCE流量、计算RoCE流量等对于网络服务质量的需求以太网的QoS无法满足，且存在较大的差异：

• 存储RoCE流量对丢包很敏感，且要求报文在传输过程中是保序的；
• 业务RoCE流量允许一定的丢包和时延，只需要设备提供尽力而为的服务；
• 计算RoCE流量用于高性能服务器之间的通信，流量要求低时延。

于是为了保障融合网络的网络性能、满足各种类型的RoCE流量对网络服务质量的需求，需要应用和发展一些新兴的融合网络技术。

面对不同类型的RoCE流提出的需求，传统以太网显得无能为力

传输RDMA的三个技术中，IB网络可以实现无损通信，能够完全满足RDMA对网络性能的需求，但是需要搭建专用的IB网络，成本太高；而RoCE可以实现RDMA在以太网上的承载，且建设、管理、运维等方面的成本低廉，但为了达到InfiniBand相近的性能要求，需要为RoCEv2流量建设无损的传输网络。无损以太网具备低时延、零丢包和高吞吐等特性，而针对以上几点需求传统以太网的QoS技术却显得无能为力：

1. RoCEv2是基于UDP的不可靠传输，发生拥塞时会主动丢弃报文，且无报文重传机制，无法保证零丢包，因此无法保障RDMA流量的可靠性；
2. CEE中存在多种流量类型，每一种类型的流量对网络质量有着不同的需求，任何一种类型的流量拥塞，都会对RoCE流量造成影响，导致RoCE流量的延时和丢包。原因是传统以太网的QoS技术在发生拥塞时，设备会发送Jamming信号或者Pause帧去干扰或者阻止上游设备发送端口的流量发送，该流控机制是基于端口的，因此不论是发生拥塞的流量还是RoCE流量或是其他流量都会被阻塞掉。

RDMA巧遇及时雨“CEE”，解决网络时延和丢包难题

在RDMA不断发展的同时，数据中心也在不断发生变化，计算云化、存储云化的快速普及使数据中心网络流量由“南北”为主转变为“东西”为主，如何保证数据在网络中更快、更高效的传输，成为提高数据中心性能的关键所在。

早期，数据中心建设者为了获得高性能的计算环境，会同时运营多张网络：

• 用于IP联网的业务网络（如以太网）
• 用于存储的存储网络（如FCSAN、IPSAN、FCoE、IB）
• 用于高性能计算的计算网络（如IB）等。

为了降低部署复杂度和管理难度，降低人员的技术要求以及高昂的建设费用，业界提出了将三张网络融合成一张网络的建设方案，即构建融合增强型以太网CEE（Convergence Enhanced Ethernet）。

但在融合网络中，数据中心又面临了“使用相同的以太网物理基础设施传送特性差异较大的不同类型流量时，需要满足其不同的QoS需求”这一问题，于是IEEE 802.1工作组在2008-2010年期间定义了一组以太网扩展协议，即数据中心桥DCB（Data Center Bridging）协议。通过利用DCB构建CEE可满足融合网络中各种类型流量对时延、丢包和吞吐率的不同需求。

DCB标准出现后不久，IBTA发布了RoCEv1，同时还建议RoCE需要承载于CEE之上去保障其网络服务质量。RoCEv1与CEE的结合虽然可以保证在CEE中高可靠的传输RDMA流量，但是却受限于二层广播域。于是在2014年，IBTA对RoCEv1做了一些改进，引入了UDP/IP协议，使RDMA流量可以跨越三层，在路由器间路由，相比于TCP，UDP更加高效且适用于各种交互场景。

由于DCB中的拥塞通知协议工作在二层，所以IBTA在定义RoCEv2的同时还定义了显示拥塞通知ECN（Explicit Congestion Notification）协议，为RoCEv2流量在三层的路由转发提供高可靠性保障。至此，CEE、ECN的结合可解决CEE中RoCE流量的时延和丢包难题。

融合增强型以太网CEE：IEEE802.1 DCB & ECN

随着各种应用在云平台上不断被部署和使用，以低延时、零丢包、高吞吐为目的融合增强型以太网CEE将更好为应用和租户提升云平台在计算、存储等各方面的网络性能。构建CEE的DCB协议组是由IEEE802.1工作组定义的一组以太网扩展协议，包含四个标准协议，分别为IEEE 802.1Qbb Priority-based Flow Control（PFC）、IEEE 802.1Qaz Enhanced Transmission Selection（ETS）、IEEE 802.1Qaz Data Center Bridging eXchange（DCBX）、IEEE 802.Qau Congestion Notification（CN）。由于CN工作于二层，所以IBTA在定义RoCEv2的同时也定义了可工作于三层的拥塞通知协议ECN（Explicit Congestion Notification）。

DCB协议组和ECN协议对比

DCB和ECN技术得到了数据中心网络厂商的认同后进行了大量部署，这加快了数据中心网络融合的进程。而网络融合可以带来非常多的优势：

1. 可以便于管理，一次连接服务器，光纤存储和以太网共享同一个端口，需要更少的线缆和适配器，简化系统的复杂性；
2. 数据中心不再需要部署多类技术人才，只需要懂以太网技术的人员即可；
3. 大幅降低数据中心网络建设成本，不仅包括网络基础设施的建设，还包括线缆、监控、散热、管理等其它附加费用。所以网络融合将成为数据中心网络发展的必然趋势。

融合增强型以太网解决方案>>>>>

通过对支持RDMA网络协议的分析，将三种技术的特点归纳为性能、延时、成本、可靠性、稳定性、配置/运维复杂度以及支持厂商等几个市场比较关心的点进行优劣势对比，更加简明、直观，如表2所示：

优劣势对比

通过上述对比得出，RoCE相对于iWARP有着明显的优势，因此RoCE被很多主流厂商的方案所支持，成为该领域的发展方向。而在RoCE流量的传输中，网络的传输性能和质量直接影响了RDMA应用的体验，承载RoCE流量的以太网的建设就变得非常重要。

RDMAC（RDMA Consortium）和IBTA（InfiniBand Trade Association）主导了RDMA。其中，IBTA是InfiniBand的全部标准制定者，并补充了RoCEv1/v2的标准化，而RDMAC是IETF的一个补充，它与IETF一起定义了iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）和iSER（iSCSI Extensions for RDMA）。上层应用要想使用RDMA，需要支持与RNIC之间的传输接口层（software transport interface），也被称为Verbs。

IBTA解释了RDMA传输过程中应具备的特性行为，而并没有规定Verbs的具体接口和数据结构原型，这部分工作由另一个组织OFA（Open Fabric Alliance）来完成，OFA提供了RDMA传输的一系列Verbs API。OFA还开发出了OFED（Open Fabric Enterprise Distribution）协议栈，可支持多种RDMA传输层协议。

OFED中除了提供向下与RNIC基本的队列消息服务，向上还提供了ULP（Upper Layer Protocols），通过ULPs使得上层应用不需要直接到Verbs API对接，而是借助于ULP与应用对接，常见的应用不需要做修改，就可以跑在RDMA传输层上。

支持RDMA的网络协议在发展过程中的四个阶段

图1：支持RDMA的网络协议在发展过程中的四个阶段

如图1所示，支持RDMA的网络协议的发展过程主要包括四个阶段：

IB（InfiniBand）

InfiniBand是IBTA（InfiniBand Trade Association）在2000年正式发布的规范，而RDMA是IBM和HP在2003年提出的，因此基于InfiniBand架构的RDMA属于原生RDMA，通过支持IB传输协议专用的IB网卡和IB网络设备提供硬件级的高可靠和高性能，因此在高性能计算应用场景中被广泛采纳。

InfiniBand是一种用于高性能计算的计算机网络通信标准，具有很高的吞吐量和非常低的延迟，它用于计算机之间和内部的数据互连。InfiniBand还可用作服务器和存储系统之间的直接互连或交换互连，以及存储系统之间的互连。

iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）

由于搭建InfiniBand专网的费用非常昂贵，于是IBM和HP联合Intel、Microsoft、Dell、EMC、NetApp、Adaptec、Broadcom、Cisco等业界先进厂商一起成立了RDMA Consortium组织，旨在开发必要的体系结构规范，以实现可通过TCP/IP网络（包括基于以太网的网络）提供RDMA的产品。

RDMA联盟作为Internet工作任务组（IETF）的补充，将规范草案提交给IETF工作组“Internet协议套件RDMA”进行审议，于2007年形成基于TCP/IP的RDMA，称作iWARP。iWARP主要包括MPA（Markers PDU Aligned Framing）、DDP（Direct Data Placement Protocol）、RDMAP（Remote Direct Memory Access Protocol）三层子协议，如图2所示。iWARP是一种全新的协议，使用iWARP协议对以太网络没有任何要求，但是服务器的网卡RNIC要能支持该协议，同时还要能实现RDMA的卸载和TCP的卸载（即TOE，TCP/IP Offload Engine）。

图2：传统模式和RDMA模式的对比

RoCEv1（RDMA over Converged Ethernet）

许多年来，人们仍一直设法使以太网能够支持基于IB协议的RDMA。IBTA作为InfiniBand的全部标准制定者，在2010年时补充了RoCE，其MAC层的网络头是以太网头，Ethernet Type位是0x8915，MAC层以上的网络头（包括数据）是InfiniBand头，如图2所示。RoCEv1是以太网链路层协议，该协议允许RDMA可以在同一以太网广播域中的任何两个主机之间进行通信，但这限制了RoCE功能的应用范围。与此同时，为保障其可靠性，协议建议将RoCE承载在无损网络上，即融合增强型以太网CEE（Converged Enhanced Ethernet）。

RoCEv2

IBTA在2014年又发布了RoCEv2的标准化协议，对RoCE做了进一步的改进，用以太网链路层上的IPv4/IPv6报头和UDP报头（UDP端口号为4791）替代InfiniBand的网络层和传输层，如图2所示。其中，引入IP解决了网络扩展性问题，可以跨三层组网，在基于IP的传统路由器之间路由RDMA；引入UDP解决负载均衡的问题，提高网络利用率，但RoCEv2仍然需要无损网络保障其低延时和无丢包。

要实现RDMA流量的正常传输，除了要支持上述的技术外，还需要建立从RDMA NIC到应用程序内存的数据路径，而这个路径是由Verbs API接口来建立的，一旦数据路径建立后，就可以直接访问用户空间buffer。

从图3中可以看出，网络传输侧RDMA的实现方式主要分为InfiniBand和Ethernet两种。在以太网上，又可以根据与以太网融合的协议栈的差异分为iWARP和RoCE(包括RoCEv1和RoCEv2)。

其中，InfiniBand网络使用的是支持IB协议的专用交换机；RoCEv1、RoCEv2和iWARP流量可以在传统以太网上进行传输，承载RoCEv1协议的网络只能局限于广播域内传输RDMA流量，而另外两种协议可以在传统路由器之间传输RDMA流量。在服务器端，承载IB、RoCEv1/v2流量的发送端和接收端服务器的网卡均需要支持IB协议，在使用iWARP协议的网络中服务器网卡需要支持iWARP协议。

图3：承载RDMA技术的网络架构

在RDMA的不同发展阶段，都会涌现出一些率先支持该阶段技术的供应商，比如支持IB协议栈的网卡供应商有IBM、Microsoft、Intel、Wintel、HP、Dell等70多家，支持iWARP的有Intel、Chelsio等，支持RoCEv1/v2的有Mellanox、Emulex、Broadcom、QLogic、Cavium、Huawei、ATTO Technology等，为了满足用户的不同需求，部分厂商推出了可同时支持iWARP、RoCEv1/v2两种协议的网卡，如Marvel、Microsoft、Linux、Kazan等。