UItra以太网联盟工作组的更新

　　By Ricky

　　UItra以太网联盟致力于从物理层、链路层、传输层和软件层改进以太网技术。在兼容当前以太网生态系统的前提下，提高以太网的转发性能，致力于完善以太网通信协议和应用接口。它还改进了存储、管理、安全结构和遥测能力，使UItra以太网技术能够满足人工智能和高性能计算的网络需求。

　　Ultra以太网联盟将需要重点关注的网络类型确定为Type2网络(后端网络)，并不反对其在Type1网络(前端网络)中使用，但不会降低Type2的网络性能，因为它需要适应Type1。

　　UEC工作组

　　UEC最初成立了物理层、链路层、传输层、软件层四个工作组，取得了突出的成果。最近，存储、管理、兼容性与测试、性能与测试调试工作组已经成立，刚刚开始工作。下图为UEC的工作组：

　　物理层工作组

　　物理层工作组致力于提高物理性能、减少延迟并改进以太网物理基础设施的管理。它包括以太网物理层规范、电信号和光信号特性、应用接口和数据结构的开发。其目标是让基础更加牢固，并确保以太网能够满足人工智能和高性能计算的严格要求。目前物理层工作组致力于制定100G/Lane和200G/Lane的PHY(端口物理层)规范，并确定了100G/Lane介质类型以及PHY支持的速率和类型。200G/Lane的规格将在IEEEP802.3djis批准后确定。

　　物理层工作组引入了链路质量预测的几个新概念：UCR(不可纠正码字比)、MTBPE(PHY错误之间的平均时间)和MTTFPA(错误数据包接受的平均时间)，致力于更准确地预测和测量物理层链路质量。

　　链路层工作组

　　链路层工作组致力于提高链路层传输的可靠性和效率，提高链路层遥测能力。

　　链路层的主要研究方向有：

　　链路层可靠性

　　在链路层添加LLR子层，位于LLC和MACCONTROL子层之间，用于链路层端到端错误数据包重传。

　　基于信用的流量控制

　　支持链路层端到端基于信用的流量控制机制，管理链路间帧的无损传输。采用CBFC(Credit-BasedFlowControl)机制来替代PFC流控。接收方定期向对方发送缓冲区空间，发送方根据消息优先级和缓冲区大小发送消息。缓冲区空间还可以用于自适应路由选择。

　　包速率提升

　　它致力于以太网报文头的压缩，以提高帧传输效率。以太网在长期的演进过程中，报文头不断膨胀，导致传输效率较低。许多领域还没有使用智能计算网络。因此，压缩报文头、提高帧传输效率势在必行。

　　报文头中需要有一个标志来指示消息是压缩的还是未压缩的，以便压缩消息和未压缩消息在网络中共存。发送方可以在不影响原有功能的情况下选择是否压缩消息。

　　目前，报文头压缩有多种解决方案，正在讨论中。

　　协商

　　它建立了链路层参数和特性的协商方法。链路层的一些新功能(例如LLR、CBFC和PRI)需要协商才能支持。主要思想是扩展LLDP并添加UECOUI，用于设备之间新链路层功能的协商。

　　传输层工作组

　　UET(UEC传输层)工作组致力于最具挑战性的应用扩展、可靠的消息传输、安全的数据传输、避免网络拥塞。其目标是解决RoCE传输的不足，提供高效、可靠、安全的大规模传输。目标传输端点达到256,000个，支持的进程数达到100,000,000个。

　　UET的主要模块如下图所示：

　　UET包含三个模块：数据包传送、安全性和语义。各模块功能如下：

　　数据包传送子层(PDS)

　　PDS包含可靠性和拥塞管理两个模块。

　　可靠性模块需要满足三个关键要求：

　　● 极致的可扩展性

　　● 消息有序传输

　　● 无序消息传输

　　可靠性模块设计有四种消息传输模式，每种模式都有其特定的用途，以满足HPC、AI、ML等应用场景。四种消息传输模式是：

　　可靠、有序的交付(ROD)

　　该模式按顺序传输消息，适用于需要有序传输消息的应用。

　　可靠、无序的运营交付(RUD)

　　这种模式只能向语义层传输一次消息，但可以容忍网络中的无序传递。可靠传输层需要检测重复的消息，以确保每条消息只能传输到语义层一次。

　　幂等操作的可靠、无序交付(RUDI)

　　该模式针对RDMA(远程直接数据存取)的读写操作进行了优化。

　　不可靠、无序交付(UUD)

　　不可靠消息可以承载UET的许多新语义。UDD的用户不需要可靠传输而使用其他可靠性方法。

　　拥塞管理模块还在研究中，包括拥塞管理和负载均衡，可以基于各个FEP进行拥塞管理。其核心是基于接收方信用的流量控制。拥塞控制定义了窗口大小和注入速率。目标是降低速率并限制消息，以避免中间节点和端点的拥塞。路径负载平衡定义了特定消息选择的路径，ECMP(等价路由)可用于选择路径。

　　运输安全

　　传输安全是UET设计的重中之重，所有数据有效负载和大多数传输标头都可以选择加密和身份验证。

　　语义

　　● UET语义层提供高性能和高可扩展的操作，实现专业化的人工智能和全功能的HPC部署。

　　● 语义层是用户软件和PDS(消息传递层)之间的桥梁。语义层定义了一系列操作，例如发送、接收、写入、读取等。该层提供可选的排序，包括各种可选的发起者和目标完成通知能力。

　　● 语义层提供无连接调用API，必须原生支持*CCL、MPI、OpenSHMEM等API。

　　软件层工作组

　　软件层通过使用libfabric API作为数据平面框架，兼容当前广泛采用的各种通信库(例如*CCL、MPI和SHMEM)，促进了UEC的快速采用。它定义了各种加速器和FEP之间的交互，包括相关的加速器API。它定义了交换机、FEP和聚合管理器(AM)的控制平面和数据平面机制，以允许不同UEC供应商之间的互操作性。它满足了UEC支持多种工作负载配置文件的需求。

　　软件层需要为INC做的工作包括：

　　● 使用INC的集合通信(libfabric)定义一个API(使用C语言)。

　　● 定义一个发现机制来确认可用的INC卸载功能。

　　● 定义这些库用于与聚合管理器(AM)通信的RPC接口。指定AM与提供INC资源的UEC交换机之间通信所使用的RPC接口。

　　● OpenConfig扩展，用于配置网络设备的FEP(由AM配置)，以实现集体通信卸载以及性能和错误监控。

　　● 具有多个功能配置文件的INC兼容网络设备的行为。指导UEC传输协议的开发，使INC技术可以轻松应用于硬件实现。