腾讯云正在自研全新高性能传输协议 HARP：支持 10000 + 节点大规模组网
IT之家 12 月 21 日消息，在常见的 TCP / IP 协议、RoCE 协议之外，腾讯云正在自研一套全新的高性能传输协议 HARP。借助这套协议，数据中心内部可以轻松支持 10000 + 节点的大规模组网，以及微秒级“复活”故障网络，实现 0 断链。
HARP 是一个完全自研的数据中心高性能传输协议。在保证端到端数据报文可靠传输的同时，HARP 可以为上层应用提供高可用、高可扩展、高性能的网络传输服务。
市面上已经有各种各样的网络传输协议，腾讯云为什么从 0 到 1 开始自研新的传输协议呢？主要原因是，随着应用规模和需求的不断发展，数据中心网络的可靠性和性能面临着巨大的挑战，之前的协议渐渐无法满足现有业务的发展。
首先，可靠性上，数据中心内部的交换机不可避免地会出现亚健康状况，这种状况轻则使得业务的响应延时增加，重则导致业务超时断链。其次，性能上，带宽敏感型应用、时延敏感的应用与日俱增，而且数据中心应用的部署规模越来越大，集合通信场景下往往会产生大量的并发的数据传输，这对现有网络传输协议的可扩展性提出了更大的要求。
因此，腾讯需要重新设计一套新的传输协议，既能满足上层应用对于高可用网络传输的要求，又能提供高带宽、低时延的数据传输服务，还能保持在大规模部署下的网络性能。
HARP 主要有三高特性：
“高可用”：通过多路径并行传输及实时的链路检测，微秒级切换故障链路，使得网络发生故障时上层业务完全无感知，没有明显的性能抖动。
“高可扩展性”：通过共享连接的设计和协议本身的优化，使得大规模组网状况下依然维持着极低的硬件资源消耗，轻松支持 1w + 节点组网下节点间通信性能无明显下跌，大大优于传统 ROCE 网络的组网能力。
“高性能”：自研拥塞控制算法，对网络能力无明显依赖的前提下，实现各种负载时都能获得极高的传输带宽和稳定的时延（包括平均时延和长尾时延）。
技术上如何实现的
1、粒度可配置的共享连接，最大支持 10000 + 节点组网
为了满足多种业务环境的使用需求（裸金属，VM，CBS 等）和大规模组网要求，HARP 支持裸连接、VM 级共享、主机级共享等粒度的连接模式。通过共享连接，HARP 可以大幅减少连接数量，降低硬件实现的资源消耗，实现高度的可扩展性，轻松支持 10000 + 级节点的大规模组网。
2、软硬件事务分离，提供 200Gbps 最高性能输出
HARP 采用软硬件分层的事务层和可靠传输层设计，分工明确：硬件负责需要高效和可靠传输的报文级事务；软件部分则提供高度灵活、贴合业务特性需求的消息处理，而不占用有限的硬件资源。
最终，HARP 可以支持在 10000 + 节点的网络规模的业务中，提供 200Gbps 的最高性能输出，对于 AI 训练、键值存储、分布式大数据应用等场景具有独特价值。
3、自研拥塞控制算法，让消息完成时间中位数降低 35%
HARP 采用自研的拥塞控制算法 PEAD，精确地感知网络拥塞，在维持高吞吐的同时，保证网络流的通畅。相较于 TCP，HARP 消息完成时间的中位数降低了 35%，同时保证 99% 数据包的网络排队时延降低 90%。
4、确定性多路径传输、实现微秒级路径切换
腾讯云 HARP 协议吸收包括 TCP 和 UDP 的优势，通过自研的报文编号方案追踪每个报文的发送和接收状态，HARP 以极低开销支持乱序接收和选择性重传，保证了报文的可靠传输。
同时，HARP 通过确定性多路径传输和微秒级路径切换，为上层应用提供高可用网络服务。
HARP 在每个连接内采用多路径传输，每条路径有独立的拥塞探测能力。基于自研拥塞控制算法优良的网络控制和感知能力，HARP 的路径管理模块会根据路径的拥塞情况进行调度，快速可靠地检测到路径故障，并在 100 微秒时间内重新探测一条新的可用路径，保证在单个交换机故障时的断链概率为 0。相比起 TCP 遭遇故障的典型重连恢复时间（约为 1s），HARP 减少了 99.9%。
IT之家了解到，HARP 最初是面向存储与高性能计算的场景而设计，目前也已经落地在腾讯的云硬盘（CBS）与弹性 RDMA（EFI）业务中。作为一个高性能的通信底座，HARP 可以被应用于数据中心对网络性能要求较高的业务中，比如 AI 训练、键值存储、分布式大数据应用等。
当前腾讯云的工程师还正在不断地完善其高性能通信库，包括使用 Socket、IB Verbs、libfabric、UCX 等通信接口接入 HARP 传输协议，从而不断扩大 HARP 的生态。
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