네트워크가 커질수록 데이터를 메모리와 디스크 드라이브로 보내고 받기 위해 애플리케이션을 구동시키는 CPU는 더 바빠지지만 정작 CPU는 한 번에 한 가지 일만을 할 수 있다. 새로운 작업으로 인해 계속해서 인터럽트가 걸리면 메모리 및 PCI 버스 트래픽 증가로 인해 CPU가 기간업무 애플리케이션 프로세싱을 외면해버릴 수도 있다.
‘CPU 주의부족 문제’를 피하기 위해, 기업들은 TOE (TCP/IP Offload Engine)가 들어 있는 기가비트 이더넷 NIC을 이용해 네트워크 프로토콜 프로세싱의 부하를 줄일 수 있다.
회사에서 TCP/IP를 이용해 다중 네트워크를 통해 핵심 비즈니스 애플리케이션을 돌리고 있는 데이터 센터에서는 TOE가 필수다. 이들은 애플리케이션 프로세싱을 네트워크 프로세싱과 분리될 수 있게 허용함으로써, 서버와 네트워크가 나름의 속도에 맞춰 성장할 수 있게 해준다.
TOE는 전통적인 NIC과 연관된 데이터 복사 및 트랜잭션 부하를 줄여준다. 이들은 세션 계층 인터페이스(일례로 소켓 기반 시스템에 있는 소켓 등급 인터페이스)를 이용해 전송 계층 위의 호스트 시스템과 상호작동한다. 세션 계층 인터페이스는 애플리케이션의 대용량 파일(10KB 이상) 사용을 활용하여 호스트 시스템에서 작업부하를 줄인다.
전통적인 NIC은 64KB 파일(약 40 데이터 패킷과 20 ack)을 소모할 때 호스트 CPU용으로 60개의 트랜잭션을 만들어낸다. NIC에 TOE가 있으면, 패킷 및 ack(acknowledgement: 긍정 응답) 프로세싱은 NIC에서 수행되며, 데이터는 하드웨어 지원 DMA(Direct Memory Access)를 이용해 애플리케이션 버퍼로 왕래함으로써 핵심 애플리케이션들을 위한 프로세싱 파워를 보존해 준다.
TOE가 있는 NIC에서 얻게 되는 작업처리 속도 이점은 매우 크다. 기본적인 체크섬 프로세싱과 인터럽트 합병(interrupt coalescing) 기능이 있는 쓰리콤의 3C996-T 10/100/1000 PCI-X 서버 NIC은 300~900Mbps의 양방향 작업처리 속도가 가능하다.
앨러크리테크(Alacritech)의 1000x1 서버 및 스토리지 액셀러레이터와 같이 보다 높은 TCP/IP 처리 능력이 있는 NIC의 경우는 1,500~1,800Mbps에 이르는 양방향 처리 속도를 지원하는 동시에 호스트 CPU 이용량을 줄여준다.
완전이냐 부분이냐
TOE는 완전 오프로드 솔루션이냐, 혹은 부분 오프로드 솔루션이냐로 구분된다. 어답텍(Adaptec)의 ANA-7711 TCP/IP 오프로드 어댑터와 같은 완전 오프로드 솔루션들은 호스트의 모든 TCP/IP 프로토콜 프로세싱을 NIC로 옮겨준다.
당신의 환경에 간헐적인 접속 설정 및 종료가 있고, 패킷이 유실되는 경향이 있다면 완전 오프로드 솔루션이 최고의 선택이 될 것이다. 앨러크리테크의 1000x1과 같은 부분 오프로드 솔루션은 데이터 송/수신 정보나 데이터 경로를 NIC로 자동 오프로드하는 한편, 접속의 설정 및 종료와 에러 처리에 대한 책임은 여전히 호스트 TCP/IP 스택이 관리한다. 네트워크에서 광 섬유 매체를 사용하고 있고, 패킷 유실 문제가 거의 없으며, 장기적인 접속을 유지하고 있다면 부분 오프로드 솔루션을 찾아 보라.
TOE는 기성품 컴퓨터 컴포넌트를 사용하는 독립 컴포넌트 아키텍처(Discrete Componenet Architecture)나, 특수 ASIC로 이행 가능하다. 독립 컴포넌트 TOE는 회로 보드와 기성품 컴퓨터 부품들(네트워크 프로세서나 마이크로프로세서, 펌웨어, 메모리, 데이터 전송 버스, RTOS[Real-Time Operating System], PHY/MAC 인터페이스)을 이용해 짜여진다. 호스트 CPU에 의해 수행되는 프로토콜 프로세싱은 보통 RTOS 내에 탑재된 TCP/IP 프로토콜로 오프로딩된다.
TOE용으로 보드 레벨 솔루션을 구축함으로써 얻게 되는 이점은 유연성이다. 개별적 컴포넌트들은 교체가 가능하며, 펌웨어는 롬 칩에서 업데이트될 수 있다. 펌웨어 업그레이드로 TCP/IP 스택을 바꿀 수 있으며, 특수 프로세싱 환경에 맞게 이것을 튜닝할 수도 있다.
TOE 구축에 대한 대안은 맞춤 실리콘으로 하드웨어와 소프트웨어를 통합시키는 것이다.
이 솔루션에는 FPGA(Field-Programmable Gate Arrays)와 ASIC 등 두 종류가 있다. FPGA 솔루션은 펌웨어 기반 솔루션과 마찬가지로 유연한데, 그 소프트웨어가 역동적으로 변경이 가능하기 때문이다. 그러나 높은 비용으로 인해 FPGA 솔루션은 초기 이행과 제품 개발에 한계를 느끼고 있다. 일단 모든 버그가 해결되고 제조 공정이 설정되면, TOE는 ASIC 솔루션으로 이행되며, 대량제작시 그 비용은 낮아진다.
두 가지 이행에서 모두 같은 TCP/IP 오프로드 프로세스가 실행되지만, ASIC 솔루션에는 프로세서와 온칩 메모리가 있다. 그 결과, ASIC TOE가 펌웨어 쪽보다 나은 성능을 자랑한다. 하지만, 맞춤 솔루션이 필요한 사람들은 펌웨어로 업그레이드가 가능한 솔루션을 원할 것이다.
