InfiniBand網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2020-02-16 20:49 作者：艾銻無限 瀏覽量：

 
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        電腦不亮了怎么辦？系統(tǒng)藍(lán)屏如何處理？辦公室的電腦在家如何連接？網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該如何設(shè)置？VPN如何搭建？數(shù)據(jù)如何對接？服務(wù)器如何登錄？數(shù)據(jù)安全如何保證？數(shù)據(jù)如何存儲？視頻會議如何搭建？業(yè)務(wù)系統(tǒng)如何開啟等等一系列的問題，都會困擾著并非技術(shù)出身的您。
   
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        第二版塊是功能性互聯(lián)網(wǎng)外包服務(wù):如網(wǎng)站開發(fā)外包，小程序開發(fā)外包，APP開發(fā)外包，電商平臺開發(fā)外包，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)外包和后期的運(yùn)維外包服務(wù)。
 
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傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如TCP/IP，具有轉(zhuǎn)發(fā)丟失數(shù)據(jù)包的特性，網(wǎng)絡(luò)不良時(shí)要不斷地確認(rèn)與重發(fā)，基于這些協(xié)議的通信也會因此變慢，極大地影響了性能。與之相比，IB使用基于信任的、流控制的機(jī)制來確保連接的完整性，數(shù)據(jù)包極少丟失。使用IB協(xié)議，除非確認(rèn)接收緩存具備足夠的空間，否則不會傳送數(shù)據(jù)。接受方在數(shù)據(jù)傳輸完畢之后，返回信號來標(biāo)示緩存空間的可用性。通過這種辦法，IB協(xié)議消除了由于原數(shù)據(jù)包丟失而帶來的重發(fā)延遲，從而提升了效率和整體性能。
 
什么是InfiniBand網(wǎng)絡(luò)
InfiniBand是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，它提供了一種基于交換的架構(gòu)，由處理器節(jié)點(diǎn)之間、處理器節(jié)點(diǎn)和輸入/輸出節(jié)點(diǎn)(如磁盤或存儲)之間的點(diǎn)對點(diǎn)雙向串行鏈路構(gòu)成。每個(gè)鏈路都有一個(gè)連接到鏈路兩端的設(shè)備，這樣在每個(gè)鏈路兩端控制傳輸(發(fā)送和接收)的特性就被很好地定義和控制了。 InfiniBand通過交換機(jī)在節(jié)點(diǎn)之間直接創(chuàng)建一個(gè)私有的、受保護(hù)的通道，進(jìn)行數(shù)據(jù)和消息的傳輸，無需CPU參與遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(RDMA)和發(fā)送/接收由InfiniBand適配器管理和執(zhí)行的負(fù)載。適配器通過PCI Express接口一端連接到CPU，另一端通過InfiniBand網(wǎng)絡(luò)端口連接到InfiniBand子網(wǎng)。與其他網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議相比，這提供了明顯的優(yōu)勢，包括更高的帶寬、更低的延遲和增強(qiáng)的可伸縮性。
 
什么是InfiniBand架構(gòu)
InfiniBand Architecture(IBA)是為硬件實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)的，而TCP則是為軟件實(shí)現(xiàn)而設(shè)計(jì)的。因此，InfiniBand是比TCP更輕的傳輸服務(wù)，因?yàn)樗恍枰匦屡判驍?shù)據(jù)包，因?yàn)檩^低的鏈路層提供有序的數(shù)據(jù)包交付。傳輸層只需要檢查包序列并按順序發(fā)送包。
進(jìn)一步，因?yàn)镮nfiniBand提供以信用為基礎(chǔ)的流控制(發(fā)送方節(jié)點(diǎn)不給接收方發(fā)送超出廣播 “信用“大小的數(shù)據(jù)包),傳輸層不需要像TCP窗口算法那樣的包機(jī)制確定最優(yōu)飛行包的數(shù)量。這使得高效的產(chǎn)品能夠以非常低的延遲和可忽略的CPU利用率向應(yīng)用程序交付56、100Gb/s的數(shù)據(jù)速率。IB是以通道(Channel)為基礎(chǔ)的雙向、串行式傳輸，在連接拓樸中是采用交換、切換式結(jié)構(gòu)(Switched Fabric)，所以會有所謂的IBA交換器(Switch)，此外在線路不夠長時(shí)可用IBA中繼器(Repeater)進(jìn)行延伸。而每一個(gè)IBA網(wǎng)絡(luò)稱為子網(wǎng)(Subnet)，每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)最高可有65,536個(gè)節(jié)點(diǎn)(Node)，IBASwitch、IBA Repeater僅適用于Subnet范疇，若要通跨多個(gè)IBA Subnet就需要用到IBA路由器(Router)或IBA網(wǎng)關(guān)器(Gateway)。
至于節(jié)點(diǎn)部分，Node想與IBA Subnet接軌必須透過配接器(Adapter)，若是CPU、內(nèi)存部分要透過HCA (Host Channel Adapter)，若為硬盤、I/O部分則要透過TCA (Target Channel Adapter)，之后各部分的銜接稱為聯(lián)機(jī)(Link)。上述種種構(gòu)成了一個(gè)完整的IBA。
 
InfiniBand速率發(fā)展介紹
InfiniBand串行鏈路可以在不同的信令速率下運(yùn)行，然后可以捆綁在一起實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量。原始信令速率與編碼方案耦合，產(chǎn)生有效的傳輸速率。編碼將通過銅線或光纖發(fā)送的數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤率降至最低，但也增加了一些開銷(例如，每8位數(shù)據(jù)傳輸10位)。典型的實(shí)現(xiàn)是聚合四個(gè)鏈接單元(4X)。
目前，InfiniBand系統(tǒng)提供以下吞吐量速率:  
InfiniBand網(wǎng)絡(luò)主要上層協(xié)議
InfiniBand為不同類型的用戶提供了不同的上層協(xié)議，并為某些管理功能定義了消息和協(xié)議。InfiniBand主要支持SDP、SRP、iSER、RDS、IPoIB和uDAPL等上層協(xié)議。
SDP (Sockets Direct Protocol)是InfiniBand Trade Association (IBTA)制定的基于infiniband的一種協(xié)議，它允許用戶已有的使用TCP/IP協(xié)議的程序運(yùn)行在高速的infiniband之上。
SRP(SCSIRDMA Protocol)是InfiniBand中的一種通信協(xié)議，在InfiniBand中將SCSI命令進(jìn)行打包，允許SCSI命令通過RDMA(遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問)在不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備共享和RDMA通信服務(wù)。
iSER(iSCSI RDMA Protocol)類似于SRP(SCSI RDMA protocol)協(xié)議，是IB SAN的一種協(xié)議 ，其主要作用是把iSCSI協(xié)議的命令和數(shù)據(jù)通過RDMA的方式跑到例如Infiniband這種網(wǎng)絡(luò)上，作為iSCSI RDMA的存儲協(xié)議iSER已被IETF所標(biāo)準(zhǔn)化。
RDS(Reliable Datagram Sockets)協(xié)議與UDP 類似，設(shè)計(jì)用于在Infiniband 上使用套接字來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。實(shí)際是由Oracle公司研發(fā)的運(yùn)行在infiniband之上，直接基于IPC的協(xié)議。
IPoIB(IP-over-IB)是為了實(shí)現(xiàn)INFINIBAND網(wǎng)絡(luò)與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)兼容而制定的協(xié)議，基于TCP/IP協(xié)議，對于用戶應(yīng)用程序是透明的，并且可以提供更大的帶寬，也就是原先使用TCP/IP協(xié)議棧的應(yīng)用不需要任何修改就能使用IPoIB。
uDAPL(User Direct Access Programming Library)用戶直接訪問編程庫是標(biāo)準(zhǔn)的API，通過遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問 RDMA功能的互連（如InfiniBand）來提高數(shù)據(jù)中心應(yīng)用程序數(shù)據(jù)消息傳送性能、伸縮性和可靠性。
iSER (iSCSI Extensions for RDMA)和NFSoRDMA (NFS over RDMA)，SRP (SCSI RDMA Protocol) 等是InfiniBand中的一種通信協(xié)議，在InfiniBand中將SCSI命令進(jìn)行打包，允許SCSI命令通過RDMA在不同的系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)存儲設(shè)備共享和RDMA通信服務(wù)。
 
InfiniBand管理軟件
OpenSM軟件是符合InfiniBand的子網(wǎng)管理器(SM)，運(yùn)行在Mellanox OFED軟件堆棧進(jìn)行IB 網(wǎng)絡(luò)管理，管理控制流走業(yè)務(wù)通道，屬于帶內(nèi)管理方式。 OpenSM包括子網(wǎng)管理器、背板管理器和性能管理器三個(gè)組件，綁定在交換機(jī)內(nèi)部的必備部件。提供非常完備的管理和監(jiān)控能力，如設(shè)備自動發(fā)現(xiàn)、設(shè)備管理、Fabric可視化、智能分析、健康監(jiān)測等等。