infiniband体系结构

### InfiniBand体系结构详解 #### 一、概述 InfiniBand作为一种高性能的输入/输出（I/O）技术，被设计用于解决传统I/O技术在计算机网络和计算技术快速发展过程中遇到的瓶颈问题。随着计算机CPU性能和互联网带宽需求的快速增长，传统I/O技术的增长速度已经无法跟上这一步伐，从而导致数据服务中的新瓶颈出现。 InfiniBand技术由Future I/O Developers Forum和NGI/I/O Forum两大I/O技术工业标准开发机构合并而成，并有望成为下一代I/O标准——3GI/O的一部分。本文将详细介绍InfiniBand的技术背景、体系结构、物理拓扑、协议分层结构以及与传统I/O技术如PCI的对比。 #### 二、InfiniBand结构 InfiniBand体系结构主要包括以下几个组成部分： 1. **信道适配器（Channel Adapter, CA）**：分为主机信道适配器（Host Channel Adapter, HCA）和目标信道适配器（Target Channel Adapter, TCA）。HCA用于主机处理器连接InfiniBand架构，而TCA则用于I/O适配器连接InfiniBand架构。HCA和TCA之间的主要区别在于它们到达传输层的客户接口不同：HCA支持专门定义的IBA Verbs层，而TCA使用的是上层协议相关接口。 2. **交换机**：负责在不同的节点之间进行数据包的转发。 3. **路由器**：用于扩展InfiniBand网络的覆盖范围，实现不同子网之间的通信。 4. **中继器**：增强信号强度，确保长距离传输的质量。 5. **链接**：每个单独的链接通道由4根信号线组成，构成一个双向数据通道，双向理论带宽为5Gb/s。 InfiniBand网络（Fabric）由多个交换机和路由器构成，这些组件通过链路相互连接。信道适配器是数据包在InfiniBand架构中传输的起点和终点。 #### 三、InfiniBand的协议分层结构 InfiniBand采用了五层协议模型，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层和上层软件应用层。这些层次的主要功能如下： 1. **物理层**：负责处理比特流的传输，包括信号的编码和解码。 2. **数据链路层**：提供链路上的数据帧的可靠传输，包括差错检测和纠正。 3. **网络层**：负责路由选择和寻址，确保数据包能够正确地从源地址传送到目的地址。 4. **传输层**：提供端到端的数据传输服务，包括流量控制和拥塞控制。 5. **上层软件应用层**：支持各种应用程序和服务，例如存储、消息传递和网络文件系统。 #### 四、Subnet Manager 除了上述五层协议之外，InfiniBand架构中还定义了一个特殊的组件——Subnet Manager。Subnet Manager的功能包括但不限于配置网络单元、错误报告、链接错误排除和机箱管理等。它是InfiniBand网络管理和维护的关键组成部分。 #### 五、InfiniBand与传统I/O技术的比较 InfiniBand相较于传统I/O技术（如PCI）具有以下优势： 1. **更高的带宽**：InfiniBand提供了比PCI更高的数据传输速率。 2. **更低的延迟**：InfiniBand采用了专门优化的设计，能够在服务器和存储设备之间实现极低的延迟。 3. **更灵活的架构**：InfiniBand支持多种网络拓扑结构，可以适应不同的应用场景需求。 4. **更强的可扩展性**：InfiniBand架构通过路由器和交换机可以轻松扩展网络规模。 InfiniBand作为一种高性能的I/O技术，在提高数据传输效率、减少延迟和提高网络可扩展性方面展现出了显著的优势。随着计算机技术和网络技术的不断发展，InfiniBand有望成为未来I/O技术的重要标准之一。