InfiniBand

InfiniBand ist ein Netzwerkkommunikationsprotokoll und Schnittstellenstandard mit hoher Geschwindigkeit, hoher Bandbreite und geringer Latenz. Es verbessert die CPU-Auslastung, reduziert Latenzen und vereinfacht die Verwaltung von Rechenzentren. InfiniBand wird häufig für die Replikation und verteilte Arbeit zwischen Servern, SAN und DAS zwischen Servern und Speichergeräten sowie für die LAN-, WAN- und Internetkommunikation zwischen Servern und Netzwerken eingesetzt.

Wie funktioniert InfiniBand?

InfiniBand verwendet typischerweise eine zweischichtige Architektur, die die Netzwerkschicht von der physischen Schicht und der Sicherungsschicht trennt. Jede Schicht hat spezifische Aufgaben. Die physische Schicht stellt direkte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen Geräten über serielle Verbindungen mit hoher Bandbreite her, während die Sicherungsschicht für die Übertragung und den Empfang von Paketen zwischen Geräten zuständig ist. Die Netzwerkschicht bietet wichtige InfiniBand-Funktionen wie QoS, Virtualisierung und RDMA. Die Synergie zwischen den Schichten macht InfiniBand zu einem leistungsstarken Tool für die Unterstützung von High-Performance-Computing-Workloads (HPC) mit geringer Latenz und hoher Bandbreite.

Vorteile von InfiniBand

InfiniBand bietet mehrere Vorteile, von denen wir einige im Folgenden erläutern werden.

RDMA-Unterstützung

InfiniBand unterstützt RDMA, den Remote Direct Access to Memory. Es ermöglicht den direkten Fernzugriff auf den Speicher, ohne dass die Daten die CPU passieren müssen. Dadurch können Daten im Speicher übertragen werden. Dies reduziert nicht nur die Übertragungslatenz effektiv, sondern verbessert auch die CPU-Ressourcenauslastung, insbesondere in HPC-Anwendungsumgebungen, und steigert so die Gesamteffizienz des Systems.

CPU-Entlastung

CPU-Offloading ist ein wichtiges Mittel zur Beschleunigung der Rechenleistung. Das InfiniBand-Netzwerk nutzt die geringsten CPU-Ressourcen für die Datenübertragung. Beide sind funktional kompatibel. InfiniBand unterstützt die RDMA-Funktion, mit der Daten direkt vom Speicher eines Servers in den Speicher eines anderen Servers geschrieben werden können, ohne dass die Verarbeitung über die CPU erfolgt. Es ermöglicht Zero-Copy im Kernel.

InfiniBand unterstützt QoS

Erstens implementiert InfiniBand QoS über virtuelle Kanäle. Ein virtueller Kanal ist ein unabhängiger logischer Kommunikationspfad, der eine einzige physische Verbindung nutzt. Jede physische Verbindung kann bis zu 15 virtuelle Standardkanäle und einen Verwaltungskanal unterstützen.

Zweitens verwendet InfiniBand Service Level Marking (SL), um das SL-Feld im Paketheader zu markieren und es in 0 bis 15 Ebenen zu unterteilen, die jeweils einer anderen Priorität entsprechen.

Darüber hinaus unterstützt InfiniBand die durch IETF RFC 2474 und 2475 definierte differenzierte Servicearchitektur und implementiert dadurch ähnliche QoS-Funktionen wie DiffServ.

Schließlich kann InfiniBand auch die Parameter jedes Kommunikationsflusses steuern, indem es auf Pfaddatensätze oder Abfragen von Mehrpfaddatensätzen reagiert. Administratoren können diese Pfade optimieren, um sicherzustellen, dass Verkehr mit hoher Priorität über den optimalen Pfad übertragen wird.

SHARP-Unterstützung

SHARP ist ein Protokoll für HPC-Systeme, das die Kommunikationseffizienz von HPC-Clustern verbessern soll. Dies geschieht durch die Implementierung von Datenaggregations- und -reduktionsvorgängen in Netzwerkgeräten, anstatt alle Daten zur Verarbeitung an den zentralen Knoten zurückzusenden. Dies kann die gemeinsame Kommunikation optimieren und wiederholte Datenübertragungen zwischen Knoten vermeiden. Dies kann den Rechenprozess bei Anwendungen, die große Datenmengen verarbeiten und komplexe gemeinsame Operationen durchführen müssen, erheblich beschleunigen.

Anwendung von InfiniBand

InfiniBand spielt in der heutigen Industrie eine unverzichtbare Rolle und seine Eigenschaften machen es zu einer Schlüssellösung für zahlreiche Branchen.

HPC-Umgebung

In der HPC-Umgebung bietet InfiniBand eine hohe Bandbreite und geringe Latenz, um die schnelle Verarbeitung großer Datenmengen zu ermöglichen. Durch Protokolle wie RDMA und SHARP wird eine schnelle Übertragung ermöglicht und eine wiederholte Datenübertragung vermieden, was die Effizienz steigert.

Speichernetzwerk

InfiniBand spielt auch in Speichernetzwerken eine sehr wichtige Rolle. Es kann die CPU umgehen und Daten direkt im Anwendungsspeicher übertragen, wodurch ein effizienter Datenzugriff und eine effiziente Datenübertragung ermöglicht und die Leistung des Speichersystems verbessert wird.

Fazit

Als wichtiger Bestandteil moderner Netzwerke hat InfiniBand entscheidende Veränderungen für Anwendungen wie Rechenzentren und Hochleistungsrechner mit sich gebracht, die große Datenmengen gleichzeitig verarbeiten müssen. Es bietet diesen Anwendungen nicht nur geringe Latenz und hohe Bandbreite, sondern überzeugt auch durch seine Skalierbarkeit und Flexibilität. Mit der technologischen Weiterentwicklung verbessert sich die Leistung kontinuierlich und erfüllt so die wachsenden Geschäftsanforderungen. Bei Fragen zu InfiniBand kontaktieren Sie uns gerne.