InfiniBand — это высокоскоростная сетевая технология и технология ввода-вывода (I/O), разработанная в конце 1990-х годов в качестве преемника предыдущих технологий межсоединений, таких как PCI и SCSI. Он был разработан, чтобы преодолеть ограничения этих технологий и обеспечить более эффективную, масштабируемую фабрику с малой задержкой для подключения серверов, систем хранения и других вычислительных устройств в центрах обработки данных и средах высокопроизводительных вычислений (HPC).
InfiniBand — это архитектура коммутируемой фабрики, в которой используется двухточечная связь между устройствами, обеспечивающая высокую пропускную способность и низкую задержку. Он использует канальный подход к передаче данных, при котором данные разбиваются на более мелкие пакеты, называемые «пакетами данных», и передаются по фабрике. Архитектура также обеспечивает параллельную обработку, при которой несколько пакетов данных могут передаваться одновременно, что повышает производительность.
InfiniBand предлагает несколько преимуществ по сравнению с традиционными сетевыми технологиями, такими как Ethernet. Во-первых, он обеспечивает значительно более высокую пропускную способность: в настоящее время доступны скорости до 200 Гбит/с. Кроме того, InfiniBand имеет гораздо меньшую задержку, чем Ethernet, что делает его идеальным для высокопроизводительных вычислительных рабочих нагрузок, когда данные должны обрабатываться быстро.
Еще одним преимуществом InfiniBand является его масштабируемость — он поддерживает десятки тысяч узлов в одной фабрике, что делает его идеальным выбором для сред крупных центров обработки данных. Он также обеспечивает высокую надежность и доступность благодаря топологии с избыточной ячеистой сетью, которая гарантирует, что фабрика остается в рабочем состоянии даже при проблемах с подключением.
Рекомендуемая литература: Что такое сеть центра обработки данных? Как управлять сетью центра обработки данных
Сетевая архитектура InfiniBand состоит из нескольких уровней, каждый из которых выполняет определенные функции для обеспечения эффективной передачи данных по фабрике. Эти слои включают в себя:
Физический уровень. Этот уровень управляет физическим соединением между устройствами и обеспечивает правильную передачу и прием данных.
Канальный уровень данных. Этот уровень обеспечивает надежную передачу данных с использованием подтверждений и контрольных сумм для обнаружения и исправления ошибок. Он также управляет потоком данных, чтобы гарантировать, что данные передаются с соответствующей скоростью.
Сетевой уровень. Этот уровень обеспечивает маршрутизацию пакетов данных по фабрике, а также управление трафиком и контроль перегрузки.
Транспортный уровень: этот уровень обеспечивает надежную сквозную доставку данных и гарантирует, что данные доставляются в правильном порядке.
Коммутаторы и адаптеры InfiniBand являются важными компонентами сети InfiniBand. Коммутаторы InfiniBand используются для маршрутизации данных между устройствами в фабрике и обычно имеют несколько портов, которые позволяют подключать к материалу несколько устройств. Адаптеры InfiniBand, с другой стороны, устанавливаются в серверах или системах хранения для обеспечения возможности подключения к фабрике InfiniBand.
Эти коммутаторы и адаптеры разработаны специально для InfiniBand. Они оптимизированы для передачи данных с малой задержкой и высокой пропускной способностью, что делает их хорошо подходящими для сред высокопроизводительных вычислений и других приложений, интенсивно использующих данные.
InfiniBand — это стандартизированная технология, в разработке и обслуживании которой участвуют несколько отраслевых организаций. Торговая ассоциация InfiniBand (IBTA) наблюдает за разработкой спецификации InfiniBand и следит за тем, чтобы она соответствовала последним технологическим достижениям. IBTA также управляет программой тестирования совместимости, которая проверяет, могут ли продукты InfiniBand от разных поставщиков работать вместе в единой фабрике.
InfiniBand в настоящее время доступен в нескольких версиях, включая InfiniBand с одинарной скоростью передачи данных (SDR), двойной скоростью передачи данных (DDR), четырехскоростной передачей данных (QDR) и восьмискоростной передачей данных (EDR). В каждой итерации улучшалась пропускная способность, задержка и другие показатели производительности, что делало InfiniBand все более привлекательным вариантом для центров обработки данных и сред высокопроизводительных вычислений.
Ethernet — это широко используемая технология для локальных сетей (LAN). Ethernet — это система проводки и протоколов данных, которые обеспечивают согласованный и надежный метод передачи пакетов данных между подключенными устройствами. Он использует физический уровень (PHY) и протокол управления доступом к среде (MAC) для отправки информации по медным или оптическим кабелям в звездообразной топологии. Ethernet используется почти во всех отраслях, от небольших приложений до крупномасштабных сетей.
Первая система Ethernet была изобретена в 1973 году Бобом Меткалфом в исследовательском центре Xerox в Пало-Альто. Первоначальный Ethernet-протокол Меткалфа, 10Base5, был разработан для соединения со скоростью 10 Мбит/с по толстому коаксиальному кабелю. Технология Ethernet развивалась с годами, и в настоящее время существует множество других вариантов с более высокими скоростями, включая 40 ГБ, 100 ГБ и 400 ГБ Ethernet.
Пакеты Ethernet состоят из заголовка и полезных данных. Заголовок включает в себя адреса источника и получателя, а полезные данные содержат передаваемую информацию. MAC-адреса присваивают каждому устройству, подключенному к сети, уникальный идентификатор, который затем используется для установления соединения.
Технология Ethernet обеспечивает множество преимуществ по сравнению с другими сетевыми технологиями, в том числе:
Рентабельность: Ethernet позволяет недорого внедрять и обслуживать сети.
Масштабируемость: системы Ethernet масштабируемы и могут быть легко модернизированы по мере увеличения потребности в пропускной способности.
Надежность: Ethernet зарекомендовал себя как очень надежный, с очень большим временем безотказной работы и низким уровнем ошибок.
Безопасность. Сети на основе Ethernet обеспечивают более высокий уровень защиты, чем другие сетевые технологии, благодаря различным функциям безопасности.
Совместимость: технология Ethernet совместима с различными устройствами, что делает ее идеальным решением для общих сетей.
Сети Ethernet спроектированы на основе архитектуры «концентратор и луч», в которой используются коммутаторы, маршрутизаторы и рабочие места для подключения устройств в звездообразной топологии. Архитектура Ethernet гарантирует точную передачу и прием пакетов данных между подключенными устройствами.
Коммутаторы и адаптеры Ethernet имеют жизненно важное значение в сетевой архитектуре Ethernet, обеспечивая связь между устройствами. Коммутаторы Ethernet соединяют несколько устройств в сеть. Они уменьшают коллизии данных и помогают предотвратить перегрузку сети. Адаптеры Ethernet (также называемые сетевыми интерфейсными картами или сетевыми адаптерами) — это устройства, которые используются для подключения компьютеров и других устройств к сети Ethernet. Они переводят цифровой сигнал в электрический сигнал, который можно передавать по сети.
Протокол Ethernet — это правила и процедуры, регулирующие связь в сетях Ethernet. Связь Ethernet основана на сетевых стандартах IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) 802.3 Ethernet. IEEE обеспечивает основу для разработки спецификаций для протокола Ethernet и аппаратного обеспечения интерфейса. Результат стандартов Ethernet гарантирует, что сетевое оборудование и устройства разных производителей могут обмениваться данными.
Последняя разработка в технологии Ethernet известна как 25 Gigabit Ethernet (25GbE). Эта технология использует одно соединение для передачи данных со скоростью 25 гигабит в секунду (Гбит/с). Он предназначен для поддержки сред центров обработки данных следующего поколения с постоянно растущими требованиями к пропускной способности.
Технология Ethernet претерпела огромные изменения с момента своего появления: от Ethernet со скоростью 10 Мбит/с в начале 1980-х годов до последней версии Ethernet со скоростью 400 Гбит/с. Благодаря своей надежной и масштабируемой архитектуре Ethernet является основой большинства сетей, обеспечивая быструю, надежную и экономичную связь.
InfiniBand и Ethernet — две передовые сетевые технологии, широко используемые в компьютерной индустрии. InfiniBand — это высокоскоростная технология межсоединений с малой задержкой для кластеров серверов, центров обработки данных и высокопроизводительных вычислительных сред. С другой стороны, Ethernet является широко используемым сетевым протоколом, который поддерживает множество приложений, включая домашние и офисные сети, сетевые хранилища и сети центров обработки данных.
При сравнении InfiniBand и Ethernet задержка является одним из наиболее существенных различий между этими двумя технологиями. Под задержкой понимается время прохождения данных от отправителя к получателю в сети. InfiniBand отличается самой низкой задержкой среди всех доступных технологий межсоединений: задержка приема-передачи составляет от двух до десяти микросекунд. Ethernet имеет более высокую задержку, с задержкой приема-передачи в диапазоне от 20 до 200 микросекунд.
InfiniBand также имеет значительное преимущество в производительности по сравнению с Ethernet. InfiniBand может обеспечить более высокую скорость передачи данных до 200 Гбит/с, а самая высокая доступная в настоящее время скорость Ethernet Ethernet составляет 100 Гбит/с. Кроме того, InfiniBand поддерживает удаленный прямой доступ к памяти (RDMA), что позволяет передавать данные напрямую между памятью серверов, не задействуя центральный процессор. Это устраняет необходимость обработки сетевого протокола и приводит к более высокой производительности. Ethernet не поддерживает RDMA и полагается на участие ЦП в передаче данных, что приводит к снижению уровня производительности.
Масштабируемость — еще один важный фактор при сравнении InfiniBand и Ethernet. InfiniBand обладает высокой масштабируемостью, что делает его идеальным выбором для больших кластеров серверов и высокопроизводительных вычислительных приложений. Масштабируемость InfiniBand достигается с помощью коммутационной архитектуры, которая может поддерживать миллионы узлов, что позволяет беспрепятственно масштабировать ее по мере роста сети. С другой стороны, Ethernet имеет врожденные ограничения масштабируемости из-за его общей природы среды. В результате Ethernet лучше всего подходит для небольших сетей, и его производительность может ухудшиться по мере роста сети.
InfiniBand и Ethernet используются в различных приложениях в зависимости от их уникальных преимуществ. InfiniBand идеально подходит для высокопроизводительных вычислений и приложений центров обработки данных, которым требуется подключение с малой задержкой и высокой пропускной способностью, например, для научного моделирования, секвенирования генома и финансового анализа. Ethernet обычно используется в офисных и домашних сетях, сетевых системах хранения данных и подключениях к Интернету. Ethernet также хорошо подходит для небольших центров обработки данных, которым не требуется высокопроизводительное подключение.
В последние годы в серверной отрасли наблюдается тенденция к использованию Ethernet, который получил более широкое распространение и доказал свою надежность в различных приложениях. Напротив, InfiniBand в основном используется в специализированных приложениях, требующих высокой производительности и низкой задержки. Однако интерес к InfiniBand возобновился из-за появления новых приложений AI/ML и спроса на более производительные вычисления. Будущее InfiniBand и Ethernet, вероятно, будет зависеть от этих и других новых приложений, а также от разработки новых технологий, таких как использование технологии Light Peak, которая может обеспечить Ethernet с увеличенными уровнями пропускной способности до 800 Гбит/с. с.
Рекомендуемая литература: Сетевая архитектура центра обработки данных
В последние годы искусственный интеллект (ИИ) становится все более важным аспектом сетей центров обработки данных. В то время как Ethernet долгое время был стандартом для сетей в центрах обработки данных, InfiniBand стал мощной, особенно хорошо подходящей альтернативой для высокопроизводительных вычислений (HPC) и рабочих нагрузок ИИ.
InfiniBand — это высокоскоростная сетевая технология, изначально разработанная для кластеров высокопроизводительных вычислений. В последние годы он становится все более популярным для рабочих нагрузок ИИ благодаря своим возможностям с низкой задержкой и высокой пропускной способностью. InfiniBand особенно хорошо подходит для параллельных вычислений — важного компонента рабочих нагрузок высокопроизводительных вычислений и искусственного интеллекта.
Ethernet — это традиционная сетевая технология, используемая в центрах обработки данных. Это недорогая технология с высокой пропускной способностью, широко используемая в корпоративных средах. Ethernet работает на более низкой скорости, чем InfiniBand, но по-прежнему может справляться с большинством рабочих нагрузок центров обработки данных.
Сетевая архитектура центра обработки данных обычно состоит из ядра, уровня распределения и доступа. Уровень ядра обеспечивает высокоскоростное подключение для всех устройств в центре обработки данных, а уровень распределения обеспечивает подключение между ядром и уровнями доступа. Уровень доступа — это место, где устройства конечных пользователей подключаются к сети. Ethernet широко используется на всех уровнях сетевой архитектуры центра обработки данных.
Когда дело доходит до рабочих нагрузок HPC, InfiniBand имеет несколько преимуществ по сравнению с Ethernet. Прежде всего, InfiniBand предлагает гораздо меньшую задержку, чем Ethernet. Это критически важно для рабочих нагрузок HPC, требующих быстрой связи между узлами. InfiniBand также обеспечивает более высокую пропускную способность, чем Ethernet, что делает его подходящим для приложений высокопроизводительных вычислений, требующих передачи больших объемов данных между узлами.
Рабочие нагрузки ИИ зависят от высокопроизводительных вычислительных ресурсов для быстрой и точной обработки больших объемов данных. InfiniBand особенно хорошо подходит для рабочих нагрузок ИИ благодаря низкой задержке и высокой пропускной способности. Он обеспечивает быструю передачу больших объемов данных между узлами в кластере, что важно для моделей ИИ, требующих распределенных вычислений.
InfiniBand HDR (высокая скорость передачи данных) — это последняя версия технологии InfiniBand, предлагающая гораздо более высокие скорости, чем ее предшественник. HDR предлагает скорость до 200 Гбит/с на порт, что делает его идеальным выбором для рабочих нагрузок ИИ, требующих высокой пропускной способности и низкой задержки. 200G InfiniBand — это новая технология, основанная на возможностях HDR, предлагающая еще более высокие скорости и меньшие задержки для рабочих нагрузок ИИ и высокопроизводительных вычислений.
Рекомендуемая литература: Общие сведения о InfiniBand: подробное руководство
Сетевые протоколы и адаптеры обеспечивают эффективную связь и передачу данных по сложным сетям. В случае InfiniBand сетевые адаптеры отвечают за обеспечение высокоскоростных соединений между сервером и сетевой структурой. Архитектура InfiniBand поддерживает ряд технологий адаптеров, включая адаптеры хост-канала (HCA), адаптеры целевого канала (TCA) и адаптеры канала переключения (SCA). Каждый из этих типов адаптеров играет уникальную роль в облегчении связи и передачи данных между различными компонентами в сети.
Точно так же в Ethernet сетевые адаптеры функционируют как интерфейс между сетью и вычислительной системой. Адаптеры Ethernet, известные как карты сетевого интерфейса (NIC), обеспечивают связь между сервером и сетевой инфраструктурой, поддерживая при этом высокоскоростную передачу данных. Адаптеры Ethernet бывают различных видов, включая медные, оптоволоконные и беспроводные, и обеспечивают несколько вариантов пропускной способности.
InfiniBand и Ethernet используют сетевые протоколы для удовлетворения своих уникальных требований к приложениям. InfiniBand использует высокоскоростной протокол с малой задержкой, называемый архитектурой InfiniBand (IBA). IBA предназначен для эффективной передачи больших объемов данных, что делает его идеальным выбором для сред высокопроизводительных вычислений, требующих высокоскоростной связи с малой задержкой.
С другой стороны, Ethernet использует набор протоколов управления передачей (TCP)/Internet Protocol (IP) для обеспечения сетевого подключения и передачи данных. TCP/IP — широко распространенный протокол, совместимый с различными средами приложений. Ethernet также поддерживает такие протоколы, как протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) и безопасность протокола Интернета (IPSec).
Коммутаторы Ethernet и коммутаторы InfiniBand — это сетевые устройства, обеспечивающие связь между вычислительными ресурсами, системами хранения и другими сетевыми компонентами. Однако, хотя оба коммутатора выполняют одну и ту же фундаментальную задачу, их базовые архитектуры и функциональные возможности существенно различаются.
Коммутаторы Ethernet предназначены для обеспечения подключения к устройствам и серверам конечных пользователей, что делает их идеальными для сетей корпоративного уровня. Коммутаторы Ethernet работают на сетевом уровне модели OSI, что означает, что они используют протоколы на основе IP для установления связи между сетевыми устройствами.
Коммутаторы InfiniBand, напротив, предназначены для обеспечения высокопроизводительного подключения с малой задержкой между кластерами высокопроизводительных вычислений, что делает их идеальными для центров обработки данных и суперкомпьютерных сред. Коммутаторы InfiniBand работают на канальном уровне модели OSI, что означает, что они используют протокол более низкого уровня, чем коммутаторы Ethernet. Это позволяет им обеспечивать более высокую скорость передачи и меньшие задержки, чем коммутаторы Ethernet.
InfiniBand поддерживает ряд технологий сетевых адаптеров, каждая из которых играет уникальную роль в обеспечении быстрой и эффективной связи между сетевыми компонентами. Адаптеры хост-канала (HCA) подключают серверы к сети InfiniBand через PCIe интерфейсы. Адаптеры целевого канала (TCA) обеспечивают подключение к устройствам хранения данных, а адаптеры канала коммутатора (SCA) подключают коммутаторы и маршрутизаторы к сети.
InfiniBand также поддерживает удаленный прямой доступ к памяти (RDMA) — технологию, позволяющую сетевым приложениям получать доступ к данным на удаленных устройствах хранения данных, минуя стек протоколов операционной системы. RDMA обеспечивает более быструю передачу данных и снижает нагрузку на ЦП, что делает его неотъемлемым компонентом высокопроизводительной архитектуры InfiniBand.
Преимущества InfiniBand и Ethernet как технологий межсоединений сильно зависят от прикладной среды, в которой они используются. Высокоскоростная архитектура InfiniBand с малой задержкой идеально подходит для центров обработки данных и приложений высокопроизводительных вычислений, которым требуется быстрая и эффективная связь между множеством вычислительных элементов.
Напротив, вездесущая природа Ethernet делает его предпочтительным выбором для большинства сетевых сред корпоративного уровня. Гибкость и масштабируемость Ethernet делают его идеальным выбором для облачных приложений и инфраструктур центров обработки данных, которые балансируют ряд рабочих нагрузок.
Поскольку спрос на высокоскоростную передачу данных продолжает расти, становится все более необходимым развитие технологий межсетевого взаимодействия. Появление новых протоколов, таких как Ethernet 400 Gigabit Ethernet (GbE), обеспечивает более высокую пропускную способность, чем когда-либо, что приводит к значительному повышению эффективности центров обработки данных и вычислительной мощности.
Рекомендуемая литература: EPON, технология доступа Ethernet на большие расстояния, основанная на оптоволоконной транспортной сети.
О: InfiniBand и Ethernet — это сетевые технологии, но они имеют некоторые ключевые отличия. В то время как Ethernet является широко используемым сетевым стандартом, существующим в течение длительного времени, InfiniBand представляет собой высокоскоростную сетевую технологию, специально разработанную для обеспечения связи с низкой задержкой и высокой пропускной способностью.
О: InfiniBand может предложить значительно более высокие скорости по сравнению с традиционным Ethernet. В то время как Ethernet обычно работает на скоростях 1 Гбит/с, 10 Гбит/с или 100 Гбит/с, InfiniBand может обеспечить скорость до 200 Гбит/с или даже выше.
A: InfiniBand имеет несколько преимуществ перед Ethernet. Он предлагает более низкую задержку, более высокую пропускную способность и лучшую масштабируемость, что делает его подходящим для высокопроизводительных вычислительных сред. InfiniBand также поддерживает удаленный прямой доступ к памяти (RDMA), что позволяет передавать данные между системами без участия ЦП.
О: Да, InfiniBand — это открытый стандарт. Он разработан и поддерживается Торговой ассоциацией InfiniBand (IBTA), в которую входят компании из технологической отрасли.
О: Да, InfiniBand и Ethernet могут сосуществовать в одной сети. Многие современные центры обработки данных используют обе технологии для оптимизации производительности и удовлетворения различных сетевых потребностей.
О: Да, существуют различные типы Ethernet, такие как 10BASE-T, 100BASE-TX и 1000BASE-T. Они относятся к различным версиям и скоростям технологии Ethernet.
О: InfiniBand HDR (высокая скорость передачи данных) — это последняя версия стандарта InfiniBand. Он предлагает еще более высокие скорости и улучшенную производительность по сравнению с предыдущими поколениями.
A: InfiniBand основан на коммутаторе и использует другой механизм обработки пакетов, чем Ethernet. InfiniBand использует удаленный прямой доступ к памяти (RDMA) для прямой передачи данных между системами, тогда как Ethernet использует традиционный подход к коммутации пакетов.
О: Многие интеллектуальные устройства используют Ethernet для соединения и связи. Ethernet — это широко используемая и хорошо зарекомендовавшая себя сетевая технология, поддерживающая различные инструменты и приложения.
О. InfiniBand обеспечивает высокую пропускную способность и низкую задержку, что может способствовать повышению надежности сети. Благодаря высокой скорости и расширенным функциям, таким как RDMA, InfiniBand может помочь уменьшить перегрузку сети и повысить общую производительность системы.
