imported>Uweschwoebel: Einheitenschreibweise korr, Meter --> m

2024-06-30T14:53:30Z

Einheitenschreibweise korr, Meter --> m

Neue Seite

'''InfiniBand''' ist eine Spezifikation einer [[Hardwareschnittstelle]] zur seriellen Hochgeschwindigkeitsübertragung auf kurzen Distanzen mit geringer [[Verzögerung (Telekommunikation)|Latenz]]. Sie wird bevorzugt in [[Rechenzentrum|Rechenzentren]] verwendet, beispielsweise für die Verbindungen der Server in [[Rechnerverbund|Computerclustern]] untereinander und zur Verbindung zwischen Servern und benachbarten Massenspeichersystemen wie [[Storage Area Network]]s (SAN).

Die Schnittstelle ist das Resultat der Vereinigung zweier konkurrierender Systeme: ''Future I/O'' von [[Compaq]], [[IBM]] und [[HP Inc.|Hewlett-Packard]] und ''Next Generation I/O'' (ngio), welches von [[Intel]], [[Microsoft]] und [[Sun Microsystems]] entwickelt wurde. Kurze Zeit, bevor der neue Name gewählt wurde, war InfiniBand bekannt als ''System I/O''. Mit Stand 2016 werden von den Firmen Mellanox und Intel [[Host-Bus-Adapter]] für InfiniBand angeboten. Diese Hardwareschnittstellen werden unter anderem von Betriebssystemen wie [[Solaris (Betriebssystem)|Solaris]], verschiedenen Linux-Distributionen wie [[Debian]] oder [[Red Hat Enterprise Linux]], [[HP-UX]], [[FreeBSD]] und [[VMware vSphere]] unterstützt.

== Aufbau ==
[[Datei:Infinibandport.jpg|mini|InfiniBand CX4 Ports]]
InfiniBand benutzt bidirektionale [[Direktverbindung|Punkt-zu-Punkt-Verbindungen]] zur latenzarmen Datenübertragung mit [[Verzögerung (Telekommunikation)|Verzögerungszeiten]] unter 2 µs und erreicht theoretische Datenübertragungsraten pro Kanal zwischen 2,5 Gbit/s (SDR) und 50 Gbit/s (HDR) in beide Richtungen. Bei InfiniBand können mehrere Kanäle zur Skalierung in einem Kabel transparent gebündelt werden. Üblich sind vier Kanäle, für Verbindung mit höheren Anforderungen an den Durchsatz wie bei [[Fabric (Computertechnik)|Switched Fabric]] sind auch Kanalbündelungen von beispielsweise zwölf Kanälen und mehr üblich.

Normalerweise wird InfiniBand über Kupferkabel übertragen, wie sie auch für [[Ethernet#10-Gbit/s-Ethernet|10-Gigabit-Ethernet]] verwendet werden. Damit sind Übertragungsstrecken bis zu 15 m möglich. Müssen längere Strecken überbrückt werden, kann auf faseroptische [[Medienkonverter]] zurückgegriffen werden, welche die InfiniBand-Kanäle auf einzelne Faserpaare umsetzen. Hierbei kommen optische Flachbandkabel mit [[LWL-Steckverbinder#MPO/MTP|MPO-Steckern]] zum Einsatz.

== Einsatzbereiche ==
[[Datei:Supermicro AOC-UIBQ-M2 dual port InfiniBand HCA.jpg|mini|Dual-InfiniBand Host-Bus-Adapter für den Einsatz in Serversystemen]]
Die Einsatzgebiete von InfiniBand reichen von Bussystemen bis zu Netzwerkverbindungen. Ähnlich wie [[HyperTransport]] konnte es sich allerdings nur schwer als Bussystem durchsetzen und wird daher zurzeit meist nur als [[Rechnerverbund|Cluster]]-Verbindungstechnik benutzt. Eine Ausnahme sind hier IBM-Mainframe-Systeme ''[[Z Systems|System z]]'' ab der Modellreihe ''z10'', welche zum Beispiel über 24 InfiniBand-Host-Bus-Kanäle mit jeweils 6 GB/s verfügen. Der große Vorteil von InfiniBand gegenüber gebräuchlichen Techniken wie [[Internetprotokollfamilie|TCP/IP-Ethernet]] liegt dabei in der Minimierung der Latenzzeit durch Auslagern des [[Protokollstapel|Protokollstacks]] in die Netzwerk-Hardware.

Verschiedene Rechenknoten werden dabei durch InfiniBand-Kabel und spezielle [[Switch (Netzwerktechnik)|Switches]] verbunden; als [[Netzwerkkarte]]n kommen sogenannte HCAs ({{lang|en|Host Channel Adapter}}) zum Einsatz. Es stehen unterschiedliche Verbindungsmodi zur Verfügung, unter anderem ''RDMA Write/RDMA Read'' sowie einfache ''Send-/Receive''-Operationen.

Um zeitaufwendige Wechsel zwischen Betriebssystem- und Benutzerkontext zu vermeiden, wie dies beispielsweise bei [[Socket (Software)|Sockets]] der Fall ist, werden zunächst die für die Benutzung vorgesehenen Speicherbereiche bei der Karte registriert. Dies ermöglicht der Karte, die Übersetzung von [[Virtuelle Speicherverwaltung|virtuellen Adressen]] in physische Adressen selbst vorzunehmen. Beim Senden von Daten wird durch die Zuordnung („{{lang|en|mapping}}“) verschiedener Kontroll[[Register (Prozessor)|register]] des HCAs in den Speicher des [[Prozess (Informatik)|Prozesses]] (Doorbell-Mechanismus) die Sendeoperation ohne Umweg über den Betriebssystemkern vorgenommen – der HCA holt sich die Daten aus dem Hauptspeicher durch Ansteuerung des [[Direct Memory Access|DMA]]-Controllers. Das (wahlweise verlässliche oder nicht verlässliche) Versenden der so auf dem HCA vorhandenen Daten wird durch den Protokollstack der Karte übernommen. Die Karte verwaltet hierzu eine Übersetzungstabelle, auf die mit dem Benutzer beim Registrieren eines Speicherbereiches zurückgegebenen Indizes zugegriffen wird.

Um die Latenzzeiten weiterhin zu minimieren, stellt InfiniBand zwei Verbindungsmodi zur Verfügung, die Daten in den Hauptspeicher eines anderen Knotens übertragen oder von dort lesen, ohne das Betriebssystem oder den Prozess auf der Gegenseite zu involvieren. Diese beiden Operationen werden als ''RDMA Write/RDMA Read'' ({{lang|en|Remote DMA}}) bezeichnet. Zudem stellt InfiniBand zwei Modi für die Realisierung von Sperrmechanismen zur Verfügung: Atomic Compare&Swap sowie Atomic Fetch&Add. Mit diesen können beispielsweise [[Semaphor (Informatik)|Semaphore]] implementiert werden; sie finden unter anderem in [[Verteiltes Datenbankmanagementsystem|verteilten Datenbanken]] Anwendung.

Im Börsenhandel werden zumeist mittels InfiniBand die Börsencomputer untereinander verbunden, deren Anbindung an die Rechner der Händler (Hochfrequenzhändler) in Co-Location, erfolgt mittels LWL (vorzugsweise Multimode-GF als AON).

== Literatur ==
* Frank Kyne, Hua Bin Chu, George Handera, Marek Liedel, Masaya Nakagawa, Iain Neville, Christian Zass, IBM Redbooks: ''Implementing and Managing InfiniBand Coupling Links on IBM System z.'' Fourth Edition, IBM Redbooks Edition, 2014.
* Hans Zima (Hrsg.): ''High Performance Computing.'' Band 4, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2002, ISBN 3-540-43674-X.
* Patrick Crowley, Mark A. Franklin (Hrsg.): ''Network Processor Design.'' Issues and Practices, Band 2, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco 2004, ISBN 0-12-198157-6.
* Luc Bougé: ''High Performance Computing – HiPC 2004.'' Band 11, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2004, ISBN 3-540-24129-9.

== Weblinks ==
{{Commonscat}}
* [http://www.openfabrics.org/ Homepage der OpenFabrics Alliance] (englisch)
* [http://www.lanline.de/netzwerkstrukturen-mit%C2%A0infiniband-html/ Netzwerkstrukturen mit Infiniband] (abgerufen am 21. Juli 2017)
* [https://www.mellanox.com/pdf/whitepapers/IB_Intro_WP_190.pdf Introduction to InfiniBand] (abgerufen am 21. Juli 2017)
* [http://www.hpcadvisorycouncil.com/pdf/Intro_to_InfiniBand.pdf Introduction to High-Speed InfiniBand Interconnect] (abgerufen am 21. Juli 2017)

[[Kategorie:Netzwerktechnik]]
[[Kategorie:Peripheriebus (extern)]]

InfiniBand - Versionsgeschichte

imported>Uweschwoebel: Einheitenschreibweise korr, Meter --> m