InfiniBand Low Level Protocol

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1 InfiniBand Low Level Protocol Seminar Ausgewählte Themen in Hardwareentwurf und Optik HWS Andreas Walter Universität Mannheim

2 Inhalt Motivation InfiniBand Basics Physical Layer IB Verbs IB Packetstruktur IB-RAW Format Zusammenfassung 2

3 Ziel dieser Ausarbeitung Realisierung von Low Level Protokollen auf einer vorhanden InfiniBand Architektur, d.h. ein nicht-infiniband konformes Paket soll auf unteren Layern verschickt werden. 3

4 Was ist InfiniBand InfiniBand Architecture (IBA) ist ein Industriestandard für ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk Aus Future I/O (Compaq, IBM, HP) und Next Generation I/0 (Intel, Microsoft, Sun) entstand die InfiniBand Trade Association Kunstwort aus infinity = Unendlich und bandwith = Bandbreite 4

5 Überblick Ein InfiniBand-Netzwerk besteht aus Host Channel Adapter (HCA) Target Channel Adapter (TCA) Switches Router Repeater Links 5

6 Topologie [1] 6

7 Eigenschaften von IB Niedrige Latenz Kein Bus, sondern ein Netzwerk geschalteter bidirektionaler Verbindungen (Punkt zu Punkt) Skalierbar Remote Direct Memory Access (RDMA) fähig User-Level-Kommunikation Atomare Operationen 7

8 Eigenschaften von IB Redundante Anbindungen möglich Kupfer oder optische Verbindungen Switching ist paketbasiert Routing ist table-based Flusskontrolle credit-based IBA beschreibt komplettes Transportsystem (Schicht 1-4) 8

9 IB in den TOP 500 [4] 28,4 % aller Systeme der TOP 500 benutzen IB 38,88 % der Gesamtleistung der TOP 500 erbringen IB-Systeme 9

10 IB Architektur Layers [1] 10

11 IB-Channel Adapter Ports Queue Pairs Consumer Local Identifier (LID) 16 bit Global Identifier (GID) 128 bit Memory and Translation Mechanism (MTP) Subnet Management Agent (SMA) [1] 11

12 Kommunikation Basiert auf Queues Ein Link kann mit Virtual Lanes (VL) mehrfach verwendet werden Ein Port besteht aus VLs (0..15) Adressierung mittels Local IDs (LIDs) und Global Identifier (GID) Keys ermöglichen Isolation und Schutz Mehrfache Pfade zum Ziel möglich 12

13 Queues und Virtual Lanes [1] [1] 13

14 IB-Kommunikationsdienste (Un)Reliable Connection (Un)Reliable Datagram RAW IPv6 Datagram (optional) RAW Ethertype Datagram (optional) 14

15 Subnetz-Mangager Initialisation der Fabric Weist jedem Port eindeutige LID und Subnet ID zu Führt alle möglichen Pfade zwischen den Endknoten im Subnetz ein Reagiert auf Topologieveränderungen 15 [1]

16 Physical Layer - Link Signalrate 2,5 Gbits/s 8B/10B Kodierung Übertragung optisch oder über Kupferkabel Kupferkabel bis 17 m Länge Kabellänge der optischen Variante : 300 m bei Multimode-Fasern 10 km bei Singelmode-Fasern [3] 16

17 IB-Verbs Realisiert die Software Schnittstelle zwischen HCA und Consumer Ist als Upper-Layer-Protokoll zu verstehen Verbs lassen sich grundsätzlich in vier Kategorien einteilen: Transport Resource Management Multicast Work Request Processing Event Handling [1] 17

18 Packetstruktur LRH Local Route Header GRH Global Route Header BTH Base Transport Header ETH Extended Transport Header ICRC Invariante CRC VCRC Variante CRC [1] 18

19 Local Routing Header [2] 19

20 Global Routing Header [2] 20

21 Base Transport Header [2] 21

22 Beispiel für ETH [2] [2] 22

23 IB-RAW Paket Bisher gesehen: Aufbau eines Standard-IB Pakets, bestehend aus LRH, GRH (optional), BTH, ETH, Payload, ICRC, VCRC Untersuchen, welche IB-Paketteile benötigt werden, um ein Paket, dass in der Payload ein anderes Protokoll besitzt über die IB- Architektur zu verschicken 23

24 LRH für RAW-Paket [2] 24

25 RAW Paket Struktur [2] Nur der Link-Layer wird benötigt Die EtherType-Werte, werden von IEEE verwaltet, siehe hierzu Für eigne Protokolle kann der EtherType-Wert 0x88b5 oder 0x88b6 verwendet werden [2] 25

26 Raw-Paket Eigenschaften Es gibt nur Send und Receive Operationen Kein multi-packet-message möglich, daher muss jede Nachricht in ein Paket passend Da kein BTH existiert, gibt es auch keine Möglichkeit die Ziel-QPs anzugeben Paket am Port von einem CA weis nicht in welche QP es muss, dass demultiplexing für die QP s muss man selber regeln RAW-Transport ist Unreliable Es gibt keine Response auf ein verschicktes Paket 26

27 Payload eines RAW-Paketes Ein Standard-IB-Packet hat eine maximale Payload von 4096 Bytes (=größte Message Transfer Unit (MTU)) Wegfall von ICRC, GRH, BTH und ETH Payload vergrößert sich auf: MTU (größter Packet Header und CRC) 8 (LRH) 4 (RWH) Bei MTU von 4096 Bytes vergrößert sich die Payload auf 4208 Bytes 27

28 Zusammenfassung IB-Spezifikation unterstützt das tunneln von nicht- IB konformen Paketen Es wird lediglich der Local Routing Header benötigt mit entsprechendem LNH-Eintrag Es ist nur der Physical Layer und der Link-Layer involviert Die maximale Payload vergrößert sich im Vergleich zu Standard-IB-Paketen 28

29 Fragen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

30 Quellen [1] InfiniBand Architecture Specification Volume 1 & 2, Release 1.1, November 6, 2002 [2] InfiniBand Network Architecture by MindShare Inc, Tom Shanely, October 31, 2002 [3] extend Computer-Peripherie GmbH. [4] TOP500

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