圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台6.6 InfiniBand标准
一、InfiniBand的体系结构
虽然PCI总线是一种可靠的互联方式，提供了高达1GB／s的传输率，但它是一种受限的体系结构。PCI总线安装在计算机母板上，距离的测量以厘米为单位。与PCI不同，2001年国外著名公司联合推出的InfiniBand标准，是瞄准高端服务器市场的最新I／O规范。它将
I／O模块从服务器机架上移走，若使用铜线，允许I／O设备安置在离服务器
17m远的地方；若使用多模光纤，I／O设备距离可达300m；若使用单模光纤，距离可达10km。
InfiniBand标准为处理器和智能I／O设备问的数据流，描述了一种新的体系结构和规范。用InfiniBand来替代当前服务器中的PCI总线，可使服务器设计中提供更大的容量、更好的扩充性和更高的灵活性。InfiniBand允许服务器、远程存储器、其他网络设备接入到一个由开关和链路组成的中央开关网带。这种基于开关的体系结构可连接多达64000个服务器、存储系统和网络设备。
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台图6-9 InfiniBand的体系结构
上图为InfiniBand的体系结构，主要功能构件如下：
主机通道适配器替代PCI的多个槽。典型的服务器只需1个到通道适配器的单个接口，用它将服务器连接到InfiniBand开关。通道适配器另一侧接到服务器的存储器控制器，以连接系统总线，控制CPU和存储器之间的信息量，以及通道适配器和存储器之间的信息量。通道适配器使用DMA方式来读写存储器。
目标通道适配器通过它将远程存储系统、路由器、其他外围设备连接到InfiniBand开关。
InfiniBand开关此开关对各类设备提供点对点的物理连接，并将来自一个链路的信息量切换到另一个链路上。服务器和各个设备通过各自的适配器，经由开关相互通信。开关智能地管理链接，无须中断服务器的操作。
链路链路为传输线，它介于开关和通道适配器之间，或介于两个开关之间。子网一个子网由一个开关或多个开关，以及连接其他设备到这些开关的链路组成。图6．19表示的子网只有一个开关。当需要大量设备互联时，要求更复杂的子网，它允许管
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台理者将多点传送限制在子网范围内。
路由器连接InfiniBand各子网，或连接InfiniBand开关到局域网、广域网，或存储区域网这类的网络上。
我们看到，InfiniBand开关临时打开服务器中CPU和与其通信的设备间的通道适配器。通道适配器是智能性设备，能管理I／O功能而无须去中断服务器中的CPU，各设备也不共享通道的容量。这和基于总线设计的PCI不同，因为在PCI中各设备必须共享总线，为了访问CPU，要求对设备进行仲裁。
二、nfiniBand的通信协议
开关和附加接口间的每条物理链路能支持16条的逻辑链路，称为虚拟道。其中1条保留给网带管理，其余15条用于数据传输。数据以包（分组）的形式发送，每个包中含总的传输数据的一部分，及寻址和控制信息，要用一组通信协议来管理数据传输。1条虚拟道是临时性的专用数据传输路径，经
InfiniBand网带，将一个端口结点传送到另一个
端口结点。InfiniBand开关，将来自输入道的信息量映射到输出道，指挥结点间的数据流动。
图6-10表示支持InfiniBand数据交换的逻辑结构。考虑到出站链路和入站链路数据传输速率上匹配，需要暂时缓冲过多的数据。缓冲队列可位于通道适配器内，或位于附加设备的存储器内。每条虚拟道的两端各使用1个QP（对列队）。
主机用如下方式使用这些队列——把WEQ（工作队列项）的业务放入QP的发送队列或接收队列中。两个最重要的WEQ是发送和接收。对于一个发送操作，此WEQ将设备存储器空间中的一个数据块指定给发送到目标的硬件。而一个接收WEQ则指定硬件将接收的另一设备的数据放在何处。通道适配器以适当的优先级顺序来处理每个递交的
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台WEQ，并产生一个CQE（完成对列项）来指示完成情况。
图6-10 InfiniBand的通信协议栈
上图也指出了所使用的协议层次体系结构，它有四个层次：
①物理层此层定义三种链路速度，传输率分别是2.5GB／s、10GB／s、30GB／s。此层还定义了物理介质，包括铜线和光纤。
②链路层此层定义用于数据交换的基本包结构，包括为子网内每个设备指派一个唯一链路地址的寻址方案。此层还包括建立虚拟道的逻辑，以及子网内经开关将数据由源切换到目标的逻辑。包结构含有一个检错码以提供可靠性。
③网络层此层提供不同InfiniBand子网之问包的路由。
④传输层此层为经过一个或多个子网的端到端的包传输提供可靠性机制。
本章小结：
总线是构成计算机系统的互联机构，是多个系统功能部件之间进行数据传送的公共通
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台道，并在争用资源的基础上进行工作。总线有物理特性、功能特性、电气特性、机械特性，因此必须标准化。微型计算机系统的标准总线从ISA总线（16位，带宽8MB/s）发展到EISA总线（32位，带宽33.3MB/s）和VESA总线（32位，带宽132MB/s），又进一步发展到PCI总线（64位，带宽264MB/s）。
衡量总线性能的重要指标是总线带宽，它定义为总线本身所能达到的最高传输速率。当代流行的标准总线追求与结构、CPU、技术无关的开发标准。其总线内部结构包含：①数据传送总线（由地址线、数据线、控制线组成）；②仲裁总线；③中断和同步总线；④公用线（电源、地线、时钟、复位等信号线）。
计算机系统中，根据应用条件和硬件资源不同，信息的传输方式可采用：①并行传送；②串行传送；③ 复用传送。
各种外围设备必须通过I/O接口与总线相连。I/O接口是指CPU、主存、外围设备之间通过总线进行连接的逻辑部件。接口部件在它动态联结的两个功能部件间起着缓冲器和转换器的作用，以便实现彼此之间的信息传送。
总线仲裁是总线系统的核心问题之一。为了解决多个主设备同时竞争总线控制权的问题，必须具有总线仲裁部件。它通过采用优先级策略或公平策略，选择其中一个主设备作为总线的下一次主方，接管总线控制权。
按照总线仲裁电路的位置不同:
集中式仲裁:仲裁方式必有一个中央仲裁器，它受理所有功能模块的总线请求，按优先原则或公平原则。
分布式仲裁。分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。
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白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(总线系统 InfiniBand标准)
