ما الفرق بين بطاقة Ethernet ومحول InfiniBand؟

NIC هي وحدة تحكم واجهة الشبكة ، والمعروفة أيضًا بمحول الشبكة أو بطاقة واجهة الشبكة ، والتي تُستخدم على أجهزة الكمبيوتر والخوادم. يمكنه الاتصال بالمفاتيح وأجهزة التخزين والخوادم ومحطات العمل من خلال كبلات توصيل الشبكة (كبلات الزوج الملتوية والألياف الضوئية وما إلى ذلك). مع زيادة شعبية السوق والقدرة التقنية ، هناك أيضًا أنواع مختلفة من بطاقات الشبكة ، مثل بطاقات Ethernet وبطاقات InfiniBand. تركز هذه المقالة أيضًا على الاختلافات بين بطاقة Ethernet ومحول InfiniBand ، على أمل مساعدتك في اختيار بطاقة الشبكة الأنسب.

ما هي بطاقة Ethernet؟

بطاقة Ethernet هي محول شبكة متصل بفتحة اللوحة الأم وتدعم معيار بروتوكول Ethernet. يحتوي كل محول شبكة على عنوان مادي فريد عالميًا ، يسمى عنوان MAC. يمكن إرسال البيانات بدقة إلى الكمبيوتر الوجهة بناءً على عنوان MAC لمحول الشبكة. هناك أنواع عديدة من بطاقات Ethernet وطرق تصنيف مختلفة. يمكن تقسيمها وفقًا لعرض النطاق الترددي وواجهة الشبكة وواجهة الناقل. تسمى بطاقة Ethernet للواجهة الضوئية بطاقة Ethernet الليفية (محول الألياف Ethernet). وهو يتبع بروتوكول اتصال الألياف الضوئية Ethernet وعادة ما يتم توصيله بمحول الألياف الضوئية Ethernet من خلال كابل الألياف الضوئية. إنها أكثر أنواع بطاقات الشبكة استخدامًا. في الوقت الحاضر ، يمكن تصنيف محولات الألياف الضوئية من خلال واجهة الناقل وعرض النطاق الترددي.

تصنيف واجهة الحافلة

يمكن تصنيف أنواع واجهة ناقل بطاقة Ethernet على أنها PCI و PCI-Express (يُشار إليها اختصارًا بـ PCI-E) و USB و ISA. ISA / PCI هي واجهة ناقل سابقة ويتم التخلص منها تدريجيًا حيث تصبح التكنولوجيا أكثر نضجًا. تعد واجهة PCIe حاليًا واجهة الناقل الأكثر استخدامًا وهي شائعة جدًا في التطبيقات الصناعية وأجهزة كمبيوتر الخادم.

1. كيف تعمل بطاقة PCIe؟

PCIe هو مرفق تسلسلي يعمل بالشبكة أكثر من كونه ناقل. يتمثل الاختلاف الأكثر وضوحًا عن واجهات الناقل الأخرى التي تتعامل مع البيانات من مصادر مختلفة في أن PCIe يتحكم في تدفق البيانات من خلال مفتاح للاتصال من نقطة إلى نقطة. يتم إدخال بطاقة PCle في الفتحة وتقوم بإنشاء اتصال منطقي (ربط أو ارتباط) للتواصل مع بعضها البعض. يدعم بشكل عام قنوات الاتصال من نقطة إلى نقطة بين منفذي PCle ويمكنه تنفيذ إجراءات إرسال واستقبال طلبات أو مقاطعات PCI العادية.

2. ما هي فئات بطاقات PCIe؟

المواصفات: عادة ما يحدد عدد القنوات في فتحة PCle مواصفات بطاقة PCle. تتمتع بطاقات PCle الشائعة بالمواصفات المادية التالية: x1 و x4 و x8 و x16 و x32. على سبيل المثال ، تعني بطاقة PClex8 أن البطاقة بها ثماني قنوات.

الإصدار: يحل PCIe محل معايير ناقل PCI و PCI-X ويتم تعديله باستمرار لتلبية الطلب المتزايد على النطاق الترددي العالي. تم إصدار أقدم إصدار من PCIe 1.0 (2.5GT / s) في عام 2002 ، لاحقًا ، PCIe 2.0 (5GT / s) ، PCIe 3.0 (8GT / s) ، PCIe 4.0 (16GT / s) ، PCIe 5.0 (32GT / s) ، ظهر PCIe 6.0 (64GT / s) و PCIe7.0 (128GT / s). تدعم جميع إصدارات PCIe التوافق مع الإصدارات السابقة.

 

تصنيف Bوالعرض

مع نمو حركة المرور على الإنترنت يومًا بعد يوم ، تتعرض معدات الشبكة لضغوط من مزودي خدمات الإنترنت الرئيسيين للتكرار والتحديث باستمرار مع متطلبات أداء أعلى لتحقيق نقل بيانات 10G أو 25G أو 40G أو حتى 100G. سيتم تفصيل بعض المعلومات الأساسية عنها في الأقسام التالية.

1. 10G الألياف محول(خادم إيثرنت محول)

10G محول شبكة الألياف يعتمد بطاقة واجهة شبكة ناقل PCI 32/64 بت ، ويدعم الألياف أحادية الوضع أو متعددة الأوضاع 10G ، وهو مناسب لبناء شبكة العمود الفقري للمؤسسات والحرم الجامعي. في الوقت نفسه ، يمكن لشبكة 10G Ethernet الإرسال لمسافة تصل إلى 100 كيلومتر ، والتي يمكنها تلبية متطلبات الإرسال في منطقة العاصمة. يمكن أن يؤدي نشر شبكة 10G في الطبقة الأساسية لـ MAN إلى تبسيط بنية الشبكة وتقليل التكاليف وتسهيل الصيانة. تُستخدم شبكة إيثرنت من طرف إلى طرف لبناء رجل بتكلفة منخفضة وأداء عالٍ وإمكانيات دعم خدمة غنية.

2. 25G الألياف محول

محولات الألياف 25G للتعويض عن النطاق الترددي المنخفض لشبكة 10G Ethernet والتكلفة العالية لشبكة 40G Ethernet باستخدام تقنية الطبقة المادية أحادية القناة 25Gb / s لتحقيق نقل 100G استنادًا إلى أربع قنوات ألياف بسرعة 25 جيجابت في الثانية. نظرًا لأن حزمة SFP28 تعتمد على حزمة SFP + وكلاهما بنفس الحجم ، يمكن لمنفذ محول الألياف 25G دعم معدلات 25G بالإضافة إلى 10G. مقارنة بمحول الشبكة 10G ، فإن النطاق الترددي الأكبر لـ 25G من الألياف NIC لتلبية احتياجات الشبكة لمجموعات الحوسبة عالية الأداء ، في ترقيات شبكة 100G أو حتى أعلى سرعة ، سيكون محول الألياف 25G أحد البنى التحتية التي لا غنى عنها.

3. 40G الألياف محول

يحتوي محول الألياف 40G على واجهة 40G QSFP + تدعم عرض النطاق الترددي للإرسال 40 جيجابت في الثانية. كما أنها تدعم فتحة PCI-e x8 القياسية لضمان التشغيل الفعال والمستقر. متوفر عادة في المنافذ الفردية والمزدوجة ، 40 جرام ألياف NIC هي حل التوصيل البيني الأعلى أداءً لمراكز بيانات المؤسسات والحوسبة السحابية والحوسبة عالية الأداء والبيئات المضمنة.

4 100Gليف محول

حاليًا ، أكثر محولات شبكة الألياف الضوئية 100 جيجا شيوعًا في السوق هي المنفذ الأحادي والمنفذ المزدوج. يمكن لكل منفذ أن يوفر حتى 100 جيجابت / ثانية إيثرنت ، مما يضمن التوجيه التكيفي للإرسال الموثوق به ويعزز قدرة التفريغ في vSwitch / vRouter. 100G كروت شبكة فايبر توفر حلاً مرنًا وعالي الأداء ، offتقديم مجموعة من الابتكارات offالأحمال والمسرعات في الأجهزة لتحسين كفاءة شبكات مراكز البيانات ووصلات التخزين.

يتزايد الاتصال بين الخادم والمحول إلى نطاق ترددي أعلى. أصبحت بطاقة 25G Ethernet هي السائدة كجهاز وسيط بين خادم 25G ومحول 100G. ومع نمو مركز البيانات إلى 400 جيجا بسرعة غير مسبوقة ، سينمو الاتصال بين الخوادم والمحولات إلى 100 جيجا ، كما تلعب بطاقات الشبكة 100 جيجا دورًا لا غنى عنه في مركز البيانات.

Wقبعة هو محول InfiniBand؟

شبكة InfiniBand

كمعيار لاتصالات شبكة الكمبيوتر ، يتم استخدام InfiniBand على نطاق واسع في الحوسبة عالية الأداء (HPC) نظرًا لمزاياها المتمثلة في عرض النطاق الترددي عالي الإنتاجية وتأخير نقل الشبكة المنخفض للغاية. يمكن توسيع شبكة InfiniBand أفقيًا من خلال شبكات التبديل للتكيف مع متطلبات الشبكات بمختلف المقاييس. اعتبارًا من عام 2014 ، تستخدم معظم أجهزة الكمبيوتر العملاقة TOP500 تقنية شبكة InfiniBand. في السنوات الأخيرة ، اعتمدت التطبيقات المتعلقة بالذكاء الاصطناعي / البيانات الضخمة أيضًا شبكات InfiniBand لتحقيق نشر مجموعة عالية الأداء.

كبروتوكول ذو طبقات ، يحدد InfiniBand مكدس بروتوكول ذو طبقات مشابه لنموذج بروتوكول OSI المكون من سبع طبقات. تقوم محولات IB بإنشاء قناة مباشرة خاصة ومحمية على عقدة الخادم. في هذه القناة ، لن يتطلب نقل البيانات والرسائل معالجة وحدة المعالجة المركزية بعد الآن ولكن سيتم تنفيذه مباشرةً من خلال RDMA. بهذه الطريقة ، تكون وظائف الاستلام والإرسال offتحميلها على محول InfiniBand للمعالجة. ماديًا ، تتصل محولات InfiniBand بذاكرة وحدة المعالجة المركزية استنادًا إلى واجهات PCIe ، مما يوفر نطاقًا تردديًا أعلى وزمن وصول أقل وقابلية توسعة أكبر من بروتوكولات الاتصال الأخرى.

محول InfiniBand

تحدد بنية InfiniBand مجموعة من مكونات الأجهزة اللازمة لنشر البنية ، وتعد بطاقة شبكة InfiniBand أحد هذه المكونات. يُطلق على محول InfiniBand أيضًا اسم HCA - مهايئ القناة المضيفة. HCA هي النقطة التي تتصل عندها عقدة نهاية InfiniBand (مثل الخادم أو جهاز التخزين) بشبكة InfiniBand. أمضى المهندسون المعماريون في InfiniBand وقتًا طويلاً في التأكد من أن البنية يمكنها تنفيذ أكثر من وظيفة HCA محددة مطلوبة في قطعة واحدة من الأجهزة أو البرامج الثابتة أو البرامج بحيث توفر المجموعة النهائية من الأجهزة والبرامج والبرامج الثابتة التي تمثل وظيفة HCA إمكانية الوصول لشبكة الموارد لتطبيق ما. في الواقع ، ستظهر بنية قائمة الانتظار التي يستخدمها التطبيق للوصول إلى أجهزة InfiniBand مباشرة في العنوان الظاهري للتطبيق. نفس آلية ترجمة العنوان هي وسيلة للوصول إلى الذاكرة نيابة عن التطبيقات على مستوى المستخدم. غالبًا ما تشير التطبيقات إلى عناوين افتراضية ؛ تتمتع HCAs بالقدرة على تحويل هذه العناوين إلى عناوين فعلية لنقل المعلومات.

مزايا بتقنية InfiniBand محول

1. توفر بطاقات شبكة InfiniBand أعلى أداء وأفضل حل للتوصيل البيني للخوادم وأنظمة التخزين. على وجه الخصوص في HPC و Web 2.0 والحوسبة السحابية والبيانات الضخمة والخدمات المالية ومراكز البيانات الافتراضية وتطبيقات التخزين ، ستشهد تحسينات كبيرة في الأداء ، مما يؤدي إلى أوقات إنجاز أقصر وخفض تكاليف العملية الإجمالية.
2. تعد محولات InfiniBand الحل الأمثل لمجموعات HPC التي تتطلب نطاقًا تردديًا عاليًا ومعدلات رسائل عالية وزمن انتقال منخفضًا لتحقيق كفاءة عالية للخادم وإنتاجية التطبيقات.
3. بطاقة InfiniBand offيقوم بتحميل معالجة البروتوكول وحركة البيانات الخاصة بوحدة المعالجة المركزية من وحدة المعالجة المركزية إلى التوصيل البيني ، مما يزيد من كفاءة وحدة المعالجة المركزية إلى أقصى حد وأداء معالجة فائقة السرعة للمحاكاة عالية الدقة ومجموعات البيانات الكبيرة والخوارزميات المتوازية للغاية.

كيفية اختيار InfiniBand شبكة بطاقة

1. عرض النطاق الترددي للشبكة: 100G ، 200G ، 400G
2. عدد المحولات في جهاز واحد
3. معدل المنفذ: 100 جيجابت / ثانية (HDR100 / EDR) ، 200 جيجابت / ثانية (HDR)
4. عدد المنافذ: 1/2
5. نوع واجهة المضيف: PCIe3 / 4 x8 / x16 ، OCP2.0 / 3.0
6. ما إذا كانت وظيفة Socket-Direct أو Multi-host مطلوبة

InfiniBand مقابل إيثرنت

• عرض النطاق الترددي: نظرًا لاختلاف التطبيقين ، تختلف متطلبات النطاق الترددي أيضًا. إيثرنت هو أكثر من اتصال بيني جهاز طرفي ، لا يوجد طلب كبير على النطاق الترددي. يتم استخدام InfiniBand لربط الخوادم في الحوسبة عالية الأداء. لا يأخذ في الاعتبار الترابط فقط ولكن أيضًا كيفية تقليل حمل وحدة المعالجة المركزية أثناء نقل الشبكة عالي السرعة. الاستفادة من تقنية RDMA ، شبكة InfiniBand يمكن أن يحقق تفريغ وحدة المعالجة المركزية في نقل عالي السرعة وتحسين استخدام الشبكة. لذلك ، لن تؤدي الزيادة الكبيرة في سرعة وحدة المعالجة المركزية إلى التضحية بمزيد من الموارد لمعالجة الشبكة وإبطاء تطوير أداء HPC.
• كمون: ينقسم بشكل رئيسي إلى محول ومحول شبكة للمقارنة. بالنسبة للمحول: باعتبارها الطبقة الثانية من التكنولوجيا في نموذج نقل الشبكة ، تتمتع محولات Ethernet بعملية معالجة طويلة ، والتي تتم بشكل عام في العديد من الولايات المتحدة (أكثر من 200 نانوثانية تدعم القطع) ، بينما تتميز محولات InfiniBand بمعالجة بسيطة للغاية للطبقة الثانية. يمكن أن تقصر تقنية Cut-Through بشكل كبير من تأخير إعادة التوجيه إلى أقل من 2ns ، وهو أسرع بكثير من محولات Ethernet. بالنسبة لمحولات الشبكة: باستخدام تقنية RDMA ، يمكن لبطاقات شبكة InfiniBand إعادة توجيه الحزم دون المرور عبر وحدة المعالجة المركزية ، مما يسرع بشكل كبير من تأخير تغليف الحزم وفك الكبسولة (عادةً ما يكون تأخير الإرسال والاستلام 100 نانو ثانية). ومع ذلك ، فإن تأخير الإرسال والإرسال لتطبيقات TCP و UDP المستندة إلى Ethernet يبلغ حوالي 600us ، مع اختلاف يزيد عن عشر مرات.
• الموثوقية: في مجال الحوسبة عالية الأداء ، يكون لإعادة إرسال فقدان الحزمة تأثير كبير على الأداء العام. لذلك ، هناك حاجة إلى بروتوكول شبكة موثوق للغاية لضمان الخصائص غير المفقودة للشبكة من مستوى الآلية ، وذلك لتحقيق خصائص الموثوقية العالية. InfiniBand هو بروتوكول شبكة كامل مع تنسيقات الطبقة 1 إلى الطبقة 4 الخاصة به. يتم إرسال الحزم واستلامها على الشبكة بناءً على التحكم في التدفق من طرف إلى طرف. لا يوجد تراكم في ذاكرة التخزين المؤقت في الإرسال عبر شبكة InfiniBand ، لذلك يتم التحكم في تذبذب التأخير إلى الحد الأدنى ، وبالتالي إنشاء شبكة مثالية خالصة. لا تحتوي الشبكة التي أنشأتها Ethernet على آلية للتحكم في التدفق للجدولة ، وهي ليست فقط تكلفة عالية ولكن أيضًا استهلاكًا أكبر للطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لعدم وجود آلية تحكم في التدفق من طرف إلى طرف ، ستظهر الشبكة في حالات متطرفة قليلاً ، مما يؤدي إلى ازدحام ذاكرة التخزين المؤقت وفقدان الحزمة ، مما يجعل أداء إعادة توجيه البيانات يتقلب بشكل كبير.
• الشبكات: تتطلب شبكات Ethernet من كل خادم في الشبكة إرسال حزم بشكل دوري لضمان التحديث في الوقت الفعلي للإدخالات. عندما يزداد عدد العقد في الشبكة إلى مستوى معين ، تتولد عواصف البث ، مما يؤدي إلى ضياع خطير في عرض النطاق الترددي للشبكة. في الوقت نفسه ، سيؤدي عدم وجود آلية تعلم إدخال الجدول لشبكة Ethernet إلى شبكة حلقة ، ولا يحتوي Ethernet على SDN خاص ، لذلك يجب تغيير تنسيق الحزمة أو آلية إعادة التوجيه لتلبية متطلبات SDN أثناء الشبكة النشر ، وبالتالي زيادة تعقيد تكوين الشبكة. ولدت InfiniBand مع مفهوم SDN. تحتوي كل شبكة InfiniBand من الطبقة الثانية على مدير شبكة فرعية لتكوين معرف العقدة (LocalID) في الشبكة. ثم يتم حساب معلومات مسار إعادة التوجيه بشكل موحد من خلال مستوى التحكم وتسليمها إلى مفتاح InfiniBand. بهذه الطريقة ، يمكن تكوين شبكة Layer 2 InfiniBand بدون أي تكوين ، وتجنب الفيضانات ، وتجنب شبكات VLAN وفواصل الشبكة الحلقية. لذلك ، يمكن نشر شبكة كبيرة من الطبقة الثانية تضم عشرات الآلاف من الخوادم بسهولة.

توصيات بطاقة الشبكة

بطاقة ConnectX-5 Ethernet (MCX512A-ACAT)

تتميز بطاقة واجهة ConnectX-5 Ethernet Network بما يصل إلى منفذي توصيل 10/25 جيجابت إيثرنت ، وزمن انتقال 750 نانومتر ، وما يصل إلى 200 مليون حزمة في الثانية (Mpps) ، ومجموعات تطوير طائرة البيانات (DPDK). لأحمال عمل التخزين ، ConnectX-5 offمجموعة من التسارعات المبتكرة ، مثل تبديل التوقيع في الأجهزة (T10-DIF) ، ومفاتيح PCIe المضمنة ، و NVMe عبر هدف Fabric offجار التحميل. تجلب بطاقات محول ConnectX-5 أيضًا Open vSwitch المتقدم offالتحميل إلى مراكز بيانات الاتصالات والسحابة لدفع معدلات حزم وإنتاجية عالية للغاية مع تقليل استهلاك موارد وحدة المعالجة المركزية ، وبالتالي زيادة كفاءة البنية التحتية لمركز البيانات.

بطاقة ConnectX-6 Ethernet (MCX623106AN-CDAT)

يدعم ConnectX-6 Dx SmartNIC معدلات نقل تبلغ 1/10/25/40/50 / 100GbE ، وأنابيب مرنة قابلة للبرمجة لتدفقات الشبكة الجديدة ، والتوجيه المتعدد باستخدام جودة الخدمة المتقدمة ، و IPsec ، و TLS ، ودعم تسريع التشفير المضمن وتسريع التشفير لحظر ثابت بيانات. إنها بطاقة واجهة الشبكة السحابية الأكثر أمانًا وتقدماً في الصناعة لتسريع تطبيقات مراكز البيانات ذات المهام الحرجة مثل الأمان والمحاكاة الافتراضية و SDN / NFV والبيانات الضخمة والتعلم الآلي والتخزين.

بطاقة شبكة ConnectX-6 VPI IB (MCX653105A-ECAT-SP)

توفر بطاقة ConnectX-6 VPI منفذًا واحدًا وزمن وصول فرعي يبلغ 600 نانومتر و 215 مليون رسالة في الثانية لاتصال HDR100 EDR InfiniBand واتصال Ethernet بسرعة 100 جيجابت. دعم PCIe 3.0 و PCIe 4.0 ؛ ميزات التخزين المتقدمة ، بما في ذلك التشفير على مستوى الكتلة والمجموع الاختباري offحمل؛ للحصول على أعلى أداء وأكثر الحلول مرونة المصممة لتلبية الاحتياجات المتزايدة لتطبيقات مركز البيانات.

بطاقة شبكة ConnectX-5 VPI IB (MCX556A-ECAT)

بطاقات محول ConnectX-5 InfiniBand offإيه حل مرن عالي الأداء مع منافذ اتصال InfiniBand و Ethernet بسرعة 100 جيجابت / ثانية ، وزمن وصول منخفض ، ومعدلات رسائل عالية ، بالإضافة إلى مفاتيح PCIe المدمجة و NVMe عبر الأقمشة ، offحمل. تم تمكين هذه المحولات الذكية للوصول المباشر عن بعد للذاكرة (RDMA) لتوفير تطبيق متقدم offإمكانات التحميل للحوسبة عالية الأداء (HPC) ، ومنصات التخزين السحابية الفائقة.

من محولات InfiniBand وبطاقات Ethernet المذكورة أعلاه ، من السهل رؤية أن كلاهما له خصائصه الخاصة ومناطق التطبيق المقابلة. لا يعتمد نوع البطاقة المراد نشرها على البروتوكولات التي تدعمها البطاقة فحسب ، بل يعتمد أيضًا على بيئة الشبكة والميزانية.