Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 網路技術
 
 
網路技術  

匯聚型網路介面卡打統合乙太網路通訊

上網時間: 2006年12月25日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Broadcom  NIC  C-NIC  網路卡  乙太網路 

如何加快客戶端/伺服器、叢集(clustering)與儲存網路連結的速度,進而促成TCP/IP乙太網路通訊的統一,是新一代網路系統面臨的主要挑戰。在匯聚型網路介面卡(C-NIC)以及伺服器操作系統介面問世後,進一步加快了高度整合網路處理能力;而伺服器的應用和重要性不斷提升,也將使C-NIC可望成為入門級伺服器組態的標準配備之一。

在新一代網路系統中配置C-NIC的效益相當顯著,它能大幅改善效能、延伸性和擁有成本。相較於其他產品,由於C-NIC不會中斷現行的網路連結與伺服器基礎架構,因此成為了打造統一乙太網路架構的可選擇產品之一。

在目前的網路市場中,多數人認為伺服器網路的I/O瓶頸是影響資料中心應用效能與擴充性的最主要因素。但事實上,目前客戶端與伺服器間的網路頻寬和流量負荷、叢集與儲存流量的負擔已經超出CPU的處理能力,且差距還在不斷攀升與擴大,這才是問題徵結。這種嚴重失衡且差距仍擴大的情況,已成為資料中心管理者最頭痛的問題之一。

一般解決這項挑戰採取的方案不外乎針對特定伺服器流量類型尋找最佳的網路技術,如提供客戶端/伺服器通訊與檔案格式儲存的乙太網路、以區塊儲存的光纖通道,還有為伺服器叢集設計且具備特殊目標應用的低延遲協議等。然而,類似方法取得不易,實際實現時也具有成本問題,亦可能中斷現有應用,還可能阻礙移轉至較新伺服器的拓墣型態,如刀鋒型伺服器、虛擬伺服器系統等。

統一的乙太網路通訊

透過普遍存在的Gb乙太網路TCP/IP網路連結,來滿足客戶端/伺服器、叢集與儲存通訊的需求,是目前架設統一乙太網路通訊的解決方式之一。而這種網路架構前景之所以看好,是因為它不會中斷現有資料中心的基礎架構,且只需增加少許費用就可明顯提升效能,完全不影響現有伺服器與網路基礎架構。另外,能使用既有管理工具與介面完成資料中心的升級,並保證絕對不會變更現有應用內容也極具吸引力。

本文將介紹網路連結技術趨勢,包括TCP卸載引擎(TOE)、TCP上的遠端直接記憶體存取(RDMA)和網際網路小型電腦系統介面(iSCSI)協議。這三者之間正逐漸融合,並催生了統一的乙太網路資料中心通訊。

TCP卸載引擎(TOE) TOE可降低配備標準Gb網路介面卡之伺服器處理TCP/IP的負荷,將TCP/IP協議堆疊卸載至一個專屬的控制器。即使在廠商們的重大技術投資中,已將TOE技術列為重點項目,但想要大量拓展TOE裝設仍有層層障礙需要克服。

成本是阻礙現有的TOE產品,特別是TOE網路介面卡(TOE NIC)的嵌入式元件發展的一大因素。由於每個伺服器都需配備一個TOE NIC,若要設定高使用性的組態,就必須準備二個才足夠,但一個TOE NIC費用約700~1,000美元。為此,Broadcom針對NIC與主機板內嵌LAN(LOM)的應用提出了新的經濟型TOE技術,透過該技術,若在NIC組態中設置,則可實現與目前GbE NIC卡相同的成本;若在LOM組態上,則ASIC大量訂購價格可望壓低至35美元。

RDMA RDMA是一種讓NIC卡直接將資料置入與移出應用的記憶體內的技術,可免除資料拷貝的麻煩,還支援叢集與儲存通訊等低時間延遲通訊。目前為止,RDMA網路連結仍包含特殊的互連。這些互連是專有、獨立的架構,意味著此一方法昂貴且具中斷性。實質上,對於已經投入巨資採購伺服器、Gb網路設備及各種商業與客製化應用軟體的公司來說,採用RDMA意味著必須放棄原來的基礎架構,而非在上面增添設施,因此這項技術並不受青睞。

不過,包括Broadcom、Cisco、Dell、EMC、HP、IBM與微軟等公司正針對在TCP協議標準上支援RDMA的發展進行合作。RDMA的應用程式介面(API)涵蓋插槽直接通訊協議(SDP)與Winsock Direct(WSD),為現有的TCP/IP插槽應用建立基礎,以享受TCP上RDMA帶來的好處;同時開發出RDMA-native的API,協助應用充分利用TCP上的ADMA。這些包括DAT Collaborative開發的直接存取程式庫(DAPL),融合Open Group互連標準協會(ISC)制訂標準化的努力,還有正在成形的Windows Server Named Buffers API等。

iSCSI 在TCP/IP Gigabit網路上,進行端對端(end-to-end)的區塊儲存網路連結是iSCSI的設計目的,它是一種專門針對SCSI的通訊協議,透過SCSI壓縮指令壓縮TCP資料串流,在TCP上面進行作業。iSCSI逐漸發展成為一種資料中心內部平行SCSI或光纖通道,以作為SAN/NAS統合、訊息傳送、資料庫及高效能運算等應用的區塊I/O傳輸功能。

應用伺服器目前採用二種方式支援iSCSI驅動程式:一是純軟體的驅動程式,如擁有標準GbE NIC的Microsoft iSCSI軟體驅動程式,另一種則是一個iSCSI主機匯流排介面卡(HBA)。iSCSI HBAs一般只用專屬的控制器,以便將iSCSI與TCP/IP協議從伺服器主機的CPU完全卸載下來,達到最佳效能,並控制儲存服務,如由伺服器操作系統提供的多路I/O。

擴增資料中心應用效能

TCP/IP、RDMA與iSCSI卸載能否發揮獨特的效能,大致上受到二個與特定應用相關的因素左右,即應用網路的I/O特性,以及效能產生瓶頸的所在點。在與網路連結相關的I/O中,平均傳輸大小、總處理能力和時間延遲的敏感度扮演重要角色。一個應用受到儲存網路限制的程度,也對iSCSI區塊儲存網路連結產生的效益具有關鍵性影響。

以Margala Communications就「水平擴充」方式架構1P/2P伺服器,並分析其中的工作負載為例,IP協議組卸載的效益會分散在資料中心的各類應用上。如圖1所示,IP協議組卸載對於前端的網路伺服器應用、後端的高效運算和決策支援應用,以及一般網際網路檔案服務(CIFS)的檔案儲存服務特別有幫助。這些應用集結起來後,將佔據大部分伺服器市場。


圖1:由伺服器工作負擔來源分析入門伺服器工作負擔。

IP協議組卸載與新問世的伺服器作業系統介面大幅增加了伺服器應用的廣度與重要性,也讓IP協議組卸載可望成為入門級伺服器組態設定的標準之一。但要實現這個理想,仍需使用全新的匯聚網路介面卡(C-NIC),以不同於當前各自獨立卸載的方式將TOE、RDMA與iSCSI卸載匯聚起來,從而改善其應用效能、擴充性與伺服器的採購成本。

C-NIC的目的在於整合每一個主要IP協議組卸載的硬體與軟體元件,使其成為一個統整的產品。一個整合的C-NIC裝置均需包含一些特殊的功能:1. TCP協議卸載與伺服器作業系統緊密配合;2. TCP上的RDMA需要RDMA介面如SDP或WSD的支援;3. iSCSI卸載與伺服器作業系統儲存堆疊緊密搭配;4. 嵌入式伺服器管理功能,加上支援OS開關機狀態,有助於機架、刀鋒型與虛擬伺服器系統等遠端系統進行完整的管理。

把一個獨立的C-NIC元件與相關軟體結合,將加速處理一般資料網路連結、叢集與儲存通訊。如圖2所示,安裝C-NIC的伺服器將可同時支援三種不同流量類型,透過一個或多個伺服器Gigabit連接埠,實現統一的端對端GbE通訊。


圖2:C-NIC同時加速乙太網路上的TCP/IP網路連結、叢集與儲存流量。

提升伺服器與網路效能

C-NIC可協助資料中心管理員充份利用現有伺服器資源,它能讓伺服器對所有流量類型分享GbE網路埠,免除網路負荷,簡化現有網路纜線連線,協助升級伺服器與網路技術。無需改變應用軟體,同時維持現有的使用者與軟體管理介面,就能享受到這些好處。

與現有的Gb NIC相比,C-NIC可完全負擔伺服器上網路I/O處理負載。它能集結網路連結、儲存與叢集I/O卸載,完全免除伺服器耗費資源處理網路工作。由於網路I/O功能的整合,新的C-NIC伺服器只要連結到單一的Gb乙太網路上即可。相對的,升級為10GbE只需要加裝一個模組到伺服器上。

由於C-NIC簡化了到每個伺服器與機架的介面,因此而減少了連接點、纜線、介面卡的使用,並讓升級到現有網路上更加容易。無需太多改變就能增進效率。此外,對許多資料中心來說,伺服器的生產力越好代表就利用較少的伺服器也可完成工作,如此一來,除了降低採購費用外,也能減少後續的維護與管理費用。




投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 匯聚型網路介面卡打統合乙太網路通訊
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首