【硬件相关】IB网/以太网基础介绍及部署实践

一、前言

1、Infiniband网络

What is InfiniBand Network and the Difference with Ethernet?

Infiniband是一种高带宽、低延迟、高可靠性的开放标准网络互连技术，这项技术是由 IBTA (InfiniBand Trade Association)定义的，该技术在超级计算机集群领域得到了广泛的应用。

1.1、网络类型

Infiniband在物理层定义了多种链路速度，如x1链路、x4链路、x12链路，每个单独的链路都是四线串行差分连接（每个方向两根线），目前大多采用x4链路，当前Infiniband主流常见网络类型参考如下：

网络类型	信号速率	编码方式	x1链路速率	x4链路速率	x12链路速率
SDR（Single Data Rate）	2.5Gb/s	8b/10b	2Gb/s	8Gb/s	24Gb/s
DDR（Double Data Rate）	5Gb/s	8b/10b	4Gb/s	16Gb/s	48Gb/s
QDR（Quad Data Rate）	10Gb/s	8b/10b	8Gb/s	32Gb/s	96Gb/s
FDR（Fourteen Data Rate）	14.0625Gb/s	64b/66b	13.64Gb/s	54.54Gb/s	163.64Gb/s
EDR（Ehanced Data Rate）	25.78125Gb/s	64b/66b	25Gb/s	100Gb/s	300Gb/s
HDR（High Data Rate）	50Gb/s	64b/66b	50Gb/s	200Gb/s	600Gb/s
NDR（Next Data Rate）	100Gb/s	64b/66b	100Gb/s	400Gb/s	1200Gb/s

1.2、网络拓扑

Infiniband是处理器和I/O设备之间数据流的通信链路，支持多达64,000个可寻址设备。IBA(InfiniBand Architecture)是一个行业标准规范，它定义了一个点对点交换输入/输出框架，用于互连服务器、通信基础设施、存储设备和嵌入式系统。

Infiniband具有广泛性、低时延、高带宽和低管理成本等优点，是将多个数据流(集群、通信、存储、管理)在一个连接中连接数千个节点的理想选择。最小的IBA完整单元是一个子网（单个子网最大可由6万多个节点组成），多个子网通过路由器相互连接，形成一个大的IBA网络。子网内部使用交换机进行二层处理，子网之间使用路由器或网桥进行连接。

Infiniband是一种基于通道的结构，通道适配器就是搭建Infiniband通道使用的，所有传输均以通道适配器开始或结束，以确保安全或在给定的QoS（服务质量）级别下工作。其组成单元可以分为以下四类：

• HCA（Host Channel Adapters）：主机通道适配器
• TCA（Target Channel Adapters）：目标通道适配器
• IB Link（Infiniband Link）：Infiniband连接通道，包括连接头和线缆两部分，其中线缆可以是电缆或光纤
• Switch/Router：Infiniband组网设备

1.3、硬件设备

1.3.1、网卡

高端网卡通常支持IB RDMA和ROCE两种，可以接入IB交换机或以太网交换机，具体支持情况需要根据产品规格进行确定。
网卡按照速率可分为QDR（40Gb）、EDR（100Gb）、HDR（200Gb）及NDR（400Gb）

1.3.2、连接线缆

连接线缆包括光模块和线缆两部分

a、光模块

The Big Differences Between SFP, SFP+, SFP28, QSFP+, QSFP28, QSFP-DD, and OSFP
Quickview about SFP, SFP+, SFP28, QSFP+, QSFP28, QSFP-DD and OSFP
sfp-vs-sfp-vs-sfp28-vs-qsfp-vs-qsfp28-vs-qsfp-dd-vs-osfp-differences

光模块在数据通信行业中起着关键的作用，SFP、SFP+、SFP28、QSFP+、QSFP28、QSFP56、QSFP-DD和OSFP是不同类型的光收发器。
它们都是可热插拔的网络接口模块，用于连接网络交换机和其他网络设备(如服务器)的数据传输，常见光模块类型参考如下：

光模块类型	支持速率	大小(mm2)	兼容性	线缆类型	连接头
SFP	100 Mb/s 1 Gb/s	113.9	100 Mb/s SFP+	Fiber、Twisted Pair	LC、RJ45
SFP+	10 Gb/s	113.9	1 Gb/s SFP	Fiber、Twisted Pair、DAC	LC、RJ45
SFP28	25 Gb/s	113.9	10 Gb/s SFP+	Fiber、DAC	LC
SFP56	50 Gb/s	113.9	SFP、SFP+、SFP28	Fiber、DAC	LC
QSFP	4 Gb/s	156	none
QSFP+	40 Gb/s	156	none	Fiber、DAC	LC、MTP/MPO
QSFP28	50 Gb/s	156	QSFP+	Fiber、DAC	LC
QSFP28	100 Gb/s	156	none	Fiber、DAC	LC、MTP/MPO-12
QSFP56	200 Gb/s	156	none	Fiber、DAC	LC、MTP/MPO-12
QSFP-DD	400 Gb/s	156	QSFP+、QSFP28	Fiber、DAC	LC、MTP/MPO-16
OSFP	400 Gb/s 800 Gb/s	比QSFP略大	none	Fiber、DAC	LC、MTP/MPO-12

b、线缆

Infiniband网络中，使用的线缆区别于传统的以太网线缆和光纤线缆。针对不同的连接场景，需使用专用的InfiniBand线缆，可分为DAC高速铜缆、AOC有源线缆两种，两者材质不一（前者使用铜缆、后者使用光纤），AOC有源线缆价格要高于DAC高速铜缆
注：针对不同网络速率，QDR（40Gb）、EDR（100Gb）、HDR（200Gb）及NDR（400Gb）对应线缆有所不同，需要根据选定的IB交换机及网卡适配

1.3.4、交换机

Infiniband网络需使用专用的IB交换机

2、Ethernet网络

以太网（Ethernet）是由Xerox主导，并由Xerox、Intel、DEC联合开发的基带局域网规范标准，于1980年9月30日发布，是现有局域网所采用最通用的通信协议标准，通过电缆传输和接收数据。
以太网用于创建局域网并连接多台计算机或其他设备（如打印机、扫描仪等），在有线网络中通过光纤电缆完成，在无线网络中通过无线网络技术完成。
目前由IEEE主导的IEEE 802.3已发布100GE、200GE、400GE的以太网接口标准，常用的网络类型有以下几种

网络名称	IEEE标准	传输速率	网络类型
Ethernet	802.3	10 Mbps	10Base-T
Fast Ethernet	802.3u	100 Mbps	100Base-TX 100Base-FX
Gigabit Ethernet	802.3z	1000 Mbps	1000Base-T 1000Base-SX 1000Base-LX
10 Gigabit Ethernet	IEEE 802.3ae	10 Gbps	10GBase-SR 10GBase-LX4 10GBase-LR/ER 10GBase-SW/LW/EW

二、部署实践（以太网）

1、Intel E810-XXVDA2

1.1、网卡信息

网卡介绍：英特尔® 以太网网络适配器 E810-XXVDA2

• 网卡端口：双口（Dual-Port）
• 网卡速率：25/10/1GbE
• PCIe版本：16 GT/s（PCIe 4.0）
• 插槽宽度：x8 lanes
• 网卡控制器：Intel Ethernet Controller E810
• 网卡驱动：ice

1.2、检查命令

• 查看当前PCIe网卡列表：lspci | grep Eth

[root@node155 ~]# lspci | grep Eth
18:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
18:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)
60:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation Ethernet Connection X722 for 1GbE (rev 09)
60:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation Ethernet Connection X722 for 1GbE (rev 09)
61:00.0 Ethernet controller: Intel Corporation Device 159b (rev 02)
61:00.1 Ethernet controller: Intel Corporation Device 159b (rev 02)

• 查看当前PCIe网卡产品型号：lspci -vvv -s <pci-device-num> | grep "Product Name"

[root@node155 ~]# lspci -vvv -s 61:00.0 | grep "Product Name"Product Name: Intel(R) Ethernet Network Adapter E810-XXVDA2

• 查看当前PCIe网卡速率：lspci -vvv -s<pci-device-num> | grep -E '(LnkCap:|LnkSta:)'
  注：LnkCap表示网卡理论的传输速率，LnkSta表示网卡实际的传输速率，当出现LnkSta < LnkCap情况时，网卡速率会大幅下降，通常为服务器PCIe插槽和网卡存在兼容性问题，尝试更换网卡或PCIe插槽解决

[root@node8 ~]# lspci -vvv -s 61:00.0 | grep -E '(LnkCap:|LnkSta:)'LnkCap: Port #0, Speed 16GT/s, Width x8, ASPM not supported, Exit Latency L0s unlimited, L1 <4usLnkSta: Speed 8GT/s, Width x4, TrErr- Train- SlotClk+ DLActive- BWMgmt- ABWMgmt-

1.2、驱动编译

驱动下载：Intel® Network Adapter Driver for E810 Series Devices under Linux*

• 下载驱动程序(下载地址：适用于 Linux* 下的 E810 系列装置的 Intel® 网络适配器驱动程序)

wget https://downloadmirror.intel.com/789309/ice-1.12.7.tar.gz

• 源码编译安装，加载ice网卡驱动模块

tar -zxvf ice-1.12.7.tar.gz
cd ice-1.12.7/src/
make install
modprobe ice

• 查看网卡速率信息

[root@node8 src]# ethtool enp97s0f0
Settings for enp97s0f0:Supported ports: [ FIBRE ]Supported link modes:   1000baseT/Full25000baseCR/Full25000baseSR/Full1000baseX/Full10000baseCR/Full10000baseSR/Full10000baseLR/FullSupported pause frame use: SymmetricSupports auto-negotiation: NoSupported FEC modes: NoneAdvertised link modes:  25000baseSR/Full10000baseSR/FullAdvertised pause frame use: NoAdvertised auto-negotiation: NoAdvertised FEC modes: None BaseR RSSpeed: 25000Mb/sDuplex: FullPort: FIBREPHYAD: 0Transceiver: internalAuto-negotiation: offSupports Wake-on: dWake-on: dCurrent message level: 0x00000007 (7)drv probe linkLink detected: yes

2、Mellanox MCX456A-ECAT [ConnectX-4]

环境信息
100G双口网卡 Mellanox MCX456A-ECAT
100G以太网DAC线缆（3米） Mellanox MCP1600-C003

2.1、网卡信息

NVIDIA ConnectX InfiniBand网卡介绍
NVIDIA ConnectX-4 InfiniBand/Ethernet Adapter Cards User Manual

• 网卡端口：双口（Dual-port QSFP28）
• 网卡速率：InfiniBand: SDR/DDR/QDR/FDR/EDREthernet: 10/25/40/50/100 Gb/s
• PCIe版本：8.0GT/s（PCIe 3.0）
• 插槽宽度：x16 lanes
• 网卡驱动：mlx5_core

1.2、检查命令

• 查看当前PCIe网卡列表：lspci | grep Eth

[root@node176 ~]# lspci | grep Eth
0000:01:00.0 Ethernet controller: Mellanox Technologies MT27700 Family [ConnectX-4]
0000:01:00.1 Ethernet controller: Mellanox Technologies MT27700 Family [ConnectX-4]
0001:06:00.0 Ethernet controller: Beijing Wangxun Technology Co., Ltd. WX1860A2 Gigabit Ethernet Controller (rev 01)
0001:06:00.1 Ethernet controller: Beijing Wangxun Technology Co., Ltd. WX1860A2 Gigabit Ethernet Controller (rev 01)

• 查看当前PCIe网卡速率：lspci -vvv -s<pci-device-num> | grep -E '(LnkCap:|LnkSta:)'
  注：LnkCap表示网卡理论的传输速率，LnkSta表示网卡实际的传输速率，当出现LnkSta < LnkCap情况时，网卡速率会大幅下降，通常为服务器PCIe插槽和网卡存在兼容性问题，尝试更换网卡或PCIe插槽解决

[root@node176 ~]# lspci -vvv -s 0000:01:00.0 | grep -E '(LnkCap:|LnkSta:)'LnkCap: Port #0, Speed 8GT/s, Width x16, ASPM not supportedLnkSta: Speed 8GT/s, Width x16

1.2、驱动安装

驱动下载：Intel® Network Adapter Driver for E810 Series Devices under Linux*

• 根据当前操作系统版本及硬件架构，选择下载对应驱动软件包（MLNX_OFED_LINUX-5.8-4.1.5.0-rhel8.2-aarch64.tgz）

• 对于主流发行系统版本，在不升级默认内核版本情况下，mlnx_ofed提供了预构建RPM包，直接执行驱动软件安装即可

tar -zxvf MLNX_OFED_LINUX-5.8-4.1.5.0-rhel8.2-aarch64.tgz
cd MLNX_OFED_LINUX-5.8-4.1.5.0-rhel8.2-aarch64/
./mlnxofedinstall