是目前發展最快的高速互聯網絡技術之一，具有高帶寬、低時延、易擴展等特點。 通過研究和實踐，對該技術的數據分組、數據傳輸、層次結構、與以太網技術的比較、交換機制、發展前景等進行了全面的探索。
一、概述
它是處理器和 I/O 設備之間數據流的通信鏈路，最多支持 64,000 個可輪詢設備。
(, IBA) 是一種行業標準規范，它定義了一種點對點交換輸入/輸出框架，通常用于服務器、通信基礎設施、存儲設備和嵌入式系統的互連。
具有普適性、低延遲、高帶寬、低管理成本等特點，是一個理想的單連接多數據流（降維、通信、存儲、管理）的連接網絡，擁有數萬個互連節點. 最小的完整IBA單元是一個子網（），多個子網通過路由器連接起來形成一個大的SBA網絡。 SBA 子網由端節點、交換機、鏈路和子網管理器組成。
開發的初衷是將服務器總線聯網，因此它不僅具有強大的網絡性能，還直接繼承了總線的高帶寬和低信噪比。 總線技術中使用的DMA()技術是以RDMA()的形式實現的。 RDMA服務可以在處理器之間進行跨網絡數據傳輸，數據直接在臨時顯存之間傳輸，無需操作系統干預或數據復制。 RDMA 通過減少對帶寬和處理器開銷的需求來提高信噪比。 這些效果是通過在網卡硬件中部署可靠的傳輸契約，并支持零拷貝網絡技術和內核內存旁路來實現的。
實現了基于客戶端-服務器和消息傳輸的通信方案和基于存儲映射實現網絡通信的方案，將復雜的I/O系統從處理器和存儲設備中分離出來，使I/O子系統相互獨立，是一種基于I/O通道共享機制的總線互連技術。
該系統由通道適配器（）、交換機、路由器、電纜和連接器組成。 CA分為主機通道適配器（Host）和目標通道適配器（Host）。 SBA交換機在原理上與其他標準網絡交換機類似，但必須能夠滿足高性能和低成本的要求。 路由器用于將大型網絡劃分為較小的子網，并通過路由器將它們連接在一起。 HCA是一個設備點，服務器或存儲設備的IB端節點通過它連接到IB網絡。 TCA是一種非凡的通道適配器方式，多用于存儲設備等嵌入式環境。
有幾個優點，基于標準的合同，高速，遠程直接內存訪問（RDMA），傳輸卸載（），網絡分區和服務質量（QoS）。
2.數據包和數據傳輸
() 是數據傳輸的基本單位。 為了使信息在網絡中高效傳播，信息被信道適配器分成許多數據包。 一個完整的IBA包由本地路由頭（）、全局路由頭（Route）、基本傳輸頭（Base）、擴展傳輸頭（，PYLD）、固定循環冗余校驗（ CRC、ICRC)和可變循環冗余校驗(CRC、VCRC)等字段(field)，如圖所示。 2.
數據包使用128位的IPv6擴展地址，其數據包在GRH中包含源（HCA）和目的（TCA）地址，使得交換機能夠立即將數據包直接切換到正確的設備上。
基于銅纜和光纖，化學層支持單線（1X）、4線（4X）、8線（8X）和12線（12X）分組傳輸。
標準支持單倍速（SDR）、雙倍速（DDR）、四倍速（QDR）、十四倍速（FDR）和增強型雙倍速（EDR）的數據傳輸速度，從而可以傳輸更大量的數據（見表1). 因為DDR/QDR大大提高了性能，所以非常適合傳輸大數據文件的應用，比如分布式數據庫和數據挖掘應用。
與DDR、QDR一樣，也采用了直通轉發技術（Cut-）。 如果使用不同的傳輸速度，子網管理器必須是拓撲感知的（-aware）并且只將 SDR 數據包轉發到 SDR 鏈路（或將 DDR 數據包轉發到 DDR 鏈路），或者交換網絡必須能夠存儲和轉發數據包以提供速度匹配。
在 SDR 和 DDR 連接之間交換數據時復制物理網絡連接狀態，額外的存儲轉發延遲是數據包序列化延遲的一半。 為了在SDR主機和DDR主機之間交換數據，DDR主機根據連接構建時交換的QP參數進行限速傳輸。
3.架構層次
該框架由化學層、鏈路層、網絡層和傳輸層組成，其層次結構如圖3所示。
化學層：化學層為鏈路層提供服務，為這兩層提供邏輯套接字。 化學層由端口信號連接器、物理連接（聯通和光信號）、硬件管理、電源管理、編碼線等模塊組成。 它的主要功能是：
鏈路層：鏈路層負責處理數據包中鏈路數據的發送和接收，提供尋址、緩沖、流量控制、錯誤校驗、數據交換等服務。 服務質量（QoS）主要體現在這一層。 狀態機（state）用于定義鏈路層的邏輯操作為外部可訪問的操作，不指定內部操作。
例如，數據包接收狀態機將從鏈路層接收的數據作為字節流處理，即使我們期望鏈路層操作并行處理數據流的多個字節。
網絡層：網絡層負責在IBA子網之間路由數據包，包括()和()操作。 網絡層不指定多合約路由（如非IBA類型之上的IBA路由），也不指定IBA子網之間的原始數據包如何路由。
傳輸層：每個IBA數據都包含一個傳輸頭()。 傳輸報頭包含端節點完成指定操作所需的信息。 傳輸層的IBA通道適配器通信客戶端通過操作QP，形成“發送”工作隊列和“接收”工作隊列。
對于主機，傳輸層的客戶端是一個 Verbs 軟件層。 客戶端向這些隊列發送緩沖區或命令復制物理網絡連接狀態，硬件來回傳輸緩沖區數據。 在構造QP時，它結合了四種IBA傳輸服務類型（可靠連接、可靠自輪詢消息、不可靠自輪詢消息、不可靠連接）或非IBA合約封裝服務。 傳輸服務描述了可靠性和 QP 傳輸數據的工作方式以及傳輸的內容。
4.兌換機制
采用的交換結構()是一種基于交換的點對點互連結構，用于系統的容錯性和可擴展性。
交換機的主要功能是將數據包投遞到數據包本地路由頭指定的目的地址。 同時，交換機也對數據包進行消費，以滿足自我管理的需要。 SBA交換機是內部子網的基本路由預制組件（子網間的路由功能由SBA路由器提供）。 交換機的互連是通過在鏈路之間中繼數據包（）來完成的。
交換機實現的功能有：子網管理代理（SMA）、性能管理代理（PMA）和底板管理代理（BMA）。 SMA通過子網管理包為子網管理器提供了獲取交換機內部記錄和表數據的，實現消息通知、服務級別（Level，SL）到虛擬路徑（Lane，VL）的映射、VL仲裁、多廣播轉發、供應商特征等功能。 PMA 為性能管理器提供了一個套接字，用于監控交換機的數據吞吐量和錯誤累積等性能信息。 BMA 提供底板管理器和機箱管理器之間的通信通道。
交換機數據轉發的主要功能：
(1)選擇輸出端口：交換機根據數據包的本地目的標識(Local，DLID)，從轉發表中找出輸出端口的終端標記。
(2) 選擇輸出VL：支持SL和VL。 交換機根據SL-VL映射表確定不同優先級的數據包使用的輸出端口的VL。
(3)數據流控：采用基于信用的鏈路級流控機制。
(4) 支持時隙、組播和廣播：交換機可以將組播包或廣播包轉換成多個時隙包進行交換。
(5) 分區定義：只有在同一分區的主機才能相互通信。 每個分區都有唯一的分區鍵，交換機檢測數據包的DLID是否在該鍵對應的分區中。
(6)錯誤校準：包括不一致錯誤校驗、編碼錯誤校準、幀錯誤校準、數據包厚度校準、數據包頭版本校準、服務水平有效性校準、流量控制合規性、最大傳輸單元校準。
(7)VL仲裁：支持子網VL(包括管理VL15和數據VL)。 交換機采用VL仲裁，保證高優先級的數據包得到更好的服務。
5.帶以太網
從互聯網的誕生和發展到今天在HPC領域的主流地位，人們總會將其與常用的以太網技術進行比較。 筆者整理了兩者的對比如表2所示。
從表2可以看出，它在數據傳輸和低延遲方面大大超越了以太網，其低延遲設計使其非常適合HPC領域。 據悉，其在單位成本方面也具有相當大的優勢。
六，結論
隨著互聯網的不斷發展，它已經成為替代100M/1000M以太網的最佳解決方案，必將成為高速互聯網絡的首選，其與以太網、iSCSI的結合也將更加緊密。 預測顯示，未來5年，FDR、EDR、HDR市場需求將快速下滑，預計2020年前帶寬將達到，其未來將有更廣闊的應用前景。