Наик Дайлип - Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

Технологии оптимизации TCP, разработанные в последнее время, рассчитаны на более активное применение аппаратных компонентов сетевого адаптера. С увеличением потребности в быстродействии TCP/IP (особенно учитывая развитие технологии IP Storage) оптимизация TCP стала крайне важной. Далее вкратце описаны некоторою из предлагаемых технологий.

Перемещение всего стека протокола TCP/IP на уровень аппаратного обеспечения. Хотя в аспекте производительности это наилучший вариант, он наиболее амбициозен, поскольку требует решения некоторых сложных проблем, например координации различных стеков протокола TCP/IP,. работающих на двух сетевых адаптерах одного сервера под управлением Windows NT..

Поддержка аппаратным обеспечением перемещения данных и генерации контрольных сумм, причем управлением соединениями будет заниматься программное обеспечение.

Перенос на уровень аппаратного обеспечения стандартной обработки; при этом обработка исключений осуществляется программно.

Перенос на уровень аппаратного обеспечения обработки данных IPSec и даже некоторых данных iSCSI.

В Windows 2000 б, ыла представлена версия 5.0 спецификации NDIS (Network Driver Interface Specification), которая содержит поддержку оптимизации TCP/IP. В частности, в Windows 2000 поддерживаются описанные ниже функции.

Перенос вычисления контрольных сумм TCP/IP на уровень аппаратного обеспечения как для отправки (генерация контрольной суммы), так и для приема (проверка контрольной суммы).

Перенос сегментации TCP на уровень аппаратного обеспечения. При этом, если объем данных превышает максимальную единицу передачи (MTU), аппаратное обеспечение будет сегментировать данные в несколько пакетов.

Перенос на уровень аппаратного обеспечения реализации IPSec. Стандарт IPSec (для протоколов IPv4 и IPv6) обеспечивает целостность данных и аутентификацию на уровне пакетов. Протокол IPSec может использоваться в двух режимах: транспортном, который обеспечивает целостность данных и аутентификацию между пользовательскими приложениями, и туннельном, обеспечивающем безопасность обмена данными между двумя маршрутизаторами. На уровень аппаратного обеспечения могут быть перенесены оба режима.

Быстрая передача пакетов, когда код маршрутизации Windows 2000 передает пакет с одного сетевого порта на другой, минуя копирование пакета в память узла.

Новый стандарт (и архитектура) InfiniBand предназначен для соединения коммутируемых связных архитектур между узлом и хранилищем или сетевыми периферийными устройствами. Разработкой спецификации InfiniBand занимается ассоциация IBTA (InfiniBand Trade Association). Эта ассоциация была сформирована после слияния двух конкурирующих спецификаций: Future I/O, продвигавшейся усилиями компании Intel, и Next Generation I/O, разрабатываемой компаниями IBM, HP и Compaq.

Архитектура InfiniBand предлагает несколько модификаций, в частности замену шины ввода-вывода (например, PCI) сетью коммутируемой связной архитектуры. Последовательная коммутируемая связная архитектура обладает определенными преимуществами по сравнению с обычной шиной ввода- вывода. Наиболее заметное преимущество состоит в поддержке большего количества устройств на значительно большем расстоянии с использованием на порядок меньшего количества электрических проводников. Кроме того, связная архитектура поддерживает несколько одновременных сеансов передачи данных и обеспечивает устойчивость к ошибкам. Прежде чем подробно обсуждать архитектуру InfiniBand, рассмотрим недостатки шины PCI.

Хотя шина PCI обладает определенными позитивными свойствами, например в свое время она заменила сразу несколько конкурирующих стандартов (ISA, EISA, MCA), в свете быстрого развития центральных процессоров, памяти и технологий периферийных устройств ее ограничения становятся все более явными. Приведем некоторые из них.

Хотя шина PCI обладала достаточным быстродействием в момент своего появления, ее пропускная способность более не соответствует современным требованиям: шина FSB центрального процессора имеет пропускную способность 1066 Мбит/с, а для устройств Gigabit Ethernet и высокоуровневых устройств хранения (SCSI 3) шина PCI станет «бутылочным горлышком», ограничивающим эффективность работы.

Шина PCI имеет определенные проблемы в управлении вообще и в обнаружении ошибок в частности. Одна некорректно работающая плата PCI может привести к неисправности всей системы, в то время как обнаружить поврежденную плату крайне сложно.

Существуют физические ограничения на длину шины и скорость передачи данных, кроме того ограничено количество шин. При использовании наибольшей скорости передачи данных к шине можно подключить только одно периферийное устройство.

Обратите внимание: хотя технология InfiniBand изначально позиционировалась как замена шины PCI, с появлением технологии 3GIO роль InfiniBand в качестве PCI нового поколения заметно снизилась.

Технология InfiniBand предоставляет множество преимуществ.

Сокращение сложности кабельных подключений, так как InfiniBand позволяет заменить три кабеля – Ethernet, кабели к подсистеме хранения и кабели межпроцессного взаимодействия – одним соединением. В результате намного упрощается аппаратная структура монтажной платы, разводка соединителей на платах и общая структура системы. Более того, монтажные платы подключаются к граничным разъемам и из стойки доступна только пара высокоскоростных соединений.

Встроенное обнаружение ошибок, упрощающее поиск неисправного компонента.

Сокращение потребления пропускной способности памяти, так как сокращается количество операций копирования в память и из нее.

Сокращение контекстных переключений, в том числе переключения между пользовательским режимом и режимом ядра.

Уменьшение накладных расходов, например при вычислении контрольных сумм TCP/IP.

Обеспечение отказоустойчивости за счет использования альтернативных маршрутизаторов в среде связной архитектуры и таких избыточных компонентов; как маршрутизаторы и коммутаторы. Избыточные маршруты позволяют выполнять отправку данных по нескольким маршрутам и балансировать общую нагрузку. Более того, компоненты InfiniBand поддерживают «горячую» замену.

Технология InfiniBand обеспечивает эффективную загрузку монтажной платы из внешнего устройства, что позволяет еще более упростить аппаратную структуру платы.

Архитектурой InfiniBand определена топология логического подключения «точка-точка», которое формируется поверх связной архитектуры. Непосредственно коммутируемая связная архитектура содержит следующие компоненты:

■ адаптеры канала узла;