Tinklo sąsajos kortelė (NIC)

Jūsų serveryje yra 100G prievadai, bet jūsų NIC palaiko tik 10G. Sveikiname, - ką tik sumokėjote už pralaidumą, kurio niekada nenaudosite. Tinklo sąsajos plokštė yra labiausiai nepastebėta šiuolaikinio tinklo dizaino kliūtis. Nors inžinieriai yra apsėsti jungiklio audinio ir siųstuvo-imtuvo specifikacijų, NIC tyliai nustato tikrąjį pralaidumą, kurį gali stumti kiekvienas serveris. Šiame vadove pateikiami ne tik pagrindiniai apibrėžimai, bet ir paaiškinama, kaip veikia NIC, kokie tipai egzistuoja ir - svarbiausia, - kaip suderinti NIC su dešine.siųstuvas-imtuvas, DAC kabelis, arbaAOCmaksimaliam našumui.

 

 

Kas yra tinklo sąsajos plokštė?

Tinklo sąsajos plokštė (NIC), dar vadinama tinklo adapteriu arba tinklo sąsajos valdikliu, yra aparatinė įranga, jungianti serverį, darbo stotį arba saugojimo įrenginį prie tinklo. Jis tvarko duomenų konvertavimą tarp pagrindinės sistemos duomenų ir signalų laidu ar šviesolaidžiu -, valdydamas viską nuo kadrų inkapsuliavimo ir kontrolinės sumos tikrinimo iki pertraukimų tvarkymo ir DMA perdavimo.

Kiekvienas NIC turi unikalų MAC adresą, įrašytą į programinę-aparatinę įrangą, kuri yra įrenginio tapatybė 2 sluoksnio tinkle. Ankstyvieji NIC buvo siunčiami kaip atskiros PCI išplėtimo kortelės. Šiandien dauguma vartotojų kompiuterių naudoja LAN-pagrindinėje plokštėje- (LOM) lustą pagrindiniam 1G ryšiui. Tačiau duomenų centruose ir įmonės aplinkoje specialios NIC kortelės išlieka būtinos, nes integruoti valdikliai tiesiog negali užtikrinti pralaidumo, iškrovimo galimybių ar prievadų tankio, kurio reikalauja šiuolaikiniai darbo krūviai.

 

 

Kaip iš tikrųjų veikia NIC: ne tik „Siųsti ir gauti“

Vadovėlio paaiškinimas - „NIC sujungia duomenis į rėmelius ir juos siunčia“ - yra techniškai teisingas, tačiau jame nėra to, kas daro NIC vertingą. Štai kas vyksta po gaubtu šiuolaikiniame serverio NIC:

 

Rėmo apdorojimas

Perdavimo pusėje NIC paima duomenis iš OS tinklo krūvos, prideda eterneto antraštes ir CRC kontrolines sumas, tada nuosekliai sujungia juos į elektrinius arba optinius signalus. Priėmimo pusėje jis apverčia procesą, patikrindamas CRC ir pašalindamas antraštes prieš perduodamas naudingą apkrovą pagrindiniam kompiuteriui.

 

Iškrovimo varikliai

Čia NIC uždirba pinigus. Šiuolaikiniai NIC iškrauna užduotis, kurios kitu atveju sunaudotų procesoriaus ciklus: TCP/UDP kontrolinės sumos skaičiavimas, TCP segmentacijos iškrovimas (TSO), didelis priėmimo iškrovimas (LRO) ir priėmimo šoninis mastelio keitimas (RSS), kuris paskirsto gaunamą srautą per kelis procesoriaus branduolius. Be šių iškrovimų 25G NIC galėtų prisotinti procesoriaus branduolį, tik apdorodamas paketus.

 

Branduolio apėjimas naudojant DPDK

Net ir iškraunant aparatinę įrangą, OS branduolio tinklo krūva sukuria pridėtines išlaidas esant ekstremaliam paketų greičiui. NIC, palaikančios DPDK (duomenų plokštumos kūrimo rinkinį), leidžia programoms skaityti ir rašyti paketus tiesiai iš vartotojo erdvės, visiškai apeinant branduolį. Tai sumažina paketo delsą nuo milisekundžių iki vieno-skaitmens mikrosekundžių -, reikalingos aukšto-dažnio prekybai, 5G naudotojo-plokštumos funkcijoms ir NFV darbo krūvių stūmimo linijai-100G nuorodoms.

 

DMA ir pertraukų sujungimas

Užuot CPU kopijavęs kiekvieną paketą, NIC naudoja tiesioginę prieigą prie atminties, kad įrašytų kadrus tiesiai į sistemos RAM. Pertraukimų sujungimas sugrupuoja kelis paketų įvykius į vieną CPU pertraukimą, smarkiai sumažindamas pridėtines išlaidas esant dideliam paketų greičiui.

 

Virtualizavimo palaikymas

Virtualizuotose aplinkose SR-IOV (vienos šakninės įvesties/išvesties virtualizavimas) leidžia vienam fiziniam NIC pateikti kelias virtualias funkcijas, kurių kiekviena priskirta tiesiogiai VM. Tai visiškai apeina hipervizoriaus virtualųjį jungiklį ir virtualiosioms mašinoms užtikrina beveik -neįprastą-metalinį tinklo našumą.

 

 

NIC tipai: praktinė klasifikacija

 

Pagal sąsajos tipą - Tai lemia jūsų kabelius

NIC prievado tipas	Jungtis	Žiniasklaida	Tipiškas greitis	Maksimalus atstumas
RJ45 (bazė-T)	RJ45	Cat5e/Cat6/Cat6a varis	1G / 2.5G / 5G / 10G	100m
SFP	LC dvipusis	10G SFP+ siųstuvai-imtuvaiarba 10GDAC kabeliai	10G	80 km (pluoštas) / 7 m (DAC)
SFP28	LC dvipusis	25G SFP28 siųstuvai-imtuvaiarba 25G DAC	25G	40 km (pluoštas) / 5 m (DAC)
QSFP	MPO arba LC	40G QSFP+ siųstuvai-imtuvai	40G	40 km (pluoštas) / 7 m (DAC)
QSFP28	MPO arba LC	100G QSFP28 siųstuvai-imtuvaiarba 100gDAC kabeliai	100G	80 km (pluoštas) / 5 m (DAC)
QSFP-DD	MPO arba LC	400G QSFP-DD siųstuvai-imtuvai	400G	10 km+ (pluošto)

Kodėl tai svarbu:NIC prievado tipas nurodo, kokius siųstuvus-imtuvus ir kabelius galite naudoti. Pasirinkę dvigubą-prievadą SFP28 NIC užrakinsite SFP28 ekosistemą -25G SFP28 optiniai moduliai, SFP28DAC kabeliaiarba SFP28AOC kabeliai. Pasirinkę neteisingai, pirksite adapterius arba pakeisite korteles.

 

Pastaba apie MPO ir LC jungtis:QSFP+ ir QSFP28 prievadai, pažymėti „SR4“, naudoja lygiagrečią optiką - keturias 10G arba 25G juostas, perduodamas vienu metu. Tai reikalaujaMPO/MTP-12 pataisos laidaisu 8 arba 12 skaidulų šerdžių, o ne standartiniu dvipusiuLC kabeliainaudojami SFP+ arba SFP28 moduliai. Jei 40G arba 100G SR4 optiką diegiate pirmą kartą, jūsų esama dviejų-pluošto plokščių infrastruktūra neveiks - planuojant MPO magistralinius kabelius ir kasetes.

 

Pagal magistralės sąsają - PCIe generavimas yra svarbus

Visi šiuolaikiniai serverių NIC naudoja PCIe. Tačiau PCIe karta ir juostos plotis nustato griežtas pralaidumo ribas:

• PCIe 3.0 x 8:~64 Gbps - pakanka dviejų-prievadų 25G arba vieno-prievado 40G
• PCIe 3.0 x16:~128 Gb/s - pakanka vieno-prievado 100G
• PCIe 4.0 x16:~256 Gb/s - reikia dviejų-prievadų 100G arba vieno-prievado 200G
• PCIe 5.0 x16:~512 Gbps - įgalina 400G NIC

100 G NIC, prijungtas prie PCIe 3.0 x8 lizdo, fiziškai negali tiekti 100 G. Prieš pirkdami visada patikrinkite savo serverio PCIe lizdo generaciją ir plotį.

 

Pagal formos veiksnį - OCP NIC 3.0 yra naujas numatytasis nustatymas

Įmonių serveriuose vis dar dominuoja tradicinės PCIe{0}}priedo kortelės, tačiau didelės apimties duomenų centrai iš esmės perėjo prie OCP NIC 3.0 standarto (tiek mažos formos, tiek didelės formos koeficiento). OCP NIC jungiamas į tam skirtą tarpinį lizdą serverio pagrindinėje plokštėje, o ne užima standartinį PCIe išplėtimo lizdą. Privalumai yra reikšmingi: karštojo- apsikeitimo galimybė neišjungiant serverio, patobulinta šiluminė konstrukcija su tiesioginiu oro srautu per NIC ir trumpesnis elektros kelias iki procesoriaus, kuris sumažina signalo vientisumo problemas esant 100 G+ greičiui. Jei jūsų serverio platforma palaiko OCP 3.0 -, o dauguma šiuolaikinių pagrindinių ODM dizainų palaiko -, tai turėtų būti jūsų pirmasis pasirinkimas diegiant 100G ir 200G NIC.

 

Pagal intelekto lygį

Standartiniai NICtvarkyti pagrindinį paketų apdorojimą su aparatinės įrangos iškrovimu. Tinka daugeliui įmonių ir duomenų centrų programų.

SmartNICpridėti programuojamą duomenų apdorojimo bloką (DPU), kuris gali vykdyti ugniasienės taisykles, šifravimą, apkrovos balansavimą ir telemetriją tiesiogiai NIC, atlaisvindamas pagrindinio kompiuterio procesoriaus branduolius programų darbo krūviams. Debesų infrastruktūroje, kurioje iš kiekvieno procesoriaus branduolio gaunama pinigų, SmartNIC atsiperka atgaudami branduolius, kurie kitu atveju veiktų OVS arba IPsec.

RDMA NIC (RNIC)palaiko nuotolinės tiesioginės atminties prieigos protokolus, pvz., RoCEv2 arba iWARP, įgalinančius serverio-į-serverio atminties perdavimą su vieno-skaitmens mikrosekundės delsa. GPU mokymo grupėse, sukurtose aplink NVIDIA H100 arba A100 greitintuvus, RDMA NIC nėra pasirenkami - jie yra pagrindas. Kiekvienam GPU mazgui reikia 200 G arba 400 G RDMA ryšio, kad sumažintas gradiento sinchronizavimas netaptų mokymo kliūtimi. Be AI, RDMA NIC yra vienodai svarbūs HPC darbo krūviams ir saugojimo sistemoms, kuriose veikia NVMe{13}}oF, kur branduolys-apeina duomenų kelius, sumažina saugyklos prieigos delsą 10 kartų.

 

 

Kaip pasirinkti tinkamą NIC: sprendimų pagrindas

1 - veiksmas. Apibrėžkite greičio reikalavimą.Pritaikykite jį prie savo jungiklio aukštyn perdavimo ryšio pajėgumų, o ne su didžiausiu teoriniu poreikiu. Jei jūsų ToR jungiklis turi 25G serverio{2}}prievadus, 25G NIC yra tinkamas pasirinkimas - ne 10G (per lėtas) ar 100G (iššvaistomas).

2 - veiksmas Pasirinkite sąsajos tipą.Jei norite prijungti stelažą iki 5 metrų, suporuokite NIC su aDAC kabelisuž mažiausią kainą ir delsą. Jei norite sujungti stelažus iki 100 metrų, naudokite anAOC kabelisarba trumpo nuotolio{0}}siųstuvas-imtuvas suLC pluošto laidas. Kurdami-į-pastatą ar miestelį, naudokite ilgą-pasiekiamumąoptinis siųstuvas-imtuvas- pvz., a100G QSFP28 LR4 modulissu vienmode{0}} šviesolaidžiu irMPO/MTP pataisos laidai.

3 - veiksmas Patvirtinkite PCIe suderinamumą.Patikrinkite savo serverio turimą PCIe lizdo generavimą ir juostos plotį pagal NIC reikalavimus.

4 - veiksmas Įvertinkite iškrovimo poreikius.Vykdote virtualizaciją su daugybe VM? Pirmenybė teikiama SR-IOV palaikymui. AI mokymo klasteris? RDMA galimybė yra ne-derėtina. Cloud-savosios mikropaslaugos? SmartNIC su programuojamu vamzdynu taupo procesoriaus branduolius.

Veiksmas 5 - Suplanuokite dvigubą-prievadų perteklių.Gamybos serveriuose visada turi būti bent du NIC prievadai nuorodų kaupimui (LACP) arba aktyviam -budėjimo režimui. Dviejų-prievadų NIC yra daugiau vietos-efektyvesni nei dvi vieno-prievado kortelės.

 

 

Dažnos NIC klaidos (ir kaip jų išvengti)

Perkamas 10G RJ45 NIC duomenų centro naudojimui.10GBASE-T NIC sunaudoja 2–5 W daugiau energijos vienam prievadui nei SFP+ NIC ir sukuria žymiai daugiau šilumos. Stove su 40 serverių tai yra 80–200 W nereikalingos šiluminės apkrovos. Naudokite10G SFP+ siųstuvai-imtuvaisu SFP+ NIC.

Nepaisoma programinės aparatinės įrangos ir tvarkyklių naujinimų.NIC programinės įrangos klaidos sukelia tylų paketų kritimą, CRC klaidas ir našumo pablogėjimą. Pardavėjai išleidžia svarbias programinės aparatinės įrangos pataisas, kurios dažnai nepritaikomos, nes „NIC veikia gerai“.

Neatitinka NIC greitis ir jungiklio prievado greitis.25G NIC, prijungtas prie 10G jungiklio prievado, automatiškai -susiderins iki 10G -, tačiau kai kurie NIC su tuo susidoros prastai, todėl susijungs nuoroda arba CRC klaidos. Visada patikrinkite greičio suderinamumą arba naudokite atitinkamą įrangą.

 

 

DUK

Kuo skiriasi NIC ir LOM?

LOM (LAN pagrindinėje plokštėje) yra pagrindinis tinklo valdiklis, integruotas į serverio pagrindinę plokštę, paprastai siūlantis 1G arba 10G Base-T ryšį. Speciali NIC kortelė užtikrina didesnį greitį (25G–400G), pažangius iškrovimus, pvz., SR-IOV, ir optinės sąsajos parinktis, skirtas naudoti su šviesolaidžiu.siųstuvai-imtuvaiirDAC/AOC kabeliai.

Ar galiu naudoti trečiųjų šalių{0}}siųstuvus-imtuvus savo NIC?

Taip. Dauguma „Intel“, „Mellanox“ / „NVIDIA“ ir „Broadcom“ NIC priima su MSA{1}}suderinama trečiosios šalies{2}}optiniai siųstuvai-imtuvai. Tačiau kai kuri NIC programinė įranga gali rodyti suderinamumo įspėjimus. Gerbiami tiekėjai teikia siųstuvus-imtuvus, užkoduotus tam tikriems NIC prekių ženklams, kad užtikrintų švarų veikimą.

Kokio NIC greičio man reikia dirbtinio intelekto ir mašininio mokymosi darbo krūviams?

GPU mokymo klasteriams (NVIDIA H100, A100 ar panašiems) kiekvienam mazgui paprastai reikia200Garba 400G RDMA{1}}palaikančius NIC (RoCEv2), kad tinklas nesudarytų kliūčių, -sumažintų gradiento sinchronizavimą. Išvadų pateikimo darbo krūviai yra mažiau reiklūs ir dažnai gali veikti 25–100 G, atsižvelgiant į modelio dydį ir užklausos pralaidumą. Suporuokite mokymo NIC su400G QSFP-DD moduliaistuburo jungtims arba naudoti100G QSFP28 siųstuvai-imtuvailapų-į-serverių nuorodoms mažesnėse grupėse.

Ar SmartNIC vertas papildomų išlaidų?

Debesų paslaugų teikėjams ir didelėms įmonėms, kuriose naudojama intensyvi tinklo virtualizacija, taip - „SmartNIC“ gali atgauti 4–8 procesoriaus branduolius viename serveryje, iškraunant virtualaus perjungimo, saugos ir telemetrijos funkcijas. Standartiniam vietiniam-diegimui su vidutiniu virtualizavimu paprastai pakanka standartinio NIC su SR-IOV palaikymu.

Kaip prijungti NIC prie šviesolaidinio kabelio?

NIC su SFP+, SFP28, QSFP28 arba QSFP-DD prievadais reikalingas atitinkamasoptinio siųstuvo-imtuvo modulissąsajai su pluoštu. Įkiškite siųstuvą-imtuvą į NIC prievadą, tada prijunkite atitinkamąpluošto patchcord - LC dvipusisSFP{0}}tipo prievadams,MPO/MTPlygiagrečiai QSFP{0}}tipo optikai. Trumpo-atstumo nuorodoms stelažuose, aDAC kabelispašalina siųstuvo-imtuvo ir šviesolaidžio poreikį.