IBA网络软件模拟平台的设计与实现

论文摘要

网络性能一直是制约高性能计算技术发展的瓶颈。由于InfiniBand具有众多传统网络无法比拟的优点:高宽带、低延时、支持多种传输协议等,它已经成为高性能计算机互连网络的新标准。InfiniBand的潜在优势导致了互连技术的飞跃,研究及开发商用IBA产品目前已经成为业界的一个热点领域。IBA软件模拟平台的开发,主要是为IBA系统的网络结构和总体方案的决策提供强大的支撑,同时开展方案设计的性能量化评定。本文详细地分析了IBA模拟平台中如switch模型、HCA模型、子网管理模型等各组成部件的功能,并描述了各部分的详细设计;给出了模拟平台实现过程中较为重要的几种数据结构,并对模拟平台的整体流程进行了描述。论文最后还给出了此模拟平台获取的部分模型数据的统计结果,并对模拟结果进行了分析。本文通过对IBA网络技术的分析研究,在此基础上,参考软件工程设计和硬件设计原理,基本遵循IBA协议,设计了一个可扩展性好、支持大规模模拟、模拟精度高的IBA软件模拟平台。采用C语言对模拟平台进行层次化和模块化的实现。整体结构层次清晰,各模块接口规范,易于扩充,方便新功能模块的添加。该软件模拟平台可以根据不同的应用来设置不同的switch和HCA模型参数(例如:包负载大小、数据包发送间隔、数据包的目标分布等),并给出大规模网络性能的参考数据,以此来改进我们的网络设计方案。同时在此模拟平台的基础上,工程人员可以方便地开展IBA网络结构、算法和微结构的理论研究,具有较好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第1章 概述
• 1.1 背景及问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的目标及其主要的内容
• 1.4 本文的组织结构及其章节编排
• 第2章 IBA 网络技术
• 2.1 IBA 概述
• 2.1.1 产生的原因
• 2.1.2 具有的优势
• 2.2 IBA 的组成结构
• 2.2.1 IBA 互连结构
• 2.2.2 IBA 基本通信机制
• 2.2.3 IBA 部件
• 2.3 switch 的组成与功能
• 2.4 switch 的结构
• 2.4.1 包格式
• 2.4.2 switch 的功能属性
• 2.4.3 仲裁策略
• 2.4.4 路径选择算法
• 2.4.5 流量控制机制
• 2.4.6 基本的检错功能
• 2.5 HCA 的组成与功能
• 2.6 模拟平台中用到的IBA 网络技术
• 2.7 本章小结
• 第3章 IBA 网络软件模拟平台的总体设计
• 3.1 设计目标
• 3.2 IBA 模拟平台的基本结构
• 3.2.1 HCA 模型
• 3.2.2 网络结构配置
• 3.2.3 子网管理
• 3.2.4 数据统计分析
• 3.2.5 Switch 模型
• 3.2.6 子网探查
• 3.2.7 路由算法
• 3.3 本章小结
• 第4章 IBA 网络软件模拟平台的详细设计
• 4.1 网络结构
• 4.1.1 K 元N 树的定义
• 4.1.2 支持的网络结构与规模
• 4.1.3 拓扑构造算法
• 4.2 子网探查算法
• 4.2.1 要求
• 4.2.2 原则
• 4.2.3 步骤
• 4.3 LID 分配算法
• 4.3.1 遵循的规则
• 4.3.2 单播LID 分配算法
• 4.3.3 多播LID 分配算法
• 4.4 单播路由算法
• 4.4.1 单播算法的设计约定
• 4.4.2 单播共享路由算法
• 4.5 多播路由算法
• 4.5.1 构造多播路由表的宗旨
• 4.5.2 构造多播路由表的流程
• 4.6 HCA 模型
• 4.6.1 HCA 模型功能说明
• 4.6.2 HCA 模型执行顺序
• 4.7 switch 模型
• 4.8 子网管理模型
• 4.8.1 子网管理
• 4.8.2 子网管理代理
• 4.8.3 子网管理接口
• 4.8.4 子网管理包
• 4.9 本章小结
• 第5章 switch 模型的设计
• 5.1 switch 模型概述
• 5.2 消息包格式
• 5.2.1 一般消息包格式
• 5.2.2 子网管理包的格式
• 5.2.3 流控制包格式
• 5.3 switch 的逻辑描述
• 5.3.1 输入部分逻辑与结构
• 5.3.2 VL 输入部分逻辑与结构
• 5.3.3 输出部分逻辑与结构
• 5.4 子网管理接口和管理代理
• 5.5 本章小结
• 第6章 IBA 模拟平台的实现
• 6.1 基本结构和运行环境
• 6.2 重要数据结构
• 6.2.1 预定义参数设置
• 6.2.2 HCA 和switch 模型的数据结构
• 6.2.3 消息包
• 6.3 程序接口
• 6.3.1 子网管理与HCA 程序接口
• 6.3.2 主子网管理与从子网管理的接口
• 6.3.3 子网管理与switch 的接口
• 6.3.4 子网管理与子网管理代理的接口
• 6.4 模拟平台的总控制流程
• 6.5 模拟结果及分析总结
• 6.5.1 均匀随机目标——K 元N 树2vc 下各节点的节点发送率对比
• 6.5.2 均匀随机目标——K 元N 树2VC 下各节点的延迟量对比
• 6.5.3 均匀随机目标与热点目标模式的节点发送率对比
• 6.5.4 均匀随机目标与热点目标模式的延迟量对比
• 6.6 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文工作回顾
• 7.2 成果及意义
• 7.3 存在的问题及进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的论文