9 Protocolo FireWire FireWire especifica un conjunto de protocolos de tres capas para estandarizar la forma en que el computador anfitrión interactúa con los periféricos a través del bus serie Capa de enlace: describe la transmisión de datos por medio de paquetes
10 Protocolo FireWire FireWire especifica un conjunto de protocolos de tres capas para estandarizar la forma en que el computador anfitrión interactúa con los periféricos a través del bus serie Capa de transacción: define un protocolo solicitud-respuesta que oculta a las aplicaciones los detalles de las capas inferiores
11 Protocolo FireWire: capa física La capa física FireWire transforma los datos binarios en las señales eléctricas necesarias para diversos medios físicos Define velocidades de transmisión Especifica distintos medios de transmisión alternativos Conectores Propiedades físicas y de transmisión
La capa física proporciona también el servicio de arbitraje que garantiza que sólo un dispositivo transmitirá datos por el bus en cada momento
12 Protocolo FireWire: arbitraje La forma más simple de arbitraje se basa en la estructura tipo árbol de los nodos del bus La capa física incluye la lógica que permite que todos los dispositivos conectados se configuren para que: Un nodo sea designado como raíz del árbol Los otros nodos se organicen mediante relaciones padre-hijo El nodo raíz actúa como un árbitro central y procesa las solicitudes de acceso al bus Primero en llegar, primero en atenderse En caso de solicitudes simultáneas se cede el acceso al nodo de mayor prioridad natural La prioridad es mayor para los nodos más cercanos a la raíz A igual distancia, tiene prioridad aquel con el identificador menor
13 Protocolo FireWire: arbitraje Por lo general, FireWire sigue una política de arbitraje equitativo para evitar que uno o más dispositivos de prioridad alta monopolicen el bus El tiempo de bus se organiza en intervalos de equidad Al comienzo de un intervalo, cada nodo activa un bit de autorización de arbitraje Durante el intervalo, cada nodo con el bit de autorización de arbitraje activo puede competir por el acceso al bus Cuando un nodo gana el acceso al bus desactiva su bit de autorización de arbitraje, por lo que no puede volver a competir por el acceso al bus durante el intervalo actual
14 Protocolo FireWire: arbitraje El arbitraje equitativo se complementa con una política de arbitraje urgente Algunos dispositivos se pueden configurar para que tengan prioridad urgente Estos dispositivos pueden ganar el acceso al bus varias veces durante un mismo intervalo de equidad El número de accesos por parte de dispositivos de prioridad urgente se controla y limita de forma que, como máximo, hagan uso del 75% del tiempo de bus durante un intervalo En otras palabras, por cada paquete no urgente se pueden transmitir hasta tres paquetes urgentes
15 Protocolo FireWire: capa de enlace La capa de enlace FireWire define la transmisión de los datos en forma de paquetes Se permiten dos tipos de transmisión Asíncrona Se transmite un único paquete de tamaño variable La transmisión se realiza a una dirección específica Se devuelve información de reconocimiento Isócrona Se transmite una secuencia de paquetes de tamaño fijo Los paquetes se transmiten a intervalos regulares Se utiliza un direccionamiento simplificado y no hay reconocimiento
16 Protocolo FireWire: transacciones asíncronas La transmisión asíncrona se utiliza para datos que no necesitan una velocidad de transferencia fija Por defecto se usa el arbitraje equitativo Los dispositivos que necesitan más capacidad de bus o son exigentes con los retardos pueden usar arbitraje urgente En una transacción asíncrona típica, el proceso de enviar un paquete se denomina subacción
17 Protocolo FireWire: transacciones asíncronas Una subacción consta de cinco periodos de tiempo 1. Secuencia de arbitraje: es el intercambio de señales necesario para ceder el control del bus a un dispositivo 2. Transmisión de paquete Cabecera: incluida en todos los paquetes Identificadores de la fuente y el destino Tipo de paquete y parámetros específicos Código de redundancia cíclica (CRC) Bloque de datos: es opcional e incluye otro código CRC
18 Protocolo FireWire: transacciones asíncronas Una subacción consta de cinco periodos de tiempo 3. Intervalo de reconocimiento: retardo necesario para que el destino reciba un paquete y genere el reconocimiento 4. Reconocimiento: el receptor devuelve un paquete de reconocimiento con un código que indica la acción realizada por el receptor 5. Intervalo de subacción: periodo forzoso de inactividad para asegurar que ningún dispositivo empiece el arbitraje antes de que el paquete de reconocimiento se haya transmitido
19 Protocolo FireWire: transacciones asíncronas En el momento en el que se envía un reconocimiento, el nodo que lo envía tiene el control del bus
Dado que el intercambio es una interacción petición-respuesta, el nodo que responde puede transmitir inmediatamente el paquete de respuesta sin tener que realizar una secuencia de arbitraje
20 Protocolo FireWire: transacciones isócronas La transmisión isócrona se utiliza con los dispositivos que generan o consumen datos de manera regular (sonido o video digital…)
Este método asegura que los datos pueden generarse dentro de unos intervalos especificados para garantizar cierta velocidad
21 Protocolo FireWire: transacciones isócronas Los paquetes isócronos se etiquetan con números de canal de 8 bits que se asignan previamente mediante un diálogo entre los dos nodos que intercambian datos
La cabecera de los paquetes isócronos es más corta que la de los paquetes asíncronos e incluye Un campo de longitud de datos Un código CRC para la cabecera
22 Protocolo FireWire: transacciones isócronas Para permitir una carga mixta de tráfico de datos isócronos y asíncronos, uno de los dispositivos debe designarse como maestro de ciclo Periódicamente, el maestro genera un paquete de comienzo de ciclo para indicar a los otros dispositivos el comienzo de un ciclo isócrono Durante este ciclo sólo se pueden enviar paquetes isócronos Las distintas fuentes isócronas conectadas compiten por el acceso al bus y el ganador transmite un paquete
23 Protocolo FireWire: transacciones isócronas Para permitir una carga mixta de tráfico de datos isócronos y asíncronos, uno de los dispositivos debe designarse como maestro de ciclo No existe reconocimiento para los paquetes enviados, por lo que las otras fuentes isócronas compiten por el acceso al bus inmediatamente después de la transmisión del paquete Debido a esto, hay un pequeño intervalo, determinado por los retardos del bus, entre la transmisión de un paquete y el periodo de arbitraje del siguiente (intervalo isócrono)
24 Protocolo FireWire: transacciones isócronas Para permitir una carga mixta de tráfico de datos isócronos y asíncronos, uno de los dispositivos debe designarse como maestro de ciclo El intervalo isócrono será siempre menor que el de subacción Una vez que todas las fuentes isócronas han transmitido, el bus permanecerá inactivo el tiempo suficiente para que se produzca un intervalo de subacción Esta es la señal para que las fuentes asíncronas compitan por acceder al bus hasta que comience el siguiente ciclo isócrono
25 Estructura del tema Introducción Interfaces punto-a-punto El puerto paralelo del PC – Centronics El puerto serie del PC – RS232C El bus serie universal: USB Interfaces multipunto El bus serie FireWire InfiniBand
26 InfiniBand InfiniBand es una especificación de E/S orientada a los servidores de gama alta que tenía por objetivo sustituir a PCI en ese mercado Más capacidad Más posibilidades de expansión Más flexibilidad para el diseño de equipos
El estándar InfiniBand describe la arquitectura y las especificaciones para el flujo de datos entre procesadores y dispositivos de E/S inteligentes
27 InfiniBand InfiniBand permite que servidores, equipos de almacenamiento remoto y otros dispositivos de red se puedan conectar a través de un sistema de conmutadores (switch fabric) y enlaces Esta arquitectura puede conectar hasta 64000 dispositivos No es necesario que el hardware de interfaz de E/S se encuentre dentro del chasis del servidor Los servidores pueden hacerse más compactos Aumenta la flexibilidad y escalabilidad de los centros de cálculo La velocidad de transmisión puede alcanzar los 30Gbps y la distancia entre dispositivos puede ser incluso de kilómetros
28 InfiniBand: arquitectura En lugar de un conjunto de ranuras PCI, un servidor necesita una interfaz con un HCA (Host Channel Adapter) que conecta el servidor a un conmutador InfiniBand El HCA se conecta al servidor a través de un controlador de memoria El HCA lee y escribe en memoria por medio de DMA
29 InfiniBand: arquitectura El controlador de memoria gestiona el bus del sistema Controla el tráfico entre el procesador y la memoria Controla el tráfico entre el HCA y la memoria Los sistemas de almacenamiento y el resto de dispositivos se conectan a un conmutador InfiniBand por medio de un TCA (Target Channel Adapter)
30 InfiniBand: arquitectura Los adaptadores HCA y TCA son dispositivos inteligentes que gestionan todas las funciones de E/S sin necesidad de interrumpir al procesador del servidor Los servidores y los dispositivos se comunican con el conmutador de InfiniBand a través de ellos Para añadir nuevos dispositivos al sistema basta con conectar sus adaptadores al conmutador
31 InfiniBand: arquitectura El conmutador InfiniBand proporciona conexiones físicas punto-a-punto a un conjunto diverso de dispositivos y conmuta el tráfico entre enlaces La lógica del conmutador gestiona las comunicaciones sin interrumpir a los servidores La detección de nuevos dispositivos y la asignación de direcciones lógicas se realiza de forma transparente
32 InfiniBand: arquitectura El conmutador de InfiniBand abre temporalmente los canales entre el procesador y los dispositivos con los que se está comunicando Los dispositivos no tienen que compartir la capacidad del canal, por lo que no hay necesidad de procedimientos de arbitraje adicionales entre dispositivos
33 InfiniBand: arquitectura Los enlaces conectan a un conmutador y a un adaptador HCA/TCA o a dos conmutadores El encaminador conecta subredes InfiniBand o conecta un conmutador InfiniBand a una red de área local, de área amplia o de dispositivos de almacenamiento
34 InfiniBand: arquitectura Una subred consiste en uno o más conmutadores interconectados más los enlaces que los conectan a otros dispositivos Los administradores de sistemas pueden confinar las transmisiones de uno a muchos (multicast) y de uno a todos (broadcast) dentro de una subred
35 InfiniBand: funcionamiento Cada enlace físico entre un conmutador y un adaptador HCA o TCA conectado a él puede incluir hasta 16 canales lógicos denominados líneas virtuales Una línea se reserva para la gestión del conmutador Las otras líneas se reservan para la transmisión de datos
Los datos se envían en forma de secuencia de paquetes, conteniendo cada paquete: Información de direccionamiento Información de control Una parte del volumen de datos a transmitir
36 InfiniBand: funcionamiento La transferencia de datos se gestiona mediante los correspondientes protocolos de comunicación
Una línea virtual se dedica temporalmente a transferir los datos desde un nodo a otro a través del conmutador InfiniBand
El conmutador asigna el tráfico que llega a través de una línea a alguna de las líneas de salida según el camino que deben seguir los datos entre los nodos que se comunican
37 InfiniBand: funcionamiento La arquitectura lógica del protocolo tiene cuatro capas Física: define el medio físico de transmisión (cobre, fibra óptica…) y la velocidad de conexión (1X, 4X ó 12X) Enlace: abarca tres elementos Definición de la estructura básica de los paquetes utilizados para intercambiar datos, incluyendo un código de detección de error para proporcionar fiabilidad Esquema para asignar una única dirección de enlace a cada dispositivo de una subred Lógica para configurar las líneas virtuales para la conmutación de los datos entre origen y destino a través de los conmutadores Red: encamina los paquetes entre subredes diferentes Transporte: proporciona un mecanismo de fiabilidad para las transferencias punto-a-punto a través de una o más subredes
38 InfiniBand: funcionamiento Algunos dispositivos pueden enviar datos más rápido de lo que pueden ser recibidos en el destino Para solucionarlo, en los extremos de cada enlace existe una pareja de colas (envío y recepción) que almacenan el exceso de datos de salida y de entrada
39 InfiniBand: funcionamiento Cada línea virtual utiliza una pareja de colas diferente Las colas pueden situarse en el adaptador o en la memoria del dispositivo conectado al adaptador Las transacciones que el computador envía a su cola de envío o de recepción se denominan WQE (Work Queue Entry)
40 InfiniBand: funcionamiento Los dos WQE más importantes son las transacciones SEND (enviar) y RECEIVE (recibir) En una transacción SEND el WQE especifica un bloque de datos en el espacio de memoria que es el que hay que enviar al destino
41 InfiniBand: funcionamiento Los dos WQE más importantes son las transacciones SEND (enviar) y RECEIVE (recibir) En una transacción RECEIVE el WQE especifica la ubicación donde hay que colocar los datos que se reciban desde otro dispositivo
42 InfiniBand: funcionamiento El adaptador procesa cada WQE enviado según el orden de prioridad establecido y genera un CQE (Completion Queue Entry) para almacenarlo en la cola de trabajos concluidos El CQE indica al servidor el estado del trabajo finalizado
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