第二部分第二代網(wǎng)絡系統(tǒng)-資料下載頁
2025-08-01 13:07本頁面
【正文】 構必須運行在集合速率上，或者 ? 針對每個輸入端口設置一個隊列 有輸入輸出隊列的 Crossbar結構 時分交換結構 — 共享總線結構 ? 交換結構總線包括地址線、數(shù)據(jù)線和控制線 ? 每個輸入和輸出端口都有一個接口硬件，每個端口被分配一個唯一的地址。 ? 端口使用總線硬件將數(shù)據(jù)包傳輸?shù)搅硪粋€端口 ? 總線協(xié)議防止多個端口同時傳輸 總線操作的粒度 ? 包粒度： ? 端口一次發(fā)送一個完整的包 ? 操作和硬件均簡單，但增加了包的延遲 ? 數(shù)據(jù)塊粒度： ? 包被劃分成較小的數(shù)據(jù)塊，每個發(fā)送端每次發(fā)送一個數(shù)據(jù)塊； ? 避免了長延遲，多個傳輸可以并行進行；但增加了從一個發(fā)送者切換到另一個發(fā)送者的開銷 ? 信元粒度： ? 傳輸長度等于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)單元的長度； ? 類似于數(shù)據(jù)塊粒度，但特別針對特殊協(xié)議而優(yōu)化了 總線協(xié)議 ? 一般采用時分多路復用的方法，將使用總線的時間片分配給各個輸入端口。 ? 各個輸入端口在總線上輪流廣播收到的包；每個輸出端口的地址過濾器檢查包中攜帶的內部路由標簽，將發(fā)往本端口的包存放到相應的緩沖區(qū)中。 共享總線結構的可擴展性 ? 總線及接口硬件必須操作在集合速率上。 ? 受底層硬件技術的制約，該結構一般不能簡單地擴展以適應任意數(shù)目的端口。 時分交換結構 — 共享存儲結構 ? 使用內存作為共享媒體連接輸入和輸出端口。 ? 每個端口需要一個內存接口硬件，將端口連接到存儲系統(tǒng)。 ? 使用一個控制器硬件在端口之間傳輸控制信息。 傳輸控制 ? 一個控制器提供一條單獨的高速總線，各個端口使用總線來協(xié)調各自的行為。 ? 輸入端口將一個包放入內存后，接口硬件通過控制器發(fā)送一個消息，通知輸出端口數(shù)據(jù)準備好，消息中給出包在內存中的存放地址。 ? 輸出端口從控制器收到消息后，從內存的指定位置讀取包，然后發(fā)回響應消息。 ? 控制器只是用來傳輸短的控制消息，不用于傳輸大量的數(shù)據(jù)包。 共享存儲結構的可擴展性 ? 由于內存接口硬件非常昂貴，通常讓許多端口共享一個內存接口。共享存儲接口在降低代價的同時也降低了吞吐量。 ? 共享存儲結構的性能和代價取決于存儲接口的數(shù)目。 ? 該結構僅適合小容量的系統(tǒng)。 多級交換結構 ? 單級結構：數(shù)據(jù)包從輸入端口到輸出端口只經過一個交換單元。 ? 多級結構：交換單元按照層次組織（一層稱為一級），數(shù)據(jù)包從輸入端口到輸出端口要經過多個層次的交換單元。 多級交換結構的兩種設計選擇 ? 交換結構在每一級上都設置隊列，數(shù)據(jù)包一次一級地轉發(fā)。允許更多的傳輸同時進行，吞吐量大，但代價高。 ? 交換結構首先建立一條穿過所有層次的路徑，然后數(shù)據(jù)包直接從輸入端口發(fā)送到輸出端口。吞吐量較低，代價較低。 ? 多級結構中的隊列數(shù)目由對性能和代價的權衡來確定。 Banyan結構 2輸入 Banyan交換單元 ? 每個交換單元有兩個輸入端口。 ? 兩個輸出端口分別標記為 “ 0”和 “ 1”。 ? 交換單元根據(jù)包中目的端口標號的某一位選擇輸出端口。 Banyan結構（續(xù)） 4輸入 Banyan交換機 Banyan結構（續(xù)） 8輸入 Banyan交換機 ? Banyan交換機的輸入 /輸出端口數(shù)為 2的冪次。 Banyan結構的特點 ? 擴展性好：可以很容易地擴展到任意的端口數(shù)目。 ? 模塊化設計：大的 Banyan交換機可以通過互連較小的 Banyan交換機構成。 ? 自路由：不需要集中控制器，交換單元通過查看輸出端口標號就知道如何轉發(fā)。 ? Banyan交換機的最壞情況是所有的包都發(fā)往同一個輸出端口。 第二代網(wǎng)絡系統(tǒng) ? 對第一代網(wǎng)絡系統(tǒng)所做的擴展： ? 把更多的協(xié)議處理功能（特別是包的分類和轉發(fā)）轉移到了智能NIC上，大大減輕了 CPU的負擔。 ? 引入了交換結構，允許數(shù)據(jù)包直接從一個端口轉發(fā)到另一個端口而不需要 CPU的參與。 ? 與第一代網(wǎng)絡系統(tǒng)相比，可以支持更多的網(wǎng)絡接口和更高的端口速率。 ? 不足：仍然依賴通用 CPU處理例外的包（如帶有選項的包、需要分片的包、出錯的包等），當集合包速很高時， CPU依然是瓶頸。
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