第二部分第二代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(參考版)
2024-08-12 13:07本頁面
【正文】 。 ? 與第一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比，可以支持更多的網(wǎng)絡(luò)接口和更高的端口速率。 第二代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ? 對第一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所做的擴(kuò)展： ? 把更多的協(xié)議處理功能（特別是包的分類和轉(zhuǎn)發(fā)）轉(zhuǎn)移到了智能NIC上，大大減輕了 CPU的負(fù)擔(dān)。 ? 自路由：不需要集中控制器，交換單元通過查看輸出端口標(biāo)號就知道如何轉(zhuǎn)發(fā)。 Banyan結(jié)構(gòu)的特點 ? 擴(kuò)展性好：可以很容易地擴(kuò)展到任意的端口數(shù)目。 ? 交換單元根據(jù)包中目的端口標(biāo)號的某一位選擇輸出端口。 Banyan結(jié)構(gòu) 2輸入 Banyan交換單元 ? 每個交換單元有兩個輸入端口。吞吐量較低，代價較低。允許更多的傳輸同時進(jìn)行，吞吐量大，但代價高。 ? 多級結(jié)構(gòu)：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(jīng)過多個層次的交換單元。 ? 該結(jié)構(gòu)僅適合小容量的系統(tǒng)。共享存儲接口在降低代價的同時也降低了吞吐量。 ? 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。 ? 輸入端口將一個包放入內(nèi)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(zhǔn)備好，消息中給出包在內(nèi)存中的存放地址。 ? 使用一個控制器硬件在端口之間傳輸控制信息。 時分交換結(jié)構(gòu) — 共享存儲結(jié)構(gòu) ? 使用內(nèi)存作為共享媒體連接輸入和輸出端口。 共享總線結(jié)構(gòu)的可擴(kuò)展性 ? 總線及接口硬件必須操作在集合速率上。 ? 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(jìn)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(luò)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(fù)用的方法，將使用總線的時間片分配給各個輸入端口。 ? 比全連接結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì) ? 缺點： ? 要求 N M個部件，代價要比其它的一些設(shè)計高。 ? 時分結(jié)構(gòu)：許多端口共享一條或者很少幾條內(nèi)部通路，集合吞吐量低，代價低。 ? 大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)交換結(jié)構(gòu)是同步的，每個包被劃分成固定大小的塊，按固定的時間間隔傳輸。 交換結(jié)構(gòu)的概念（續(xù)） ? 用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交換結(jié)構(gòu)需要優(yōu)化以下特性： ? 可提供在 CPU和智能 I/O端口之間的連接 ? 支持單 播、多播和廣播包的傳輸 ? 可擴(kuò)展支持任意的數(shù)據(jù)速率 ? 可擴(kuò)展支持任意的包速率 ? 可擴(kuò)展支持任意數(shù)目的輸入或輸出端口 ? 低開銷 ? 低代價 ? 實際的交換結(jié)構(gòu)是對以上各種特性的權(quán)衡 3. 交換結(jié)構(gòu)的分類 ? 同步結(jié)構(gòu)與異步結(jié)構(gòu) ? 同步結(jié)構(gòu)：交換結(jié)構(gòu)按固定的時間間隔傳輸固定長度的數(shù)據(jù)塊，最早用于電話交換機(jī)中。 ? 系統(tǒng)的集合數(shù)據(jù)速率及集合包速對內(nèi)部互連機(jī)制（也稱背板）的要求：必須有足夠的帶寬傳輸進(jìn)入系統(tǒng)的所有包。 ? 網(wǎng)絡(luò)接口使用路由表轉(zhuǎn)發(fā)包 ? 快速數(shù)據(jù)通道連接各個網(wǎng)絡(luò)接口 一個典型的 NIC的組成 ? 物理芯片組：組幀 ? 嵌入式 RISC處理器：實現(xiàn)分類和轉(zhuǎn)發(fā) ? ROM：存放軟件、分類規(guī)則集等 ? RAM：卡上包緩存 ? 總線接口 主要內(nèi)容 ? 用于協(xié)議處理的硬件體系結(jié)構(gòu) ? 分類和轉(zhuǎn)發(fā) ? 交換結(jié)構(gòu) 1. 內(nèi)部數(shù)據(jù)通路 ? 常規(guī)計算機(jī)中的總線不能提供足夠的帶寬處理高速網(wǎng)絡(luò)之間的包轉(zhuǎn)發(fā)。 ? 第二代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下三個顯著的特點： ? 使用分類代替解多路復(fù)用處理大部分的包 ? 將包處理功能分散到各個網(wǎng)絡(luò)接口，每個 NIC都有分類和轉(zhuǎn)發(fā)的能力 ? 提供高速內(nèi)部互連機(jī)制，在各個網(wǎng)絡(luò)接口間提供快速數(shù)據(jù)通道 ? 以上三個特點都允許系統(tǒng)擴(kuò)展，即允許提高每個端口的數(shù)據(jù)速率，允許系統(tǒng)支持更多的網(wǎng)絡(luò)連接。 ? 分類和索引的全過程比傳統(tǒng)的解多路復(fù)用和查表快得多。 ? 路由 cache比路由表小很多，而且采用索引查找，查找速度快。 ? 可以將以上任務(wù)分成兩步來做： ? 分類：將輸入數(shù)
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