第7章 互连网络
第7章 网络互连
第7章网络互连（达第4.7、5.5节，谢第4.4节、第6章）知识要点：·网络互连的层次与设备：物理层与中继器，链路层与网桥，网络层与路由器，更高层与网关，Internet的互连网技术。
·内部网关协议：RIP，技术特征与应用，缺陷。
OSPF，技术特征与应用，自治系统AS，区域与分层结构。
·外部网关协议：BGP的技术特征。
7．1 概述1、网络的不同性：（1）提供的服务：面向连接或无连接。
（2）网络层协议的不同：IP、IPX等。
（3）寻址方式：平面结构（IEEE802），分层结构（IP）。
（4）多点广播：支持，不支持。
（5）允许的最大分组长度不同。
（6）服务质量：支持/不支持或定义不同。
（7）差错控制：可靠、有序的或无序的提交。
（8）流量控制：不同的方法或不支持。
（9）拥塞控制：不同的策略。
（10）不同的超时值等参数。
（11）安全性：访问规则、加密等。
（12）计费方式：不同的方法或不计费。
2、互连层次与设备（1）中继器：实现物理层连接，只能对信号放大、整形和转换不同的介质，故只能扩展地理范围。
（2）网桥（bridge）：工作在数据链路层，在不同局域网之间存储转发帧，提供链路层的协议转换。
因不同的LAN均遵循同一组协议标准，故网桥实现的是同构通信子网的互连。
（3）路由器（router）：工作于网络层，在不同的子网之间存储转发分组，提供网络层的协议转换。
因网络层是通信子网的最高层，故路由器实现的是异构通信子网的互连。
（4）网关（gateway）：指对运输层及以上的高层协议进行协议转换的网间连接器，可以实现端系统的互连通信。
一般分为两种：运输层网关和应用层网关。
前者互连不同的网络，实现运输层协议转换（如OSI与TCP）。
后者互连不同的应用程序，实现应用层协议的转换，如用因特网邮件格式从一台因特网主机向ISO MOTIS邮件箱发送邮件，就可通过应用层网关进行格式转换后发出。
一般用于两个异构应用系统之间的协议转换。
第7章-互联网络
和时间特性。
（3）基于开关的网络 结点到结点通过交换开关进行连接(无直接相连通道)，即 结点只与交换开关连接，又称间接网络。 组成：由链路、交换开关(交换机)、 NIC0 NIC1
ISC(O) … ISC(n-l) … … … NIC0 NIC1 … NICN-1
各级间拓扑结构(ISC)、 NIC组成。 思考：为什么要用多级拓扑结构？
二、互连网络种类
1、静态互连网络 结点到结点的连接在运行期间不改变，又称直接网络。 组成：由链路、拓扑结构及网络接口电路NIC组成。
PE010 PE011
M P
C
MB
M
P
C 结点
MB
PE100
PE111 PE000 PE001
NIC
结点
Bridge
I/OB
NIC
PE100
PE100
拓扑结构：有线性阵列、网格、立方体等多种结构。 互连功能实现： 互连空间特性通过NIC的数据寻径功能实现； 互连时间特性由拓扑结构及网络控制方式决定。
4、流控机制 在资源使用冲突时控制各通道流量(带宽)的机制。 流控机制层次： 有链路级流控、端到端流控两个层次。
四、互连网络基本性能
时延和带宽是评价互连网络性能的两个基本指标。 1、时延
发送方 互连网络 接收方 发送方 开销 传输时间
飞行时间
传输时延
传输时间
接收方 开销
通信时延=额外开销+飞行时间+消息长度/通道带宽 额外开销—指收/发双方软/硬件开销，与结点内核及 NIC结构有关； 飞行时间—与结点间距离(拓扑结构)及通道带宽有关；
PE0 PE1
… ISC(n-l) … … … ISC(O)
《_网络互连技术与实训》-第7章网络附加设备
•
1．RAID實現的方式
2．主要RAID模式
（1）JBOD模式
•
•
（2）RAID 0（無差錯控制的條帶化陣列）
•
1．NAS伺服器的結構
•
•
2．NAห้องสมุดไป่ตู้控制器的操作系統
· 目前NAS控制器的操作系統大致可以分為3類。
• • •
① 基於FreeBSD/Linux等開源操作系統。 ② 基於Windows操作系統。 ③ 基於專用的嵌入式操作系統。
3．NeoStor NAS配置
• （1）啟用NAS服務
（2）創建NAS資源
4．系統詳細設計
（1）攝像部分 • （2）傳輸部分 • （3）控制部分
•
7.4 VoIP技術與應用
•
· VoIP（Voice over Internet Protocol）是一種以IP電話為主，並推出相應的增值業 務的技術。
•
· 它是建立在IP技術上的分組化、數位化傳輸技術。
7.4.1 VoIP原理
•第 7 章 • 網路附加設備
7.1 7.2 7.3 7.4
SOHO網關 數據存儲 網路監控與安防
VoIP技術與應用
7.1 SOHO網關
• • • •
7.1.1 網關工作原理
· 網關就是將兩個使用不同協議的網路段連接在一起的設備。 · 它的作用就是對兩個網路段中的使用不同傳輸協議的數據進行互相的翻譯轉 換。
• •
•
7.4.2 VoIP技術應用 7.4.3 VoIP設備
第七章网络互连及互连设备精品PPT课件
外部路由器分： •内部网络路由器：（第三层交换机）
在局域网内连接不同的IP子网或 不同协议的子网。 • 边界路由器： （广域网路由器）
局域网通过广域网与互连网连接
（三）、路由器的二种应用： 1、分隔不同的IP子网
在使用TCP/IP协议的局域网中的IP 网络或IP子网间转发IP分组，不进行 协议转换。
例如：
Cisco Catalyst 6506千兆以太交换机
• 具有路由功能，支持跨交换机进行 子网划分，称为‘企业版’交换机；
• 适合在校园和大型的企业组建网络 时，做主交换机使用。
其包括：
主控模块
交换机主控模块
千兆以太网模块
8口千兆以太网模块 48口百兆以太网模块 路由器模块
百兆以太网模块 路由器模块 可扩充模块 电源模块
本地端系统A
远程端系统B
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层
物理层
路由器
网络层
数据链路层
物理层
网络层
数据链路层
物理层
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层
数据链路层
物理层
物理介质
（二）路由器分类：
•内部路由器
在网络服务器内装有多个网卡，实现多个局 域网络间的互连。
•外部路由器
是独立的网间连接设备，可以说外部路由器 是一台特殊的双网卡或多网卡及多通信口计 算机，它的以太口接本地计算机局域网，而 同步口或异步口等接远程的另一台路由器。 一般所说的路由器是指外部路由器。
路由器
202.118.66.6 1-254
202.118.67.6 1-254
在相同的网络内的主机可通过交换机 直接通信
交换机
网络互连技术
网桥
8
3.网桥的类型:
1)透明网桥:网桥自己确定路由选择(安装方便;不能选择最佳 路径)
2)源路由网桥:源节点负责路由选择(路由信息附加在数据帧的 首部) 4.网桥的特点: 1)数据链路层互连设备 2)以地址过滤、存储转发方式实现互连网通信 3)隔离广播通信量,改善互连网性能和安全性 4)可互连网络跨度无限 5)数据链路层以上采用相同协议 7.2.3 交换机:硬件实现网桥的功能,使共享式局域网转换交换式 局域网,可以实现虚拟局域网。 9
7.4.2 Internet的接入方式 一、 ISP的作用
Internet服务提供者（ISP）是用户接入Internet的入
口点；
不管使用哪种方式接入Internet，首先都要连接到
ISP的主机。用户通过某种通信线路连接到ISP，
再通过ISP的连接通道接入Internet。
16
二、基本的Internet接入方法
6
5-4-3-2-1规则说明
5个网段,4个中继器,3个段连站点,2个延长,1个局域
网
500米
中继器 中继器
中继器 中继器
500米
500米
500米
网络段 1
网络段 2
网络段 3
使用同轴电缆连接中继器
7
7.2.2网桥
1.网桥的功能:网桥是一种工作在数据链路层的存储转发设备， 主要用来连接类型相似的局域网络。 2.网桥的工作原理: 1)记录”活动”节点地址,建立端口—MAC地址对应表(学习) 2)查询对应表（地址过滤）,直接发送或转发;找不到目的地址时, 广播到其它节点。
第七章课后习题参考答案
2. 试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、RARP和ICMP。
答：IP协议：实现网络互连。
使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
ARP协议：完成IP地址到MAC地址的映射。
RARP：使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。
ICMP：允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
5. 试说明IP 地址与硬件地址的区别。
为什么要使用这两种不同的地址？答：IP地址在IP数据报的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。
在网络层以上使用的是IP地址，而链路层及以下使用的是硬件地址。
在IP层抽象的互连网上，我们看到的只是IP数据报，路由器根据目的站的IP地址进行选路。
在具体的物理网络的链路层，我们看到的只是 MAC 帧，IP 数据报被封装在 MAC 帧里面。
MAC帧在不同的网络上传送时，其MAC帧的首部是不同的。
这种变化，在上面的IP层上是看不到的。
每个路由器都有IP 地址和硬件地址。
使用IP地址与硬件地址，尽管连接在一起的网络的硬件地址体系各不相同，但IP层抽象的互连网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，并使我们能够使用统一的、抽象的IP地址进行通信。
6.（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？（2）一网络的子网掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少台主机？（1）一A类网络和一B类网络的子网号subnet-id分别为16bit的8bit，问这两个网络的子网掩码有何不同？（2）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。
试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？（3）一个A类地址的子网掩码为255.255.0.255。
它是否为一个有效的子网掩码？（4）某个IP地址的十六进制表示是C22F1481，试将其转换为点分十进制的形式.这个地址是哪一类IP 地址?（5）C类网络使用子网掩码有无实际意义?为什么?答：（1）C类地址对应的子网掩码值。
第七章互联网络ppt课件
性质1：对一样的i值，PM2+i 与PM2-i函数的传送途径一样， 方向相反〔右图中一切箭头 反向即为PM2-1的拓扑外形〕；
性质2：PM2+(n-1) = PM2-(n-1)。
根据性质2，我们知道 单级PM2I网络实践上只能 实现2n-1种不同的置换。
i=1
7 i=0
6
5
i=2 0
1
2
3 4
0
1
(4) 传输时延(Transport latency)：等于飞行时间与传输时间之 和。 (5) 发送方开销(Sender overhead)：处置器把音讯放到互连网络 的 (来6)时的接间时纳。间发 接方送纳。开方方销(R发开e送销c方eiv“飞er行传o〞v输e时r时间h间ead传)输：时处间置器接开纳把销方音讯从网络取出
0 12
345 6
7
8个处置单元的混洗交换互连网络衔接图
碟型互连网络 碟型互连网络的互连函数为：
Butterfly(Xn-1Xn-2……X1X0)=X0Xn-2……X1Xn-1
即二进制地址的最高位和最低位相互交换位置。当N=8
时的其衔接图如下： 0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8个处置单元碟型互连网络衔接图
2
3
4
5
6
7
PM2+0互连循环函数(0 1 2 3 4 5 6 7)及衔接图
0
1
2
3
4
5
6
7
PM2+1互连循环函数(0 2 4 6)(1 3 5 7)及衔接图
0
第 7 章 Internet基础知识
FTP（文件传输协议）
FTP允许用户可以在本地机上以文件操作的方式（文件的增、删、 改、查、传送等）与远程机之间进行相互通信。
TELNET（远程终端访问协议）
该协议允许本地主机作为仿真终端登录到远程的另一台主机上， 把用户请求传送给远程主机，同时也能将远程主机的输出结果通过 TCP连接返回到用户屏幕。
根域
CN
EDU NET
COM GOV ORG INT
EDU NET
AC
IBM
DEC …… ATT
图7-4 域名系统的层次结构示意图
一些国家或地区一级域名的代码如下图7-5所示：
国家名称 中国 巴西 加拿大
澳大利亚 法国 德国
中国香港
国家域名 CN BR CA AU FR DE HK
国家名称 日本 韩国
TCP要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。
（2）IP（网际协议）
IP的主要任务是对数据包进行寻址和路由选择，并从一个网络转发 到另一个网络。IP在每个发送的数据包前都加入了一个控制信息，其 中包含了源主机IP地址和目的主机IP地址等信息。
IP是一个面向无连接的协议，即主机之间事先不需建立用于可靠通信 的端到端连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去。这样数据包在 传输途中可能会丢失、重复、或者次序发生混乱。因此，还必须要依 靠高层的协议（如TCP）或应用程序实现数据包的可靠传输。
图7-1 Internet 物理结构示意图
各用户并不是将自己的计算机直接连接到Internet上的，而是连 接到其中的某个网络上（如校园网、企业网等），该网络再通过 使用路由器等网络设备，并租用数据通信专线与广域网相连，成 为Internet的一份子。
互连网络(精)
7.4 互连网络
例 一种4元3-立方体网络
7.4 互连网络
7.4.3 动态连接网络
体)等网络都是k元n-立方体网络系统的拓扑同构体。 参数n: 立方体的维数 k: 基数或者说是沿每个方向的结点数(多重性)。 N=kn, (n=logkN) K元n-立方体的结点可用基数为k的n位地址
A=a0a1a2…an-1来表示，其中ai代表第i维结点的位置。 按照惯例，低维k元n-立方体称为环网，而高维二 元n-立方体则称为超立方体。
5. 影响互连网络性能的因素 (1) 功能特性 网络如何支持路由、中断处理、同步、请 求／消息组合和一致性。
7.4 互连网络
(2) 网络时延 单位消息通过网络传送时最坏情况下的时间延迟。
(3) 带宽 通过网络的最大数据传输率，用MB／s表示。
(4) 硬件复杂性 诸如导线、开关、连接器、仲裁和接口逻辑等
7.4 互连网络
7.4 互连网络
7. 超立方体 ➢ 一种二元n-立方体结构 ➢ 一般说来，一个n-立方体由N=2n 个结点组成， 它们分布在n维上，每维有两个结点。 例 8个结点的3-立方体 4-立方体 ➢ 一个n-立方体的结点度等于n，也就是网络的 直径。
7.4 互连网络
7.4 互连网络
8. k元n-立方体网络 环形、网络形、环网形、二元n-立方体(超立方
对称网络 从其中的任何一个结点看，拓扑结构都是一样的。
(5) 路由 在网络通信中对路径的选择与指定。
3. 互连函数 如果把互连网络的N个入端和N个出端各自用
整数0，1，…，N-1代表，则互连函数表示互连的 出端号和入端号的一一对应关系。
7.4 互连网络
4. 几种数据路由功能 (1) 循环 若把互连函数f(x)表示为： (x0,x1,x2,……,xj) 则代表对应关系为： f(x0)=x1,f(x1)=x2,……,f(xj)=x0 j+1称为该循环的周期。 (2) 置换 指对象的重新排序。对于n个对象来说， 有n!种置换。
计算机系统结构第1-8章部分作业答案
第一章1.6 某台主频为400MHz 的计算机执行标准测试程序，程序中指令类型、执行数量和平均时钟周期数如下：求该计算机的有效CPI 、MIPS 和程序执行时间。
解：（1）CPI ＝(45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2) / 129500＝1.776 (或259460) （2）MIPS 速率＝f/ CPI ＝400/1.776 ＝225.225MIPS (或2595180MIPS) （3）程序执行时间= (45000×1＋75000×2＋8000×4＋1500×2)／400=575μs1.9 假设某应用程序中有4类操作，通过改进，各操作获得不同的性能提高。
具体数据（1）改进后，各类操作的加速比分别是多少？（2）各类操作单独改进后，程序获得的加速比分别是多少？ （3）4类操作均改进后，整个程序的加速比是多少？ 解：根据Amdahl 定律SeFeFe S n +-=)1(1可得4类操作均改进后，整个程序的加速比：2.16)1(1≈+-=∑∑iii n S F F S1.10 第二章变长编码，哈夫曼编码第三章3.12 有一条指令流水线如下所示：（1）求连续输入10条指令的情况下，该流水线的实际吞吐率和效率。
（2）该流水线的瓶颈在哪一段？请采用两种不同的措施消除此瓶颈。
对于你所给出的两种新的流水线，连续输入10条指令时，其实际吞吐率和效率各是多少？ 解：（1）本题主要考察对各功能段用时不等的线性流水线的性能计算公式的掌握情况。
2200(ns)2009200)10050(50t n t T maxki i =⨯++++=∆-+∆=∑=)1(1流水 )(ns 2201T nTP 1-==流水45.45%1154400TP ktTP E k1i i≈=⋅=∆⋅=∑= 注意：对于公式不能死记硬背，需要充分理解，注意公式的适用条件。
网络互连的讲解 心
OSI层次及各层互联设备对照表 OSI层次及各层互联设备对照表
OSI层次名称 信息 单位 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 报文 包 帧 比特
地址类型 网络互 连设备 网关 网关 网关 端口地址 网关 逻辑地址 路由器 物理地址 交换机 集线器
7.2 在物理层互连
7.2.1 中继器概述
2、源路由网桥 允许一个环路上的站点通过网桥和其他环路 上的站点通信，用于令牌环网和FDDI网络。 工作原理：在源站点发送的数据帧里包含了 完整的路由信息，网桥只是根据数据帧中 的路径信息进行存储和转发，环网上的每 个源站点都要动态地维护到达目的路由信 息。
透明网桥和源路由网桥的比较： (1)透明~由网桥负责帧的路由，而源路由~由源站 点负责； (2)透明~支持以太网、令牌环网和FDDI网等多种 网络，而源路由~只支持令牌环网和FDDI网； (3)透明~属于即插即用设备，而源~要网管对每个 透明 属于即插即用设备，而源 要网管对每个 环网分配网络号。 (4)源路由~由源站点建立和维护网桥，因此环网 的每个站点都有专门软件负责这些工作，增加了 站点的复杂性。 (5)透明~不允许网络中出现活动环路，因此要通 过生成树算法，阻塞冗余的链路在需要时才激活 它们；而源路由~不存在活动环路问题。
集线器也要遵循5-4-3-2-1规则，集线器实质是中 继器，即只是一个信号放大和中转设备，不具备 自动寻址能力，不具备交换功能，所Байду номын сангаас传输到集 线器的数据均被广播到所有端口，容易形成广播 风暴。 集线器是电子设备，需要电源，背面通常有电源 线、插座和开关等，正面一般是数量不等的RJ45 接口，一般还有一些指示灯。 有些集线器有UPLINK端口，该端口专门用于连接 上级集线器或交换机，当用该端口与上级集线器 或交换机相连时，网线用直连线即可，当用其余 端口或没有UPLINK端口的集线器与上级集线器或 交换机相连时，网线要用交叉线。 可堆叠式集线器可以不遵守5-4-3-2-1规则。
14709第7章
128.11.3.31
图7-8
采用点分十进制记法能够提高可读性
2．常用的三种类别的IP地址
A类地址的net-id字段占一个字节， 只有7个比特可供使用。 整个A类地址空间共有231 (2147483648)个地址。
B类地址的net-id字段有2字节，但前 面两个比特(1 0)已经固定了，只剩下14个 比特可以变化。
图7-11(a)画的是三个局域网用两个路
由器R1和R2互连起来。
图7-11
从不同层次上看IP地址和硬件地址
图7-11(b)特别强调了IP地址与硬件地址 的区别。表7-2归纳了这种区别。
表 7-2 图 7-11(b)中不同层次、不同区间的源地址和目的地址 在网络层写入 IP 数据报首部的 源地址 从 H1 到 R1 从 R1 到 R2 从 R2 到 H2 IP1 IP1 IP1 目的地址 IP2 IP2 IP2 在数据链路层写入 MAC 帧首部的 源地址 HA1 HA4 HA6 目的地址 HA3 HA5 HA2
C类地址有3个字节的net-id字段，最 前面的3个比特是(1 1 0)，还有21个比特 可以变化，因此C类地址的网络总数是 2097152 (221)(这里也不需要减2)。每一 个C类地址的最大主机数是254，即(28 – 2)。整个C类地址空间共有536870912 (229) 个地址。
表7-1
·路由器总是具有两个指明也可以不指明IP 地址。
7.2.2
IP地址与硬件地址
图7-10说明了这两种地址的区别。 从层次的角度看，物理地址是数据链路 层使用的地址，而IP地址是虚拟互联网 络所使用的地址，即网络层和以上各层 使用的地址。
位
0 版本
4 首部长度 标
8 区分服务 识 协 议
《计算机网络》第07章 网络互连技术
《计算机网络》第07章网络互连技术在当今数字化的时代，计算机网络已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
而网络互连技术，则是构建复杂、高效网络的关键所在。
网络互连，简单来说，就是将多个独立的网络连接在一起，使它们能够相互通信和资源共享。
这就好比把一个个孤立的小岛用桥梁连接起来，形成一个庞大的陆地。
想象一下，如果每个网络都孤立存在，信息只能在有限的范围内流通，那将会是多么的不便。
实现网络互连的设备有很多，其中路由器是最为常见和重要的一种。
路由器就像是网络中的交通警察，它根据网络地址和路由协议，决定数据包的传输路径。
当一个数据包从一个网络发送到另一个网络时，路由器会检查数据包的目标地址，并根据预先设定的路由表，将其转发到正确的方向。
网络互连技术中，IP 协议是核心之一。
IP 地址就像是网络中设备的“身份证号码”，它唯一标识了网络中的每一个节点。
IPv4 地址我们都比较熟悉，由四个 0 到 255 之间的数字组成，例如 19216811。
然而，随着网络的快速发展，IPv4 地址资源已经日益匮乏，IPv6 应运而生。
IPv6 地址长度为 128 位，极大地扩展了地址空间，为未来的网络发展提供了充足的资源。
子网掩码也是网络互连中一个重要的概念。
它与IP 地址配合使用，用于确定网络地址和主机地址的划分。
通过子网掩码，我们可以将一个大的网络划分为多个子网，提高网络的管理效率和安全性。
在网络互连中，还有多种不同类型的网络，比如局域网（LAN）和广域网（WAN）。
局域网通常覆盖较小的范围，如一个办公室、一栋楼或者一个校园。
而广域网则可以跨越城市、国家甚至大洲，将分布在不同地理位置的网络连接起来。
网络互连技术还涉及到不同的网络拓扑结构。
常见的拓扑结构有总线型、星型、环型、树型和网状型等。
每种拓扑结构都有其特点和适用场景。
例如，总线型结构简单，但可靠性较低；星型结构易于管理和维护，但中心节点容易成为瓶颈。
网络互连的过程中，数据链路层的作用也不可忽视。
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7.3.5 Omega网络
采用全混洗函数和交换函数，又称混洗交换网络。 1、N个输入的Omega网络有log2N级，每级有N/2个2×2的四功 能交换开关 2、每级的拓扑结构相同 3、采用单元控制 4、能够实现任意一个输入端到任意一个输出端的连接。但不 能同时实现多个输入端到多个输出端的连接。 5、能够实现从任意一个输入端到所有输出端的广播。
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入端
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
出端
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F
Cube0 直连
Cube1 交换
Cube2 直连
Cube3 交换
18
题目：并行处理机有16个处理器，要实现相当于先4组4元交换， 然后是两组8元交换，再次是一组16元交换的交换函数功能，请 写出此时各处理器之间所实现之互连函数的一般式；画出相应多 级网络拓扑结构图，标出各级交换开关的状态。
[分析]：输入端号为 |0 1 2 3|4 5 6 7|8 9 A B|C D E F| 经4组4元交换后为 |3 2 1 0|7 6 5 4|B A 9 8|F E D C| 分成2组后为 |3 2 1 0 7 6 5 4|B A 9 8 F E D C| 然后经2组8元交换后为 |4 5 6 7 0 1 2 3|C D E F 8 9 A B| 再经1组16元变换后为 |B A 9 8 F E D C 3 2 1 0 7 6 5 4| 最后，可得出配对互连的是 (0,B), (1,A), (2,9), (3,8), (4,F), (5,E), (6,D), (7,C) 用二进制表示就是 Cube(P3P2P1P0)= P3P2P1P0
F=(010)
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
F=(011)
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
F=(100)
F=(101)
F=(110)
F=(111)
14
3级STARAN移数网络实现的入出端连接及执行的移数函数功能
3
总线结构的多处理机
本地 存储器
本地 存储器
全局 存储器
本地 存储器
4
多总线结构：西门子公司的SMS系统
（Stractured
总线驱动器
Multiprocessor System）
通过8条总线连接128个处理机
P1 主机 P17
P2
P16
P18
P32
P113
P114
P128
5
SMS 多总线结构
4组 2元 + 1组8元
111 7 6 5 4 3 2 1 0
1 组 8元
0 1 2 3 4 5 6 7
恒等
4组 2元 4组 2元 2组 4元 1组 8元 + + 2组4元 2组4元
i
Cube0
Cube1
Cube0
+
Cube2
Cube1
+
Cube1
Cube2
Cube2
Cube0 +Cube1 +Cube0
[分析]：要求配对通讯的处理器号用二进制表示如下： (B,1)是(1011,0001) (8,2)是(1000,0010) (7,D)是(0111,1101) (6,C)是(0110,1100) (E,4)是(1110,0100) (A,0)是(1010,0000) (9,3)是(1001,0011) (5,F)是(0101,1111)
0
2 3 4 5 6 7 0 1 移2
0
4 5 6 7 0 1 2 3 移4
1
1 2 3 0 5 6 7 4 移1
0
2 3 0 1 6 7 4 5 移2
1
1 0 3 2 5 4 7 6 移1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 不移 恒等
15
入 端 号
0 1 2 3 4 5 6 7
执行的移数 功能
mod 8 mod 8 mod 8 mod 4
mod 4 mod 2
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
恒等
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
移 1模 2
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
A B C D
E F G H
I J K L
0 1 2 3 4 5 6 7
C3
k=2
C2
k=1
C1
k=0
C0
23
题目：画出0-7号共8个处理器的三级混洗交换网络，在该图上标 出实现将6号处理器数据播送给0-4号，同时将3号处理器数据播 送给其余3个处理器时的各有关交换开关的控制状态。
P1 M1 M2
P2 M3 M4
IOP1
IOP2
7
7.3.2环形互联
• 既具有总线型互连的简单性，又可克服总线所固有的缺点 • 信息的传送过程是发送进程把信息放到环上，通过环形网络 不断向下一台处理机传播，直到此信息回到发送者为止
8
7.3.3 交叉开关互连
交叉开关包含一组纵横开关阵列，把横向的m个处理机及i 个I/O设备与纵向的n个存储器模块连接起来，如下图所示。
层次总线结构：卡内基梅隆大学的Cm*多处理机系统 三级总线：群总线、Map总线、处理机总线 每群14台处理机
群间总线 Km Cm Cm Cm Cm B P M IO Km Cm Cm Km Cm Cm
卡内基梅隆大学的 Cm*层次总线结构
6
（补充）多端口存储器
多个多端口存储器与多个CPU和IOP连接。 多端口存储器用于处理机个数不多的系统中。 把复杂的互连网络移到了存储器中。
组 控 制 信 号
2级 F23 K,L F22 J F21 I 1级 F12 F,H F11 E,G 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0级
F0
A,B, C,D
1
1 2 3 4 5 6 7 0 移1
20
0 1 2 3 4 5 6 7
A B C D
k=2
E F G H
k=1
I J K L
k=0
0 1 2 3 4 5 6 7
N=8的多级混洗交换网络
21
Ω网络结构特点：
1) 采用2×2的4功能开关，4功能为直送、交叉、上播、下播。 2) Ω网络各级开关的级号从网络输入端到输出端，依次为Kn-1 ，……，K1，K0，即按降序排列。 3) 级间连接从网络输入端到输出端依次为Cn-1，……，C1，C0， 其中Cn-1-C1都是均匀洗牌置换函数，C0为恒等置换。因此Ω 网络输入端对输出端互连函数表达式为： Ω=σEσE…σE=(σE)n 其中E是开关级在开关控制方式下实现的交换置换函数，σ是 级间连接模式实现的混洗函数。
第7章 互连网络
7.1 互连网络的基本概念
互连函数 互连网络的特性和传输的性能参数 互连网络的种类
7.2 消息传递机制
消息寻径方式 死锁和虚拟通道
7.3 互连网络实例
1
7.3 互连网络实例
7.3.1 总线互连 7.3.2 环形互连 7.3.3 交叉开关互连 （补充） 多端口存储器 （补充） STARAN交换网和STARAN移数网 7.3.5 Omega互连网
25
N=8的多级立方体网络和Omega网络的关系
26
本章重点：
1. 主要的互连函数 2. 几种典型互连网络的构成方法及特点 3. 寻径方式的原理及优缺点
练习题:
4，5，13 （P446-447）
27
移 1模 4
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
移 2模 4
0 1 2 3 4 5 6 7
移 1模 8
移 2模 8
移 4模 8
16
题目：编号分别为0,1,2,…,F的16个处理器之间要求按下列配对 通信：(B,1), (8,2), (7,D), (6,C), (E,4), (A,0), (9,3), (5,F)。试选择互连网络类型、控制方式，并画出该互连网络的 拓扑结构和各级交换开关状态图。
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多级混洗—交换网络寻径算法（路由算法）
目的：根据给定的输入/输出对应关系，确定各开关的状态。 名称：源-目的地址异或法 操作：将任一个输入地址与它要到达的输出地址作异或运算， 其结果的biti位控制数据到达的第i级开关，“0”表示“直连” ，“1”表示“交ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ”。（例如给定传输101B→011B）
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除F=(000)实现恒等置换外，其他7种实现分组交换置换，如 F=(101)实现的置换可表示为： 入端排列： 分成4组： 每组二元交换（4G2E)： 分成二组： 每组四元交换（2G4E) ： 分成一组： 每组八元交换（1G8E) ： 0 1 2 3 4 5 6 7 │0 1 │2 3 │ 4 5 │ 6 7 │ │1 0 │3 2 │ 5 4 │ 7 6 │ │1 0 3 2 │ 5 4 7 6 │ │2 3 0 1 │ 6 7 4 5 │ │2 3 0 1 6 7 4 5 │ 5 4 7 6 1 0 3 2
13
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7