第七章 互网络

第七章互连网络

【学习指南】

一.首先透切理解以下基本概念：互连网络的作用、静态网络、动态网络、存储转发寻径、虫蚀寻径、线路开关寻径、虚拟直通寻径

1.互连网络基本概念

（1）互连网络

互连网络是一种由开关元件按照一定拓扑结构和控制方式构成的网络,用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接.

（2）互连函数

为了反映不同互连网络的连接特性,每种互连网络可用一组互连函数来描述.如果将互连网络的N个输入端和N个输出端分别用0,1,2,...,N-1来表示,则互连函数表示相互连接的输入端和输出端号之间的一一对应关系.或者说,存在互连函数f,在它的作用下,输入i应与f(i)相连, 这里0<=i<=N-1.表示互连函数常用两种方法:函数表示法和输入输出对应表示法.

2.互连网络的特性

(1)网络规模: 网络中结点数目;

(2)结点度与结点相连的边数;

(3)距离两结点间相连的最少边数;

(4)网络直径: 网络中任意两个结点间距离的最大值

(5)等分宽度: 网络被切成相等的两半时沿切口的最小边数

(6)结点间线长: 任两个结点间线的长度

(7)对称性若从任何结点看网络的拓扑结构都一样,则称该网络为对称网络.

3.网络的传输性能特性

(1)频宽

消息进入网络后,互连网络传输消息的最大速率,单位用bit/sec(或mb/s).

(2)传输时间

消息通过网络的时间,等于消息长度除以频宽;

(3)"飞行"时间

消息的第一位信息到达接收方所花费的时间,它包括由于网络中转发或者其他硬件

所引起的时延

(4)传输时延

它是消息在互连网络上所花费的时间,但不包括消息进入网络和到达目的结点后从

网络接口硬件取出数据所花费的时间,它等于"飞行"时间和传输时间之和.

(5)发送方开销

处理器把消息放到互连网络的时间,包括硬件和软件所花费的时间

(6)接收方开销

处理器把到达的消息从互连网络取出来的时间,包括软件和硬件所花费的时间.

4.互连网络分类

（1）分类法I

静态互连网络：各结点间有专用连接通路且运行中不能改变的网络。

动态互连网络：设置有源开关，可以根据需要借助控制信号对连接通路加以重新组

合实现要求的通信模式的网络。

（2）分类法II

◆共享介质网络：同一时间只允许一个设备进行存取；

◆非阻塞网络：逻辑上的交叉开关网络，除非存在不同输入端口向同一输出

端口发送消息；否则消息通信将不会阻塞；

◆直接网络：指网络中的处理器是点到点连接的（静态网络）。

◆间接网络：网络中的结点不是通过直接相连的通道进行消息通信，而是通

过网络的开关机构进行；

◆混合网络：指一个互连网络中混合了多种以上网络。

5.消息传递机制

（1）消息寻径方式

◆线路交换

◆存储转发寻径

◆虚拟直通

◆虫蚀寻径

（2）死锁和虚拟通道

◆虚拟通道

虚拟通道是两个结点间的逻辑链,它是由源结点的片缓冲区, 结点间的物理通道

以及接收结点的片缓冲区组成.

◆死锁的产生和避免

缓冲区或通道上的循环等待可能产生死锁.利用虚拟通道可以解决死锁

6.流控制策略

（1）包冲突的解决

◆用缓冲实现虚拟直通

◆阻塞策略

◆扬弃并重发策略

◆阻塞后绕道

（2）确定寻径和自适应寻径

7.选播和广播寻径

(1)单播 : 对应于一对一的通信情况,即一个源结点发送消息到一个目的结点.

(2)选播 : 对应于一到多的通信情况,即一个源结点发送同一个消息到多个目的结点

(3)广播 : 对应于一到全体的通信情况,即一个源结点发送同一个消息到全部结点.

(4)会议 : 对应于多到多的通信情况.

8. 通道流量和通道时延

通道流量和通道时延是描述效率常用的两个参数.优化的寻径网络应该能以最小流量和最小时延实现有关的通信模式.然而这两个参数并不是毫不相关的,达到最小流量同时不 一定能达到最小时延,相反的情况也如此.

二.通过做例题和习题，会做下列类型的计算题：

(1)网络通信时延计算

(2)网络通道流量计算

[题]假设一个网络的频宽为10兆位/秒，发送方开销和接收方开销分别等于230微秒和270微秒。如果两台机器相距100米，现在要发送一个1000字节的消息给另一台机器，试计算总时延。如果两台机器相距1000公里，那么总时延为多大？

[解]：光的速度为299792.5公里/秒，信号在导体中传递速度大约是光速的50％，所以“飞行”时间可以计算出来了。那么相距100米时总时延为：

T=发送方开销＋“飞行”时间＋消息长度

频宽＋接收方开销

=230010529979251000810270μμs Km Km s s +⨯+⨯+.../位兆位秒

/ =230067800250μμμμs s s s +++.

=1301μs

相距1000公里时的总时延为：

T s s s s s s s s

s

=+⨯⨯+⨯++++2301000100529979251000810

27066718002706μμμμμμμμμ.. =230 =7971