Коммутаторы для МВС. Простые коммутаторы. Алгоритмы арбитража. Составные коммутаторы. Коммутатор Клоза. Баньян-сети

Коммутаторы обеспечивают параллельную работу процессорных модулей и вычислительных машин в системах. Сетевые коммутаторы разделяются на простые сетевые коммутаторы и составные сетевые коммутаторы. Простые коммутаторы имеют малую задержку, но могут быть использованы только для построения систем с малым числом узлов. Составные коммутаторы строятся путем объединения простых коммутаторов.

Простые коммутаторы делятся на коммутаторы с временным разделением и коммутаторы с пространственным разделением.

Коммутаторы с временным разделением представляют собой шины. Так как шина является разделяемым ресурсом, процессорные узлы вынуждены конкурировать за доступ к этому ресурсу. Для разрешения конфликтов в узлах используются различные алгоритмы арбитража. Имеется несколько стандартов на шинные структуры, например, стандарты PCI, VME, Fastbus и др. Шина является достаточно дешевым и надежным коммутатором. Однако при коммутации большого количества коротких сообщений накладные расходы на арбитраж становятся значительными, что существенно ограничивает пропускную ее способность.

Коммутаторы с пространственным разделением (координатный коммутатор, с.м. схему на рисунке). Коммутатор с пространственным разделением представляет собой совокупность мультиплексоров, число которых равно количеству выходов коммутатора. Имеют минимальное время задержки на коммутацию, но высокую сложность, а потому и недостаточно высокую надежность. Одним из самых важных свойств коммутаторов с пространственным разделением является то, что он представляет собой неблокирующую коммуникационную сеть. Т.е. ни один из входов не может получить отказа от соединения из-за занятости какого-либо мультиплексора (конечно, при условии, что свободен требуемый выход). Еще одним важным достоинством такого коммутатора является отсутствие необходимости планирования схемы соединений.

Составные коммутаторы (рис - Клоза). Основная идея создания составных коммутаторов состоит в объединении простых коммутаторов каналами типа «точка - точка». Составной коммутатор требует меньше оборудования, чем простой коммутатор с таким же количеством входов – выходов. Однако составной коммутатор при этом имеет большую задержку на коммутацию, которая растет пропорционально количеству уровней коммутации (см. ниже).

Может быть построен в качестве альтернативы для прямоугольного коммутатора с (m x d) входами и (m x d) выходами. Он формируется из трех каскадов коммутаторов: m коммутаторов (d x d) во входном каскаде, m коммутаторов (d x d) в выходном и d промежуточных коммутаторов (m x m).

Соединения внутри коммутатора устроены следующим образом:

j-й выход i-ого коммутатора входного каскада соединен с i-ым входом j-ого промежуточного коммутатора;

j-й вход k-ого коммутатора выходного каскада соединен с k-ым выходом j-ого промежуточного коммутатора.

Данный тип составных коммутаторов позволяет соединять любой вход с любым выходом, однако при установленных соединениях добавление нового соединения может потребовать разрыва и переустановления всех соединений.

Соединения простых коммутаторов в коммутаторе Клоза выполняется по следующему правилу (рис):

· k-й выход коммутатора K1,j соединяется с i-м входом коммутатора K2,k

· k-й вход коммутатора K3,j соеиняется с j-м выходом коммутатора K2,k

Общее количество простых коммутаторов в коммутаторе Клоза равно 2m+l

Коммутатор Клоза представляет собой блокирующую коммуникационную сеть. Вход здесь может получить отказа от соединения из-за занятости какого-либо простого коммутатора.

Составные коммутаторы. Баньян-сети. коммутационная сеть класса многоярусных соединительных сетей. Коммутаторы этого типа строятся на базе прямоугольных коммутаторов таким образом, что существует только один путь от каждого входа к каждому выходу.

Наиболее важной разновидностью баньян-сетей является дельта-сеть. Она формируется из прямоугольных коммутаторов (a x b) и представляет собой n-каскадный коммутатор с (an) входами и (bn) выходами. Составляющие коммутаторы соединены так, что для соединения любого входа и выхода образуется единственный путь одинаковой для всех пар входов и выходов длины.

а) смешанные (Омега) сеть; b) реверсная смешанная сеть;

c) особо чувствительная Баньян сеть; d) обыкновенная сеть;