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,?5 千兆位網(wǎng)絡(luò)技術(shù),一、問(wèn)題的提出,1.機(jī)群系統(tǒng),如下圖,,,一個(gè)典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),,,,1.機(jī)群系統(tǒng),,基本含義,,5個(gè)體系結(jié)構(gòu)概念融為一個(gè)機(jī)群，它是全體計(jì)算機(jī)(結(jié)點(diǎn))的互連集。這些互連的 計(jì)算機(jī)能集體地工作，尤如一個(gè)單一系統(tǒng)，以提供不會(huì)被中斷的(可用性)和有效 的(性能)服務(wù)。,,簡(jiǎn)單解釋,,機(jī)群是全體計(jì)算機(jī)(結(jié)點(diǎn))的集合，這些計(jì)算機(jī)由高性能網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)(LAN)物理 地互連；,典型情況下，每個(gè)計(jì)算機(jī)結(jié)點(diǎn)是：,一臺(tái)SMP服務(wù)器,一臺(tái)工作站,一臺(tái)PC計(jì)算機(jī),√,√,√,所有機(jī)群結(jié)點(diǎn)必須能一起集體工作，如同一個(gè)單一集成的計(jì)算資源，除了滿足由 交互用戶單獨(dú)地使用每個(gè)結(jié)點(diǎn)的協(xié)定任務(wù)之外。,,,,,,,,2.特征,,,計(jì)算機(jī)機(jī)群特征（一）,COW的每個(gè)結(jié)點(diǎn)是:,或是一臺(tái)PC。,一個(gè)完整工作站，但沒(méi)有某些外圍設(shè)備(如監(jiān)視器、鍵盤、鼠標(biāo)等)。有時(shí)稱這類 結(jié)點(diǎn)為“無(wú)頭工作站”；,一個(gè)結(jié)點(diǎn)也可以是一臺(tái)SMP（服務(wù)器）；,√,√,√,來(lái)實(shí)現(xiàn)互連，雖然在某些商用 機(jī)群中也使用專用網(wǎng)絡(luò)。,結(jié)點(diǎn)通過(guò)低廉的商品化網(wǎng)絡(luò)，如：,以太網(wǎng),FDDI,光纖通道,ATM開關(guān),√,√,√,√,,,COW： 工作站（機(jī)）群,MPP： 大規(guī)模并行處理機(jī),,,,計(jì)算機(jī)機(jī)群特征（二）,網(wǎng)絡(luò)接口與結(jié)點(diǎn)中的I/O總線松耦合相連。與此相反，MPP中則用緊耦合網(wǎng)絡(luò) 接口,它與處理結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)器總線連接；,總有一個(gè)局部磁盤，而在MPP結(jié)點(diǎn)中可能沒(méi)有；,在每個(gè)結(jié)點(diǎn)上駐留有完整的操作系統(tǒng)，而在某些MPP的結(jié)點(diǎn)中只有操作系統(tǒng)的 微核。,,,總之,COW的操作系統(tǒng)是相同的工作站UNIX，加上一個(gè)附加軟件層以支持單一系統(tǒng) 映像、可用性、并行性、通信以及負(fù)載平衡;,IBM SP2被認(rèn)為是一個(gè)MPP。但除了用作通信網(wǎng)絡(luò)的專用高性能開關(guān)之外， 它是機(jī)群體系結(jié)構(gòu)。,現(xiàn)在MPP和COW之間的界限正變得日益模糊;,與MPP相比，機(jī)群具有許多成本/性能優(yōu)點(diǎn)。機(jī)群化正成為開發(fā)可擴(kuò)展并行計(jì)算 機(jī)的趨向。,√,,工作站UNIX,,附加軟件層,,,,,,單一系 統(tǒng)映像,負(fù)載 平衡,可用性,并行性,通信,,,,,,,,,,二、千兆位的光纖通道和FDDI環(huán),1.通道和網(wǎng)絡(luò),2.光纖通道,ANSI X3T11指出光纖通道(FC)是通道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的集成，目的是為了在 工作站、主機(jī)、超級(jí)計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備和顯示器之間進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)和數(shù) 據(jù)傳輸。,,FC能提供聯(lián)網(wǎng)、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。,光纖通道企圖組合最好的通道和通信方法到一個(gè)新的I/O接口，以滿足 通道用戶和網(wǎng)絡(luò)用戶的需求。,√,√,,“通道” 在通信設(shè)備之間提供一種直接的或點(diǎn)到點(diǎn)交換的連接。通道是偏向 硬件的，傳輸數(shù)據(jù)速率高，開銷非常低。通道操作只在預(yù)先編址的少量設(shè) 備中進(jìn)行。,網(wǎng)絡(luò)是分布結(jié)點(diǎn)（如工作站、文件服務(wù)器或外圍設(shè)備）的聚集，用自己的 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持結(jié)點(diǎn)間的交互作用。網(wǎng)絡(luò)開銷相對(duì)較高，因?yàn)樗瞧蜍浖?的，因此比通道速度要慢。,“網(wǎng)絡(luò)”處理的任務(wù)的范圍要比“通道” 大得多，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)操作不是在固定 連接的環(huán)境中進(jìn)行；,較好的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802、TCP/IP、ATM協(xié)議。,√,√,,,,,3.光纖通道技術(shù),,,基本介紹,光纖通道可以是共享介質(zhì)，也可是一種交換技術(shù)。光纖通道操作速度范圍是： 100到133，200，400和800Mbps。,光纖通道除了在局域網(wǎng)應(yīng)用中提供客戶／服務(wù)器解決辦法或集線器（hub）解 決辦法之外，已支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、環(huán)路和交換星型等連接。,,,性能介紹,光纖通道使用STP銅線可達(dá)50米之長(zhǎng)，速率是100Mbps；,使用單模光纖可達(dá)10公里；,使用多模光纖的光纖通道局域網(wǎng)可跨越2公里，速率是200Mbps；,當(dāng)前在大部分光鏈路的實(shí)現(xiàn)中，由于有很高的軟件驅(qū)動(dòng)器開銷， 限制了光纖通道的最高性能小于255Mbps。,√,√,√,√,,,某些千兆位局域網(wǎng)是基于“光纖通道技術(shù)”,價(jià)值,,屏蔽雙絞線(Shielded Twisted-Pair),,,4.FC標(biāo)準(zhǔn)的五層,,,光纖通道體系結(jié)構(gòu)包括五個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層,如下表所示：,物理介質(zhì)和傳輸速率(FC-0),針對(duì)各種數(shù)據(jù)通道和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的高層協(xié)議和應(yīng)用接口(FC-4),數(shù)據(jù)編碼和解碼方案(FC-1),幀協(xié)議和流控制(FC-2),普通服務(wù)和特點(diǎn)選擇(FC-3),光纖通道的優(yōu)點(diǎn)在于具有同一鏈路上可同時(shí)傳輸通道 和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的靈活性。,它為通道和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信提供了一個(gè)通用接口，它也 能和FDDI、串行HiPPI、SCSI、IPI(智能外設(shè)接口)、 IP(互連網(wǎng)協(xié)議)、IEEE802.2等一起工作。,,光纖通道的優(yōu)點(diǎn),（即“網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)”）,,,,偏向硬件,,偏向軟件,,,,5.光纖通道拓樸結(jié)構(gòu),聯(lián)網(wǎng)拓樸結(jié)構(gòu)的靈活性是光纖通道的優(yōu)勢(shì)，它支持：,,點(diǎn)到點(diǎn),仲裁環(huán),交換光纖連接,√,√,√,,,,,,,點(diǎn)到點(diǎn),仲裁環(huán),交換光纖連接,能夠以3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最高 可能的帶寬連接計(jì)算機(jī)和 計(jì)算機(jī)，或計(jì)算機(jī)和磁盤,在令牌驅(qū)動(dòng)的環(huán)中，可連 接多至126個(gè)設(shè)備。這對(duì) 于大量存儲(chǔ)設(shè)備互連是非 常好的，所有設(shè)備共享許 可的帶寬。,這種環(huán)的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低， 因?yàn)椴恍杞粨Q開關(guān)。,提供最大的吞吐量，許 多不同速度設(shè)備能連接 到中央光纖交換開關(guān)上。,,,,,能夠以3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最高可能的帶寬連接計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)，或計(jì)算機(jī)和磁盤,,在令牌驅(qū)動(dòng)的環(huán)中，可連接多至126個(gè) 設(shè)備。這對(duì)于大量存儲(chǔ)設(shè)備互連是非常好 的，所有設(shè)備共享許可的帶寬。這種環(huán)的 優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，因?yàn)椴恍杞粨Q開關(guān)。,,提供最大的吞吐量，許多不同速度設(shè)備 能連接到中央光纖交換開關(guān)上。,為了匹配最大的帶寬，每個(gè)輸入端口,首先從FIFO隊(duì)列中并行化8個(gè)數(shù)據(jù)片， 使之成一個(gè)數(shù)據(jù)塊，然后在1個(gè)周期內(nèi)寫整個(gè)64位的數(shù)據(jù)塊到中央隊(duì)列中。,這種“交換光纖拓?fù)洹苯Y(jié)構(gòu)中也使用了“帶緩存的蟲蝕尋徑技術(shù)”,,,如果不存在沖突,如果不存在沖突，一個(gè)8×8的交叉開關(guān)使8個(gè)報(bào)元（稱數(shù)據(jù)片）以每1／40?s 的周期通過(guò)交換開關(guān)；,,,當(dāng)存在熱點(diǎn)沖突,當(dāng)存在熱點(diǎn)沖突時(shí)，每次只允許1個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)工作，被阻塞的數(shù)據(jù)片緩存在 中央隊(duì)列中。,這種緩沖使得輸入端口可以從前1個(gè)交換階段解脫出來(lái)以接收后續(xù)的數(shù)據(jù)片。,,中央隊(duì)列是用雙端口的RAM加以實(shí)現(xiàn)的，它能在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一次讀 和一次寫。,,6.光纖通道物理結(jié)構(gòu),光線通道的基本結(jié)構(gòu)是與輸入和輸出端口連接的一個(gè)交叉式交換機(jī)。,,,6.FDDI,Digital Equipment公司開發(fā)了共享介質(zhì)的FDDI(fiber distributed data interface)技術(shù),,,,FDDI使用雙光纖令牌環(huán)在工作站之間提供100-200Mbps的傳輸速率。為了可靠性的目的 ，使用兩個(gè)相反方向的旋轉(zhuǎn)環(huán)來(lái)提供冗余通路。FDDI具有互連大量設(shè)備的能力。,,,,,,,,,,,參數(shù),如果用銅線可達(dá)100米;,用多模光纖可達(dá)2公里;,用單模光纖可達(dá)60公里；,雙連接多模光纖FDDI環(huán)不用重復(fù)器或網(wǎng)橋也可擴(kuò)展到200公里遠(yuǎn)。,,,容錯(cuò)能力,FDDI環(huán)在容錯(cuò)方面也是先進(jìn)的。FDDI集中器通過(guò)隔離故障使得網(wǎng)絡(luò) 非?？煽?,緊急任務(wù)服務(wù)器也能連接兩個(gè)集中器以提供更高的容錯(cuò)能力.,,,FDDI缺陷,FDDI的缺陷是沒(méi)有能力支持多介質(zhì)傳輸，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的FDDI僅以異步 方式操作，這可能削弱FDDI同ATM技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)。但是，同步的FDDI 產(chǎn)品已經(jīng)出現(xiàn)，它可用來(lái)處理時(shí)間要求嚴(yán)格的傳輸;,這使得FDDI在將來(lái)的應(yīng)用中保留了一定的用戶團(tuán)體。Digital公司的 FFDI技術(shù)使得以全雙工模式應(yīng)用的FDDI變得可能，這也增加了FDDI 的競(jìng)爭(zhēng)力。,√,√,√,√,√,√,√,√,三.快速以太網(wǎng)和千兆位以太網(wǎng),1.以太網(wǎng)的代別,,,100Mbps以太網(wǎng)首先在1982年出現(xiàn)，已不再能滿足當(dāng)前多計(jì)算機(jī)機(jī)群或因特網(wǎng)應(yīng)用 中的帶寬需求；,1994年兩種100Mbps快速以太網(wǎng)(100BaseT和100VG AnyLAN)開發(fā)成功；,IEEE802．3工作組于1997年宣布1千兆位以太網(wǎng)已經(jīng)可能。,,,,,,,,,,,,,,,,2.電纜的連接距離,,,,,,,以太網(wǎng),根據(jù)使用的電纜技術(shù)， 以太網(wǎng)跨越的最長(zhǎng)距離 可達(dá)25公里；,以太網(wǎng)多半假設(shè)是總線 或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,百兆位以太網(wǎng),100Base-T其工作速率 為100Mbps；,單模光纖--20公里,全雙工多模光纖--2公里,銅線--100米,快速以太網(wǎng)（即百兆以 太網(wǎng)）更多地支持星形拓 撲結(jié)構(gòu)；,√,√,√,千兆位以太網(wǎng),千兆位以太網(wǎng)是2公里；,千兆位以太網(wǎng)應(yīng)用對(duì)象 是要求更大帶寬的校園 或樓宇大廈；,千兆位以太網(wǎng)并不要求 改變?cè)缙谝蕴W(wǎng)產(chǎn)品的 網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)、管理和 應(yīng)用。,100VG-AnyLAN其工作 速率為100Mbps；,雙絞線-- 100~150米,光纖電纜-- 4公里,√,√,,單模光纖,3.千兆位以太網(wǎng)未來(lái)變遷,其保留了以太網(wǎng)的CSMA/CD存取協(xié)議。硅技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，使 得將來(lái)的千兆位以太網(wǎng)可有效地支持使用5類UTP連線。,,,概述,,,一個(gè)千兆位以太局域網(wǎng)主干線：,下圖中，展示了如何將一個(gè)交換式快速以太網(wǎng)主干線升級(jí)成千兆位局域網(wǎng)主干線。高性 能服務(wù)器農(nóng)莊可用千兆位Internet NIC直接連接到千兆位網(wǎng)絡(luò)主干線上。對(duì)因特網(wǎng)用戶來(lái) 說(shuō)，這種升級(jí)可以提高多服務(wù)器機(jī)群的吞吐量。,例 題,,,千兆位以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3z；,所有以太網(wǎng)各代的產(chǎn)品都使用MAC(media access control)協(xié)議：CSMA/CD。,在物理層，可利用光纖通道和雙絞線兩種 技術(shù)。,,,,（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect） 載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè),,,四、Myrinet網(wǎng),,,Myrinet是Myricom公司設(shè)計(jì)的千兆位報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)。,Myricom公司的目的是為了構(gòu)造計(jì)算機(jī)機(jī)群，使系統(tǒng)互連成一種商業(yè)產(chǎn)品。,Myrinet是基于加州理工學(xué)院開發(fā)的多計(jì)算機(jī)和VLSI技術(shù)，以及在南加州大 學(xué)開發(fā)的ATOMIC／LAN技術(shù)。,它被設(shè)計(jì)用來(lái)構(gòu)造柜式SAN計(jì)算機(jī)機(jī)群，或者構(gòu)造基于LAN的桌面主機(jī) 和服務(wù)器農(nóng)莊。,Myrinet假設(shè)任意拓樸結(jié)構(gòu)，不必限定交換開關(guān)為網(wǎng)格或任何規(guī)則的結(jié)構(gòu)。,√,√,,基 本 簡(jiǎn) 介,SAN,（1）Myrinet網(wǎng)交換開關(guān),,SAN,Myrinet交換開關(guān)中使用了阻塞的直通(蟲蝕)尋徑機(jī)制；,在任意網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)中，多端口的交換開關(guān)通過(guò)鏈路和其它交換開關(guān) 或單端口的主機(jī)接口相連；,每個(gè)交換開關(guān)內(nèi)部是流水式的交叉開關(guān)，具有流控和輸入緩存功能。,,,Myrinet 網(wǎng) 交換開關(guān),,（2）Myrinet網(wǎng)主機(jī)接口,,SAN,主機(jī)接口是一個(gè)32位的用戶定制的VLSI處理器，稱作LANai芯片，帶有 Myrinet接口、報(bào)文接口、DMA引擎和快速靜態(tài)RAM。而SRAM則用來(lái) 存儲(chǔ)Myrinet控制程序(MCP)和報(bào)文緩存；,這種微體系結(jié)構(gòu)在一般的總線和Myrinet鏈路之間提供了一種靈活和高 速的接口。,,,Myrinet 網(wǎng) 主機(jī)接口,這種“主機(jī)接口”可以理解為“網(wǎng)卡”；,MCP軟件在接口處理器上運(yùn)行，避免了OS的開銷；但是，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和OS仍在 主機(jī)上運(yùn)行。,,,理解,,,主 機(jī),接 口,,,Myrinet網(wǎng)連接的LAN／Cluster配置,,SAN,例題,,,上圖 說(shuō)明,上圖中展示了用4個(gè)Myrinet交換開關(guān)構(gòu)造一個(gè)Myrinet局域網(wǎng)，該網(wǎng)連接 了桌面工作站、PC機(jī)和柜內(nèi)多計(jì)算機(jī)機(jī)群和單板多處理機(jī)群。,在多計(jì)算機(jī)柜中，由2個(gè)交換開關(guān)形成一個(gè)SAN。,網(wǎng)絡(luò)RAM和磁盤陣列也接到Myrinet網(wǎng)上。,,,Myrinet網(wǎng)支持計(jì)算機(jī)機(jī)群的應(yīng)用方面有很大的潛力。,評(píng)價(jià),五、HiPPI和超級(jí)HiPPI,1.HiPPI技術(shù),高性能并行接口(HiPPl)是由Los.Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于1987年提出的 一標(biāo)準(zhǔn)，目的是統(tǒng)一來(lái)自不同廠商生產(chǎn)的所有主機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)的接口。,,在主機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)工業(yè)界，HiPPI被接收為短距離,系統(tǒng)到系統(tǒng)以及 系統(tǒng)到外設(shè)連接的高速I／O通道。,1993年，ANSI X3T9.3委員會(huì)認(rèn)可了HiPPI標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了物理和 數(shù)據(jù)鏈路層。在這兩層之上的任何規(guī)定取決于用戶（即高層由用戶來(lái)決定?。?HiPPI是個(gè)單工的點(diǎn)到點(diǎn)接口，以800Mbps到1.6Gbps的速率傳輸數(shù)據(jù)。,HiPPI和ATM具有互操作性，再加光纖通道和Sonet已經(jīng)研制成功，由 HiPPI可以完成高速組網(wǎng)；,2.接口和敷設(shè)電纜要求,,基本的接口是50位寬，其中32位是數(shù)據(jù)，18位是控制信號(hào)；,每40ns發(fā)送一個(gè)32位的字構(gòu)成了總計(jì)為800Mbps的速率；,物理上指定使用50對(duì)屏蔽雙絞線，距離最長(zhǎng)可達(dá)25米。,,HiPPI技術(shù)已廣泛用于異構(gòu)計(jì)算機(jī)和它們的外設(shè)的 組網(wǎng)中。HiPPI也不再僅針對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)。,,HiPPI主要用于超級(jí)計(jì)算機(jī)與一些外圍設(shè)備、海量存儲(chǔ)器、圖形工 作站等的高速接口。,,（美國(guó)）洛斯-阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,,同步光纖網(wǎng)（Synchronous Optical Network）,,,典型的HiPPI互連組網(wǎng)的配置,,,例題,為了在不同主機(jī)、服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)之間建立指定的鏈接，雙向HiPPI交叉開關(guān)已經(jīng)開發(fā)成功。,,,,,,,,,,,,,3.HiPPI通道和交換開關(guān),HiPPI通道被引入作為高速I／O或外設(shè)通道，但它不支持選播。在商 品化機(jī)型中，HiPPI通道和HiPPI交換開關(guān)用在：,SGIPowerChallenge服務(wù)器群,IBM 390主機(jī),Cray Y／MP,C-90和T3D／T3E等系統(tǒng)中,同光纖通道一樣，HiPPI不適合低延時(shí)的、動(dòng)態(tài)的和交互的應(yīng)用。,,√,√,√,√,,HiPPI通道和HiPPI交換開關(guān)的一些操作特點(diǎn)：,① 超高速的數(shù)據(jù)傳輸。目前，不論單工還是全雙工方式，HiPPI可配置為 800Mbps或1.6Gbps兩種速率；,② 非常簡(jiǎn)單的信號(hào)系列；,③ 協(xié)議獨(dú)立；,④ 物理層流控制；,⑤ 面向連接的電路交換；,⑥ 和銅線及光纖的兼容性。,（在和以太網(wǎng)、FDDI和高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索裝置組網(wǎng)時(shí)，HiPPI都是自適應(yīng)的）,（一般可用3個(gè)消息建立HiPPI連接：request、connect、ready ）,（基于信用的系統(tǒng)：由源保持ready就緒信號(hào)蹤跡，僅當(dāng)目的地能處理數(shù)據(jù)時(shí)，它才發(fā)送數(shù)據(jù)）,（非阻塞電路交換允許多個(gè)會(huì)話同時(shí)發(fā)生。HiPPI交換開關(guān)的聚集帶寬是多個(gè) 800Mbps或多個(gè)1.6Gbps，等于每端口帶寬乘以端口數(shù)。）,（對(duì)于短距離互連，HiPPI用50對(duì)STP線。單模和多模方式可跨越校園網(wǎng)和 城域網(wǎng)，Sonet用作遠(yuǎn)距離通信）,對(duì)于單工的HiPPI通道，需要兩根電纜進(jìn)行雙向通信。對(duì)了達(dá)到全雙工1.6Gbps的 速率，不得不需要4根電纜一起工作。,,,由于HiPPI是一種單工協(xié)議，所以全雙工連接需要用另一個(gè)HiPPI在相反方向連接,單工 協(xié)議,,,4.超級(jí)HiPPI,超級(jí)HiPPI技術(shù)提供完全不同的實(shí)現(xiàn)方式，因此缺乏和傳統(tǒng)HiPPI通道的 向后兼容。,開發(fā)成功一種超級(jí)HiPPI技術(shù)，提供潛在的速率為6．4Gbps，或更高；,,SGI公司和Los.Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室都開發(fā)了HiPPI技術(shù)用來(lái)構(gòu)造速率高達(dá) 25.6Gbps／s的HiPPI交換開關(guān)。,1994年在哥倫比亞特區(qū)華盛頓召開的ACM Supercomputing會(huì)議上，演示 了一種全光纖的HiPPI主干線，包括18英里長(zhǎng)的多模電纜和16個(gè)展示器 (exhibitor)，總共可提供高至90Gbps的聚集帶寬。,√,√,,?6 ATM交換器和網(wǎng)絡(luò),異步傳輸模式(ATM)由ATM論壇(成立于1991年)和ITU標(biāo)準(zhǔn)定義。,一、 ATM技術(shù),,,ATM是一種獨(dú)立于介質(zhì)的消息傳輸協(xié)議，它將消息段傳輸轉(zhuǎn)變成更短 的固定長(zhǎng)度為53字節(jié)的報(bào)元傳輸。,ATM技術(shù)是基于片交換機(jī)制。ATM的目的是將實(shí)時(shí)（也就是延時(shí)敏感 的）和突發(fā)數(shù)據(jù)（也就是非延時(shí)敏感的）兩個(gè)方面的傳輸變成統(tǒng)一的 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。,ATM 技術(shù) 簡(jiǎn)介,在寬帶組網(wǎng)應(yīng)用中，ATM提供了動(dòng)態(tài)帶寬分配和所需的高速交換機(jī)制。在ATM采用的 交換機(jī)制范例中，端站點(diǎn)不共享公共介質(zhì)，因此它能支持LAN和WAN兩者的需求。,ATM使用短報(bào)元的事實(shí)使得在硅光纖上構(gòu)造交換器變得可能，由此獲得高速度。,,,ATM網(wǎng)絡(luò)起源于Telecom公司，在因特網(wǎng)主干線中以MAN和WAN 形式出現(xiàn)。大多數(shù)計(jì)算機(jī)公司都有它們的ATM組網(wǎng)技術(shù)以支持企業(yè) 和局域網(wǎng)。,何謂 ATM,,國(guó)際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union）,,,1.ATM報(bào)元格式,如圖所示，長(zhǎng)報(bào)文在傳輸經(jīng)過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)之前，必須分成多個(gè)報(bào)元。在接收端，報(bào)元被 重新組裝以恢復(fù)原始報(bào)文格式。,,使用小報(bào)元、虛路徑和虛通道使得ATM報(bào)元交換設(shè)計(jì)非常具有吸引力。,報(bào)元格式中前5個(gè)字節(jié)是報(bào)元的頭，用于尋徑作用。有效負(fù)荷中包括至多48個(gè)字節(jié)的 數(shù)據(jù)信息；,,一個(gè)報(bào)元53個(gè)B,,,,,,,源尋徑方案,逐站（hop-by-hop） 尋徑方案,對(duì)于源尋徑方案，整個(gè)尋徑路徑信息 必須包括在報(bào)元頭中。因此，尋徑長(zhǎng)度 受到限制。,對(duì)于逐站尋徑，報(bào)文頭中只需存放站 的識(shí)別碼，因此尋徑路徑選擇非常靈活,,,在多數(shù)ATM交換器中，采用上面給出的報(bào)元格式，并選擇逐站的尋徑方案。,2.報(bào)元交換器設(shè)計(jì),ATM應(yīng)與使用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的現(xiàn)有LAN、MAN、WAN合成為一體。 ATM報(bào)元網(wǎng)絡(luò)已用來(lái)傳輸寬帶和多媒體信息。尤其是ATM必須能夠 有效地執(zhí)行選播操作。,除了使用傳統(tǒng)的報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)之外，ATM還提供了一種建立報(bào)元交換 網(wǎng)絡(luò)的新標(biāo)準(zhǔn)；,它被設(shè)計(jì)用來(lái)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，高速傳輸從聲音到圖象，從視頻到數(shù)據(jù) 所有類型媒體。,,,,基于逐站尋徑方案的報(bào)元交換的設(shè)計(jì)概念,,在ATM交換器的每條輸入鏈路上，到達(dá)報(bào)元的虛路徑標(biāo)示符（VPI）和虛通道標(biāo)示符（VCI）的 值唯一地確定了報(bào)元將經(jīng)過(guò)的路徑和通道。在輸出鏈路上，報(bào)元頭中的老標(biāo)示符將被新的虛標(biāo)示 符所替換。通過(guò)虛路徑建立程序初始化尋徑表。,報(bào)元一旦進(jìn)入ATM交換器，VPI字段（x）用來(lái)選擇尋徑表中的一項(xiàng)。該項(xiàng)記錄中包含了報(bào)元將 轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)輸出端口的編號(hào)數(shù)字（P）。為了轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)交換器，報(bào)元中的VPI值（y）將用 一個(gè)新值替換。在相同的虛路徑下，利用報(bào)元中的VCI字段區(qū)分一組虛通道流。因此，兩個(gè)主機(jī) 可以多路方式傳輸許多應(yīng)用流。,,,報(bào)元 交換 網(wǎng)絡(luò) 新的 標(biāo)準(zhǔn),過(guò) 程 描 述,,,,,,3. ATM速度,ATM網(wǎng)絡(luò)支持從25到51、155和622Mbps不同的速率范圍；,,速率越低，ATM交換器和使用的鏈路價(jià)格越低；,ATM的速度在將來(lái)可能進(jìn)一步提高。FORE系統(tǒng)的ASX1000ATM交換器帶有 每端口622Mbps速率，從而可使聚集帶寬達(dá)到10Gbps。,√,√,,,,,,二、ATM網(wǎng)絡(luò)接口,ATM報(bào)元在兩級(jí)層次結(jié)構(gòu)上進(jìn)行交換，它們是虛路徑和虛電路。,幾條虛路徑可安排在同一條物理鏈路上，一條虛路徑內(nèi)可存在 多于一條的虛電路。,虛電路由連接到主機(jī)上的ATM交換器辨識(shí)。而在交換器與交換器之間， 則采用虛路徑。因此，ATM定義了兩種網(wǎng)絡(luò)接口：,,,,,ATM交換器,,ATM交換器,,ATM交換器,NNI,NNI,NNI,,,Host,,,Host,UNI,UNI,ATM網(wǎng)絡(luò)中的用戶——網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）和網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）,,,,,,,物理 鏈路,虛 路徑,虛 電路,,,,NNI(網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)接口)。,UNI(用戶——網(wǎng)絡(luò)接口)；,√,√,,兩級(jí)交換層次結(jié)構(gòu)的好處：,當(dāng)由于硬件故障，某些交換器重新尋徑 一條虛路徑時(shí)，所有與之相關(guān)的虛電路 自動(dòng)重新尋徑，而不需單獨(dú)重新建立路 由。,,VP(I),,VC(I),虛路徑,虛電路,,,,GFC字段標(biāo)識(shí)端站點(diǎn)的地址，當(dāng)一報(bào)元和另一報(bào)元競(jìng)爭(zhēng)同一虛電路 時(shí)，交換器對(duì)其中一個(gè)賦予優(yōu)先權(quán)，缺省設(shè)置為全零。到達(dá)的報(bào)元首次 交換時(shí)，將重新設(shè)置優(yōu)先權(quán)，從而使端到端的意義不再有效。,,NNI報(bào)元中，較長(zhǎng)的VPI字段使得交換器能利用更多的虛的尋徑路徑。ATM論壇已經(jīng)開發(fā) 了一種私人網(wǎng)絡(luò)——網(wǎng)絡(luò)接口（PNNI）標(biāo)準(zhǔn)，使得交換器可由不同的供應(yīng)商制造。,,,,,,,三. ATM四層體系結(jié)構(gòu),,,層次化的ATM模型；,概念上來(lái)說(shuō)，ATM模型可用4個(gè)層次的三維的模型來(lái)描述。,宏觀,,,,,,,OSI層,ATM層,ATM子層,功能,3/4,AAL（ATM適配層）,CS,提供標(biāo)準(zhǔn)接口（會(huì)聚）,SAR,分段和重組,2/3,ATM,流控制，報(bào)元頭生成和提取，虛擬電路/路徑管理， 報(bào)元多路復(fù)用/反多,2,1,物理,TC,PMD,信息位定時(shí)，物理網(wǎng)絡(luò)存取。,,,,,,,報(bào)元速率去耦，頭校驗(yàn)和生成和驗(yàn)證，報(bào)元生成來(lái) 自信封的報(bào)元打包/解包,,,,ATM層對(duì)應(yīng)于具有支持 端到端虛電路交換特征的 網(wǎng)絡(luò)層。它是面向連接的， 但它不提供任何應(yīng)答機(jī)制。,1層,2層,3層,4層,,,,,,,,,,1維,2維,3維,,,,,四、 ATM互連網(wǎng)連接性能,不同的ATM交換器、鏈路和適配器可用于不同的組網(wǎng)需求。,例如，在一個(gè)工作室內(nèi)，,ATM交換器分配視頻到工作站機(jī)群，或者用因特網(wǎng)對(duì)企業(yè)網(wǎng)進(jìn)行存取。,可用專用的ATM交換器連接PC、工作站和服務(wù)器；,ATM交換器可用來(lái)構(gòu)成LAN主干網(wǎng)；,ATM交換器可用來(lái)存取早期的LAN(例如以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或FDDI環(huán)網(wǎng))；,,,√,√,√,√,核心 是 ATM 交換 器,,,Pearl Cluster,例題,香港大學(xué)(HKU)的一種基于ATM的多計(jì)算機(jī)機(jī)群，已建立了一種基于 ATM的工作站和服務(wù)器機(jī)群：,如圖中展示了ATM網(wǎng)絡(luò)配置。計(jì)算機(jī)機(jī)群圍繞著3個(gè)互連的ATM交換器而建立， 聚集帶寬為5Gbps；,155Mbps的采用多模光纖的光纜用來(lái)互連6個(gè)SMP服務(wù)器和40多個(gè)Sun、SGI 工作站和PC；,所有這些計(jì)算機(jī)分布在同一棟大樓內(nèi)。,,,,由于使用了ATM鏈路和非ATM鏈路兩種鏈路，所有不兼容ATM的主機(jī) 必須通過(guò)ATM適配器連接到ATM網(wǎng);,這樣不同速率的外部鏈路連接到或來(lái)自Pearl_Cluster。但是在機(jī)群內(nèi) 部，除了現(xiàn)有的以太網(wǎng)和FDDI連接之外，只使用155Mbps的光纖電纜;,大多數(shù)主機(jī)連接到ATM主干交換器(ASX—1000，ASX-200BX)上，連 接到以太網(wǎng)上的一些主機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)集中器(PowerHub 7000)間接地進(jìn) 行互連;,LAX-20局域網(wǎng)存取交換器連接以太網(wǎng)和FDDI環(huán)。,ATM交換器、155Mbps光纖鏈路，以及ATM適配卡 是構(gòu)造HKU機(jī)群的基本部件.,,,Pearl Cluster,對(duì),進(jìn) 行 評(píng) 價(jià),,,,,,,,,基于Pearl Cluster設(shè)備的研究項(xiàng)目覆蓋了特殊機(jī)群體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)、 分布多媒體處理、元計(jì)算和財(cái)經(jīng)數(shù)字庫(kù)等等。,在財(cái)經(jīng)數(shù)字庫(kù)(FDL)應(yīng)用方面，使用Pearl_Cluster中的一些 負(fù)載共享工具(1SF,LoadSharing Facility)進(jìn)行SSI(單一系統(tǒng)映 象)操作。,除了應(yīng)用MPI（消息傳遞接口）和PVM（并行虛擬機(jī)）之外， 應(yīng)用主動(dòng)消息和JVM(Java虛機(jī)器)外殼進(jìn)行用于高速消息傳遞的 MPI-Java接口(MJl)的開發(fā)。,使用兩種語(yǔ)言的WWW索引和搜索引擎，從Web資源中，對(duì)中、 英文文檔或多媒體文件進(jìn)行高速的信息檢索。,為了進(jìn)行計(jì)算機(jī)機(jī)群的性能測(cè)試，擴(kuò)展了TPC(事務(wù)處理協(xié)會(huì))的 基準(zhǔn)程序并生成了新的DMS(分布式多媒體系統(tǒng))的基準(zhǔn)程序。這 些TPC和DMS的基準(zhǔn)程序用來(lái)估計(jì)機(jī)群化超級(jí)服務(wù)器在商業(yè)應(yīng)用 中的潛力。,,√,√,√,√,Pearl Cluster 的 應(yīng)用,,,電信工業(yè)已選擇ATM實(shí)現(xiàn)了許多寬帶ISDN(綜合服務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò))服務(wù)。 ATM的未來(lái)取決于與LAN和WAN技術(shù)的集成能力。,ATM網(wǎng)絡(luò)缺乏公共接受的報(bào)元管理和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,缺陷 不足,,,除非計(jì)算機(jī)、多媒體、電信等工業(yè)界達(dá)成ATM相同的 標(biāo)準(zhǔn)集，否則ATM技術(shù)的缺點(diǎn)將超過(guò)它的優(yōu)點(diǎn)。,結(jié)論,感謝……,祝大家：,身體健康，成績(jī)優(yōu)異; 奮發(fā)有為，建功立業(yè)！,勇敢、樂(lè)觀的學(xué)習(xí)下去， 堅(jiān)持下去，做最好的自己！,