什么是直接互連結(jié)構(gòu)(direct interconnecti

直接互連結(jié)構(gòu)(direct interconnection network，DIN)是處理節(jié)點(diǎn)通過(guò)一定方式互連構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)。直接互連結(jié)構(gòu)中的處理節(jié)點(diǎn)是業(yè)務(wù)源，同時(shí)又是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。圖1是一個(gè)圓環(huán)(torus)直接互連結(jié)構(gòu)。圖中，圈表示處理節(jié)點(diǎn)，也稱為交換節(jié)點(diǎn)或路由單元。DIN在大型多處理器系統(tǒng)(multiprocessors)、多個(gè)計(jì)算機(jī)間的互連和可擴(kuò)展的共享緩存多處理器系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用。其結(jié)構(gòu)具有較高的并行處理(parallelism)特性和極好的擴(kuò)展性。而數(shù)據(jù)交換應(yīng)用則是指在LAN或WAN中使用的技術(shù)，例如ATM技術(shù),TCP/IP技術(shù)等。本文把DIN技術(shù)應(yīng)用到數(shù)據(jù)交換中，來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)。
表1列出兩種應(yīng)用主要性能指標(biāo)?？煽闯鰯?shù)據(jù)交換中對(duì)吞吐量的要求更高，需要有業(yè)務(wù)質(zhì)量保證，但對(duì)分組時(shí)延要求不高。數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)需有無(wú)阻塞特性，輸出到不同端口間的業(yè)務(wù)不會(huì)相互影響，應(yīng)保證并發(fā)的多個(gè)業(yè)務(wù)同時(shí)以請(qǐng)求的帶寬傳送。
DIN具有較好的可擴(kuò)展性和分布式特性，但不同端口間業(yè)務(wù)相互影響很大，造成結(jié)構(gòu)吞吐量低。隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，在硬件上可以實(shí)現(xiàn)更大的緩存和更高的時(shí)鐘頻率及數(shù)據(jù)傳送速率，使DIN應(yīng)用到數(shù)據(jù)交換成為可能。
文獻(xiàn)[1]比較了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)與DIN在拓?fù)鋵傩陨系牟顒e，給出了一種易擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)。文獻(xiàn)[2]仿真分析了一種直接互連結(jié)構(gòu)與幾種典型數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)的性能比較，在文獻(xiàn)[3]中實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用到數(shù)據(jù)交換中的路由器結(jié)構(gòu)，分析了實(shí)現(xiàn)路由器的折中方案。
本文旨在基于DIN結(jié)構(gòu)的吞吐量、時(shí)延、路由算法和死鎖解決進(jìn)行了分析。得出了一些在應(yīng)用直接互連交換結(jié)構(gòu)構(gòu)建數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)時(shí)可以采用的方法。

DIN中兩個(gè)重要的特性是吞吐量和時(shí)延。吞吐量是指每個(gè)輸入端口接受的最大數(shù)據(jù)速率(通常是bit/s)。時(shí)延是指分組從源到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)所需總時(shí)間。吞吐量和時(shí)延不僅同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，還與采用的路由算法、業(yè)務(wù)源模型和流量控制策略等有關(guān)，本文主要分析理想吞吐量和無(wú)沖突時(shí)延。理想吞吐量指路由算法能完全平衡從源到目標(biāo)所有路徑上的負(fù)載，對(duì)流量控制能保證瓶頸通道上不存在空閑周期。無(wú)沖突時(shí)延指無(wú)內(nèi)部阻塞情形下分組所需傳輸時(shí)間。

直接互連結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)交換中的應(yīng)用分析