单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,5,千兆位网络技术,一、问题的提出,1.,机群系统,如下图,一个典型的计算机结构,1.,机群系统,基本含义,5,个体系结构概念融为一个机群，它是全体计算机,(,结点,),的,互连集,。这些互连的,计算机能集体地工作，尤如一个,单一系统,，以提供不会被中断的,(,可用性,),和有效,的,(,性能,),服务。,简单解释,机群是,全体计算机,(,结点,),的集合,，这些计算机由高性能网络或局域网,(LAN),物理,地互连；,典型情况下，每个计算机结点是：,一台,SMP,服务器,一台,工作站,一台,PC,计算机,所有机群结点必须能一起集体工作，如同,一个单一集成的计算资源,，除了满足由,交互用户单独地使用每个结点的协定任务之外。,2.,特征,计算机机群特征（一）,COW,的每个结点是,:,或是,一台,PC,。,一个完整工作站,，但没有某些外围设备,(,如监视器、键盘、鼠标等,),。有时称这类,结点为“无头工作站”；,一个结点也可以是,一台,SMP,（服务器）,；,来实现互连，虽然在某些商用,机群中也使用,专用网络,。,结点,通过低廉的商品化网络，如：,以太网,FDDI,光纤通道,ATM,开关,COW,：,工作站（机）群,MPP,：,大规模并行处理机,计算机机群特征（二）,网络接口与结点中的,I/O,总线松耦合,相连。与此相反，,MPP,中则用紧耦合网络,接口,它与处理结点的,存储器总线,连接；,总有一个局部磁盘，而在,MPP,结点中可能没有；,在每个结点上驻留有完整的操作系统,，而,在某些,MPP,的结点中只有操作系统的,微核,。,总之,COW,的操作系统是相同的工作站,UNIX,，加上一个附加软件层以支持单一系统,映像、可用性、并行性、通信以及负载平衡,;,IBM SP2,被认为是一个,MPP,。但除了用作通信网络的专用高性能开关之外，,它是机群体系结构。,现在,MPP,和,COW,之间的界限正变得日益模糊,;,与,MPP,相比，机群具有许多成本,/,性能优点。机群化正成为开发可扩展并行计算,机的趋向。,工作站,UNIX,附加软件层,单一系,统映像,负载,平衡,可用性,并行性,通信,二、千兆位的光纤通道和,FDDI,环,1.,通道和网络,2.,光纤通道,ANSI X3T11,指出光纤通道,(FC),是,通道和网络标准的集成,，目的是为了在,工作站,、,主机,、,超级计算机,、,存储设备,和,显示器,之间进行,联网,、,存储和数,据传输,。,FC,能提供,联网,、,存储,和,数据传输,标准。,光纤通道企图组合最好的,通道,和,通信方法,到一个新的,I/O,接口，以满足,通道用户,和,网络用户,的需求。,“通道,”,在通信设备之间提供一种直接的或点到点交换的连接,。,通道是偏向,硬件的，传输数据速率高，开销非常低,。通道操作只在预先编址的少量设,备中进行。,网络是分布结点（如工作站、文件服务器或外围设备）的聚集，用自己的,网络协议支持结点间的交互作用,。网络开销相对较高，因为它,是偏向软件,的，因此比通道速度要慢,。,“网络”处理的任务的范围要比“通道”大得多，因为网络操作不是在固定,连接的环境中进行；,较好的网络标准包括,IEEE802,、,TCP/IP,、,ATM,协议。,3.,光纤通道技术,基本介绍,光纤通道,可以是,共享介质,，也可是一种,交换技术,。光纤通道操作速度范围是：,100,到,133,，,200,，,400,和,800Mbps,。,光纤通道,除了在局域网应用中提供,客户服务器,解决办法或,集线器（,hub,）,解,决办法之外，已支持,点对点,、,环路,和,交换星型,等连接,。,性能介绍,光纤通道使用,STP,铜线可达,50,米之长，速率是,100Mbps,；,使用,单模光纤,可达,10,公里；,使用,多模光纤,的光纤通道局域网可跨越,2,公里，速率是,200Mbp,s,；,当前在大部分,光链路,的实现中，由于有很高的,软件驱动器,开销，,限制了光纤通道的最高性能,小于,255Mbps,。,某些千兆位局域网是基于“光纤通道技术”,价值,屏蔽双绞线,(Shielded Twisted-Pair),4.FC,标准的五层,光纤通道体系结构包括五个标准层,如下表所示：,物理介质,和,传输速率,(FC-0),针对各种,数据通道,和,网络标准,的高层协议和应用接口,(FC-4),数据,编码,和,解码,方案,(FC-1),帧协议,和,流控制,(FC-2),普通,服务,和特点选择,(FC-3),光纤通道的优点在于具有同一链路上可同时传输,通道,和,网络协议,的灵活性。,它为,通道,和,网络数据通信,提供了一个通用接口，它也,能和,FDDI,、串行,HiPPI,、,SCSI,、,IPI(,智能外设接口,),、,IP(,互连网协议,),、,IEEE802.2,等一起工作。,光纤通道的优点,（即“网络标准”）,偏向硬件,偏向软件,5.,光纤通道拓朴结构,联网拓朴结构,的灵活性是光纤通道的,优势,，它支持：,点到点,仲裁环,交换光纤连接,点到点,仲裁环,交换光纤连接,能够,以,3,种拓扑结构,最高,可能的,带宽,连接计算机和,计算机，或计算机和磁盘,在,令牌驱动的环,中，可连,接多至,126,个设备。这对,于大量存储设备互连是非,常好的，所有设备共享许,可的带宽。,这种,环的优点是价格低，,因为不需交换开关。,提供,最大,的,吞吐量,，许,多不同速度设备能连接,到,中央光纤交换开关,上。,能够,以,3,种拓扑结构,最高,可能的,带宽,连接计算机和计算机，或计算机和磁盘,在,令牌驱动的环,中，可连接多至,126,个,设备。这对于大量存储设备互连是非常好,的，,所有设备共享许可的带宽,。这种环的,优点是价格低，因为不需交换开关。,提供,最大,的,吞吐量,，许多不同速度设备,能连接到,中央光纤交换开关,上。,为了,匹配最大的带宽，每个,输入端口,首先从,FIFO,队列,中并行化,8,个数据片,，,使之成,一个数据块,，然后在,1,个周期内写整个,64,位的数据块到中央队列中。,这种“交换光纤拓扑”结构中也使用了“,带缓存的虫蚀寻径技术,”,如果不存在冲突,如果,不存在冲突，一个,88,的交叉开关使,8,个报元（称数据片）以每,1,40,s,的周期通过交换开关；,当存在热点冲突,当,存在,热点冲突,时，每次只允许,1,个,交叉点开关,工作，被阻塞的数据片缓存在,中央队列,中。,这种,缓冲使得,输入端口,可以从前,1,个交换阶段解脱出来以接收后续的数据片。,中央队列,是用,双端口的,RAM,加以实现的，它,能在每个时钟周期内执行一次读,和一次写,。,6.,光纤通道物理结构,光线通道的基本结构是与输入和输出端口连接的一个,交叉式交换机,。,6.FDDI,Digital Equipment,公司,开发了,共享介质,的,FDDI(fiber distributed data interface),技术,FDDI,使用,双光纤令牌环,在工作站之间提供,100-200Mbps,的传输速率。为了可靠性的目的,，使用,两个相反方向,的,旋转环,来提供,冗余通路,。,FDDI,具有互连大量设备的能力。,参数,如果用,铜线,可达,100,米,;,用,多模光纤,可达,2,公里,;,用,单模光纤,可达,60,公里；,双连接多模光纤,FDDI,环不用重复器或网桥也可扩展到,200,公里,远。,容错能力,FDDI,环在,容错,方面也是先进的。,FDDI,集中器,通过,隔离故障,使得网络,非常可靠,;,紧急任务服务器,也能,连接两个集中器,以提供更高的,容错能力,.,FDDI,缺陷,FDDI,的缺陷是,没有能力支持多介质传输,，因为传统的,FDDI,仅以,异步,方式操作，这可能削弱,FDDI,同,ATM,技术的竞争。但是，,同步,的,FDDI,产品已经出现，它可用来处理时间要求严格的传输,;,这使得,FDDI,在将来的应用中保留了一定的用户团体。,Digital,公司的,FFDI,技术使得以,全双工,模式应用的,FDDI,变得可能，这也增加了,FDDI,的竞争力。,三,.,快速以太网和千兆位以太网,1.,以太网的代别,100Mbps,以太网,首先在,1982,年出现，已不再能满足当前多计算机机群或因特网应用,中的带宽需求；,1994,年,两种,100Mbps,快速以太网,(,100BaseT,和,100VG AnyLAN,),开发成功；,IEEE802,3,工作组,于,1997,年宣布,1,千兆位以太网,已经可能。,2.,电缆的连接距离,以太网,根据,使用的电缆技术，,以太网跨越的最长距离,可达,25,公里,；,以太网,多半假设是,总线,或,星形,拓扑结构。,百兆位以太网,100Base-T,其工作速率,为,100Mbps,；,单模光纤,-,20,公里,全双工多模光纤,-,2,公里,铜线,-,100,米,快速以太网,（即百兆以,太网）更多地支持,星形,拓,扑结构；,千兆位以太网,千兆位以太网,是,2,公里；,千兆位以太网,应用对象,是要求更大带宽的校园,或楼宇大厦；,千兆位以太网,并不要求,改变早期以太网产品的,网络基本结构、管理和,应用。,100VG-AnyLAN,其工作,速率为,100Mbps,；,双绞线,-,100150,米,光纤电缆,-,4,公里,单模光纤,3.,千兆位以太网未来变迁,其保留,了以太网的,CSMA/CD,存取协议,。,硅技术,和,数字信号处理技术,的发展，使,得将来的千兆位以太网可有效地支持使用,5,类,UTP,连线,。,概述,一个千兆位以太局域网主干线：,下图中,，展示了如何将一个,交换式快速以太网主干线,升级成,千兆位局域网主干线,。高性,能,服务器农庄,可用,千兆位,Internet NIC,直接连接到,千兆位网络主干线上,。对因特网用户来,说，这种升级可以提高多服务器机群的吞吐量。,例,题,千兆位以太网标准,IEEE 802.3z,；,所有以太网各代的产品都使用,MAC(media,access control),协议,：,CSMA/CD,。,在物理层，可利用,光纤通道,和,双绞线,两种,技术。,（,Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect,）,载波监听多路访问,/,冲突检测,四、,Myrinet,网,Myrinet,是,Myricom,公司设计的,千兆位报文交换网络,。,Myricom,公司的目的是为了构造,计算机机群,，使系统互连成一种商业产品。,Myrinet,是基于加州理工学院开发的,多计算机,和,VLSI,技术,，以及在南加州大,学开发的,ATOMIC,LAN,技术,。,它被,设计用来构造,柜式,SAN,计算机机群,，或者构造,基于,LAN,的桌面主机,和,服务器农庄,。,Myrinet,假设任意拓朴结构，不必限定,交换开关为网格或任何规则的结构,。,基,本,简,介,SAN,（,1,）,Myrinet,网交换开关,SAN,Myrinet,交换开关,中使用了,阻塞的直通,(,虫蚀,),寻径机制,；,在任意,网络拓朴结构中，多端口的交换开关通过链路和其它交换开关,或单端口的主机接口相连；,每个,交换开关内部是,流水式的交叉开关,，具有,流控和输入缓存,功能。,Myrinet,网,交换开关,（,2,）,Myrinet,网主机接口,SAN,主机接口,是一个,32,位的用户定制的,VLSI,处理器，称作,LANai,芯片，带有,Myrinet,接口,、,报文接口,、,DMA,引擎,和,快速静态,RAM,。而,SRAM,则用来,存储,Myrinet,控制程序,(MCP,),和报文缓存；,这种微体系结构,在一般的,总线,和,Myrinet,链路,之间提供了一种灵活和高,速的接口。,Myrinet,网,主机接口,这种“主机接口”可以理解为“网卡”；,MCP,软件,在,接口处理器,上运行，避免了,