ВОВКнОUС, 03 лекция (от 29 февраля)

Материал из eSyr's wiki.

Сегодняшняя тема: как соединять компьютеры

На самом деле, слово компьютеры можно практически выкинуть, потому что проблема была известна до самих компьютеров.

• Лектор стёр слово "компьютеров"*

Есть некий абстрактный Вася, есть некая абстрактная Маша. Вася хочет поговорить с машей. ля этого он использует телефон. Для этого он усиленно крутил ручку стартёра. Потом появились абстрактные Вовы, Кати и Пети. В результате у Васи на столе появляются N аппаратов. Это не очень хорошо. Потом появились коммутаторы. В результате телефон стал один, но появилась некая будка, равноудалённая ото всех, в которой сидит некая клава. У Клавы есть такой пультик (прямой коммутатор 5х5), где-то внутри этого пультика как-то хитро проходят провода так, что втыкание там, булавки в каждой из этих дырочек приводит к замыканию нужной паре проводо. Провода ведут все к Клаве. И когда кому-то надо позвонить, то он звонит Клаве, говорит, что хочет поговорить с вовой, и она соединяет. Но с ростом количества адонентов сложность коммутатора растёт слишком сильно. Другая проблема: есть такая конгломерация в одном месте, есть такая в другом. И им нужно общаться. Как это организовать? К будке с Клавой ведёт большое количество проводов от другой будки. Но проводов меньше, чем число абонентов. Теперь общение Васи с Леной. Возникает дополнительное звено, в том месте, откуда хотят позвонить, должна быть своя другая Клава, и они должны договориться, о том, какие будут замыкать штырьки. Понятно, возникнет проблема, если все пятеро захотят позвонить кому-то здесь. В данном случае, Клава скажет, что не может соединить всех пятерых в текущий момент. Сейчас такой проблемы нет, потому что телефонная связь устроена не совсем так. Вместо клавы неодушевлённое устройтсво, и выглядит всё по-другому: речь разбивается на фреймы и фреймы передаются отдельно. Возникает возможность говорить по 4 проводам пяти человекам. Когда голос не разбивается на кусочки --- коммутация канала, когда голос бъёётся на кусочки --- коммутация пакетов. Ещё одно преимущество коммутации пакетов: указывать адрес в пакете, а устройство посылает просто куда-то туда. Само устройство выглядит следующим образом: есть память, в память записываются пакетики

В компьютерной сети точно также есть коммутаторы и маршрутизаторы. В такой сети есть одно уязвимое место: если коммуттатор выходит из строя, то отсюда сюда не добраться никак. Соответственно, кроме такой схемы соединения существует другая схема соединения. Соответственно, есть другой вариант: есть такая материнская плата, у неё есть четрые коннектора такие устройства мы соединяем в сетку. Способ соединения таких штук задаёт некую топологию сетевых соединений.

Какие собственно характеристики топологии могут интересовать создателей сетей:

• Средняя степень вершины
• Среднее число транзитов
• Максимальная длина транзита
• Зависимость количества связей от количества узлов
• Надёжность --- число связей, которое надо разорвать для того, чтобы граф стал несвязным (минимальное)
• Масштабируемость --- число связей, которое нужно добавить при добавлении узлов в сеть при сохранении топологии

Примеры топологий

• Линейная. Всё выстроено в ряд
  • Средняя степень вершины: 2
  • Среднее число транзитов: n/2
  • Максимальная длина транзита: n-1
  • Зависимость количества связей от количества узлов: (n-1)/n
  • Надёжность: 1
  • Масштабируемость: 1
• Кольцо
  • Средняя степень вершины: 2
  • Среднее число транзитов: n/4
  • Максимальная длина транзита: n/2
  • Зависимость количества связей от количества узлов: n/n
  • Надёжность: 2
  • Масштабируемость: 1
• Решётка. Очень нравится физикам и математикам, поскольку
  • Средняя степень вершины: 4
  • Среднее число транзитов: sqrt(n)
  • Максимальная длина транзита: k * sqrt(n)
  • Зависимость количества связей от количества узлов: 2kn/n
  • Надёжность: 2k-1
  • Масштабируемость: k * n^((k-1)/k)
• Деревья с заданной степенью вершин. Топология дерево нужна для решения деревянных проблем
  • Средняя степень вершины: k
  • Среднее число транзитов: ...
  • Максимальная длина транзита: ...
  • Зависимость количества связей от количества узлов: ...
  • Надёжность: ...
  • Масштабируемость: ...
• Пирамида. В разрезе представляет собой дерево. Отличается тем, что обычно направленная.
• Тор. Это зацикленная решётка.

По поводу литературы: Королёв Л. Н. "Архитектура современных ЭВМ"

Домашнее задание: дозаполнить решёточку

Какие есть средства, чтобы организовывать интерконнекты кластеров:

• Gigabit Ethernet. Самое дешёвое, самое доступное решение.
• Mirynet. На время передачи пакета жёстко прокладывается маршрут. Наиболее дорогое оборудование --- миринетовские свичи.
• SCI (Scali). Поддерживает такую шткуку, как MPI, на низком уровне. В случае с езернетом и мирынетом должен быть свич, тут же сеть на топологиях.
• Infiniband. Очень быстрая сеть, которая использует прямой доступ к оперативной памяти. Считается, что втыкать карточку для infiniband в шину, более медленную, чем pci express, смысла нет, поскольку выигрыша не будет. Коммуникационное оборудование устроено довольно хитрым образом: есть некое количество свичей. Наиболее перспективная и дорогая топология.