Введение к работе
Актуальность проблемы. Для настоящего времени характерно пирокое использование многомашинных вычислительных комплексов з самых различных областях. Обработка информации стала носить неимущественно распределенный характер.
Структура и способы функционирования существующих комплексов также весьма разнообразны: глобальные и локальные вычислительные сети, многопроцессорные системы и т.д. Для большинства сфер применения из этого спектра вычислительных средств могут быть найдены комплексы, удовлетворяющие всем потребностям.
В то же время имеются задачи, которые не могут быть удовлетворительно решены на существующих системах, либо применение таких систем оказывается неоправданно дорогим. К ним относятся различные задачи реального времени, требующие совместного функционирования несколько десятков высокопроизводительных ЭВМ, расположенных на расстоянии порядка единиц километров друг от друга.
Главной проблемой при этом является то, что при решении таких задач распределенной обработки информации компьютеры должны обмениваться между собой небольшими порциями данных с весьма высокой интенсивностью. Эффективное обслуживание такого трафика является актуальной задачей развития ЛВС. Основными препятствующими факторами при этом оказываются накладные расходы при передаче данных в среде, а также значительные затраты времени на протокольные нужды.
Реализация распределенных вычислений в условиях реального времени и прогрессивных методов удаленного доступа к распределенным системам обработки и хранения информации с помощью ЛВС становится реальностью, если на поддержание протокола частых межпроцессных взаимодействий для обмена небольшими порциями данных требуется гораздо меньше процессорного времени, чем собственно на решеїше прикладных задач.
Этим обусловлено возрастающее значение работ, направленных на исследование методов передачи данных в ЛВС с
целью разработки способов для более эффективной реализаци межпроцессных взаимодействий. Они проводятся в тесно единстве с поиском путей для повышения пропускной способност передающей среды ЛВС за счет ее более рациональног использования.
В этом отношении мало исследованным оказываете потенциал для прироста пропускной способности сети, которы содержит в себе принцип параллельного использовани. передающей среды - одновременной реализации нескольки: соединений для передачи более, чем одного пакета данны: одновременно через ЛВС. На такой основе могут быт] разработаны ЛВС, эффективная пропускная способность которы: значительно превышает физическую скорость передачи данных і передающей среде.
Целью работы является исследование и разработка методої для эффективной передачи данных в высокоскоростной ЛВС с применением ВОЛС. Для этого решались следующие задачи:
- анализ факторов, влияющих на реальную эффективность
передачи данных в локальной сети и выбор соответствующе!!
архитектуры ЛВС;
разработка методов для эффективного обслуживания межпроцессорных взаимодействий, связанных с передачей особе коротких пакетов данных (порядка одного машинного слова)
Через ЛВС;
- разработка методов для эффективного обслуживания обменов
длинными сообщениями (несколько Кбайт) между процессами в ЛВС
с параллельным использованием линий связи;
- разработка программной модели и алгоритмов межпроцессного
взаимодействия в ЛВС;
разработка средств функционального описания и имитационного моделирования среды передачи данных;
исследование вопросов технической реализации и проектирования высокоскоростной ЛВС.
Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы и аппарат расширений сетей Петри, комбинаторики, теории массового обслуживания, теории вероятностей, содержательные методы исследования.
,Научная новизна. При решении поставленных задач получены следующие основные научные результаты:
-
Предложена архитектура высокоскоростной ЛВС с топологией некорневого дерева, образующегося из звездообразных фрагментов, которая отличается от известных разработок ЛВС тем, что она предоставляет возможность эффективной совместной реализации межпроцессных и межпроцессорных взаимодействий, использования принципа пространственно-временного разделения пропускной способности передающей среды для одновременного установления нескольких соединений между узлами сети.
-
Предложен метод передачи данных в ЛВС, основанный на виртуализации обменов данными между узлами сети и создании ресурса сетевой виртуальной памяти, отображаемой на физическую память объединенных в сети ЭВМ и допускающей прозрачную реализацию доступа по записи данных к памяти удаленной ЭВМ. Метод отличается от известных возможностью эффективной аппаратной реализации межпроцессорных взаимодействий для обмена небольшими порциями данных между процессами, исполняющимися в произвольных узлах ЛВС в условиях реального времени.
3. Предложен метод передачи длинных сообщений в ЛВС,
базирующийся на разбиении блоков данных на малые пакети
фиксированного размера и коммутации этих пакетов на
аппаратном уровне в промежуточных узлах древовидной ЛВС. В
отличие от традиционных метод обеспечивает бесконфликтную
передачу одновременно нескольких длинных сообщений по разным
отрезкам передающей среды и, совместно и в сочетании с
механизмом сетевой виртуальной памяти - быструю доставку
коротких сообщений с прерыванием на необходимое время потока
малых пакетов, составляющих длинное сообщение.
Практическая ценность работы заключается в следующем: I. Разработана архитектура средств ЛВС с топологией .некорневого дерева, образующегося из звезд, которая обеспечивает эффективное совместное обслуживание межпроцессорных и межпроцессных взаимодействий - эффективную передачу особо коротких, а также длинных пакетов данных через ЛВС путем сочетания принципов коммутации пакетов и коммуатции
г.спапоп. Описаны принципы функционирования и взаимодействия сстови:: средств. Создан:! основи для проектирования высокоскоростное ЛЕС с древовидной топологией.
-
Разработаны программная модель средств ЛВС и варианты алгоритмов межпроцессного взаимодействия в сети на основе обшей сетегіол виртуальной памяти. Предложены методы обеспечения синхронизации сетевых взаимодействий и надежной передачи, данных.
-
Разработан язык описания моделей к реализована система имитационного моделирования (SIM), основанная на аппарате расширенных сетей Петри, в которой функциональный компонент моделей оформляется в виде отдельного компилируемого модуля на языке программирования "С". Этим обеспечивается высокая производительность для моделей и гибкость моделей в процессе моделирования; повышается наглядность моделей, которые дополнительно могут бить снабжены соответствующими средствами для отладки и тестирования. Система SIM отличается портабелыюстыо самой системи и моделей.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной" работы докладывались м обсуждались на Международной конференции "Локальные вычислительные сети" -Локсеть '90 (г. Рига, 1990г.), II Всесоюзной" научно-технической конференции "Микропроцессорные системи автоматики" (г. Новосибирск, 1990г.), научно-техническом семинаре кафедры Вычислительной техники НЭТИ (г.Новосибирск, 1991г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, 6 приложений. Работа содержит 161 страниц основного текста, 33 иллюстрации, 2 таблицы.