Характеристики топологии сети
Вкачестве основных характеристик топологии сети передачи данных наиболее широко используется следующий ряд показателей:
диаметр – показатель, определяемый как максимальное расстояние между двумя процессорами сети (под расстоянием обычно понимается величина кратчайшего пути между процессорами). Эта величина может характеризовать максимально необходимое время для передачи данных между процессорами, поскольку время передачи обычно прямо пропорционально длине пути;
связность (connectivity) – показатель, характеризующий наличие разных маршрутов передачи данных между процессорами сети. Конкретный вид данного показателя может быть определен, например, как минимальное количество дуг, которое надо удалить для разделения сети передачи данных на две несвязные области;
Характеристики топологии сети
ширина бинарного деления (bisection width) – показатель, определяемый как минимальное количество дуг, которое надо удалить для разделения сети передачи данных на две несвязные области одинакового размера;
стоимость – показатель, который может быть определен, например, как общее количество линий передачи данных в многопроцессорной вычислительной системе.
Характеристики топологий сети передачи данных (p – количество процессоров)
Топология |
Диаметр |
Ширина |
Связность |
Стоимость |
|
|
|
бисекци |
|
|
|
|
и |
|
Полный граф |
1 |
p2/4 |
p–1 |
p(p–1)/2 |
Звезда |
2 |
1 |
1 |
p–1 |
Полное |
2log((p+1)/2) |
1 |
1 |
p–1 |
двоичное |
|
|
|
|
дерево |
|
|
|
|
Линейка |
p–1 |
1 |
1 |
p–1 |
Кольцо |
p/2 |
2 |
2 |
p |
Решетка N=2 |
|
|
2 |
|
Решетка-тор |
|
|
4 |
2p |
N=2 |
|
|
|
|
Гиперкуб |
log p |
p/2 |
log p |
(p log p)/2 |
способ соединения процессоров друг с другом больше влияет на производительность кластера, чем тип используемых в ней процессоров
может оказаться более рентабельным создать систему из большего числа дешевых компьютеров, чем из меньшего числа дорогих
в кластерах, как правило, используются операционные системы, стандартные для рабочих станций, чаще всего, свободно распространяемые - Linux, FreeBSD, вместе со специальными средствами поддержки параллельного программирования и балансировки нагрузки.
При работе с кластерам также как и с MPP системами используют так называемую Massive Passing Programming Paradigm - парадигму программирования с передачей данных (чаще всего - MPI).
Дешевизна подобных систем оборачивается большими накладными расходами на взаимодействие параллельных процессов между собой, что сильно сужает потенциальный класс решаемых задач.
Принципы построения коммуникационных
сред
Общие принципы
Архитектура компьютера – способ соединения компьютеров между собой, с памятью и с внешними устройствами.
Конкретная реализация – коммуникационная среда компьютера.
Самая простая реализация — это использование общей шины, к которой подключаются как процессоры, так и память. (реализация SMP- систем)
Ethernet (пакетная обработка файлов)
Изобретение – 22 мая 1973 г. (Xerox) Стандарты Ethernet определяют
проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне,
формат пакетов и протоколы управления доступом к среде — на канальном уровне модели OSI.
Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3
Ethernet самая распространённая технология LAN в середине 90-х годов (вытеснила Arcnet, FDDI и Token ring)
Fast Ethernet
SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance в 1992
Fast Ethernet — это спецификация IEЕЕ 802.3u, официально принятая 26 октября 1995 года, определяет стандарт протокола канального уровня для сетей, работающих при использовании как медного, так и волоконно-оптического кабеля со скоростью 100 Мбит/с.
Основные достоинства и недостатки технологии Fast Ethernet
Достоинства
увеличение пропускной способности сегментов сети до 100 Мбайт/c;
сохранение метода случайного доступа Ethernet;
сохранение звездообразной топологии сетей и поддержка традиционных сред передачи данных (витой пары и оптоволоконного кабеля).
Недостаткивысокая латентность – 160-180 мкс
Gygabit Ethernet
Самая доступная для организации сети передачи данных
Подходит для инсталляций, которые не требуют интенсивного обмена данных между узлами кластера
Эффективен только при соединении точка-точка, при соединении нескольких узлов его эффективность резко падает, а при соединении более 5—6 узлов не превосходит по производительности даже Fast Ethernet.
Помимо невысокой пропускной способности, обладает довольно большими задержками порядка 50 мкс при работе библиотек MPI.