Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Архитектура высокопроизводительных вычислительных систем. Лабораторный практикум
.pdf
41
2. Варьировать для каждой станции количество пакетов и номера
адресатов.
3. Установить один из двух режимов моделирования: непрерыв-
но или по тактам. По умолчанию моделирование осуществляется в непрерывном режиме.
Рис. 5.1. Маршрутизируемое облако
Исполняемый модуль программы моделирования имеет имя
Marshrut.exe и находится в папке Lab 5. Запуск программы осуществ-
ляется традиционным способом. После запуска на экране появляется окно, позволяющее задать параметры модели и режим моделирования [5].
В левом верхнем углу окна устанавливается флаг создания всех
связей. Он обеспечивает получение полносвязной решетчатой структуры, у которой маршрутизируемое облако имеет вид прямоугольной
решетки. В дальнейшем эту структуру можно изменять, удаляя связи
с помощью мыши. Таким образом, можно получить самые разнообразные структуры коммуникационных сетей.
Например, если необходимо удалить связь между двумя маршрутизаторами, то сначала курсор помещается между ними, а затем оди-
42
нарным нажатием кнопки мыши удаляется соединение. Добавление
связи осуществляется аналогично.
После задания структуры сети выполняется ввод исходных данных для станций. При этом в поле «Номер станции» устанавливается
номер подсети, свойства которой задаются в рамке характеристики.
Затем вводятся значения в два следующих поля:
– количество пакетов (по умолчанию 1). Максимальное значение
ничем не ограничено;
– номер адресата (по умолчанию 0). Максимальное значение 16.
Если номер совпадает с номером станции, то пакет никуда
не отправляется.
Запуск модели происходит после нажатия кнопки «Пуск». Все
результаты выводятся в многострочное поле. Основными характеристиками являются общее время работы, а также загрузка сети, которые отображаются на форме. Маршрутизаторы разделены на 4 части,
каждая из которых может быть закрашена одним из 16 цветов, соответствующих станциям. Закраска показывает, пакетом какой станции
занят буфер узла в данный момент.
После завершения процесса моделирования на экран выводится
соответствующее сообщение.
Порядок выполнения лабораторной работы
Подготовка к работе
1. Знакомство со всеми разделами руководства.
2. Получение у преподавателя задания на исследование сети
с различными параметрами устройств и потока задач.
3. Исследование заданной сети.
4. Оформление отчета.
Последовательность выполнения лабораторной работы
Провести эксперименты и построить графики:
а) время работы сети;
б) загрузка сети.
43
Задание 1. Полносвязная структура. Аргумент – количество пере-
№
варианта
Набор пар станций
Количество передаваемых пакетов
1
1-3, 11-5, 14-8, 4-13
3; 5; 7; 9; 12
2
1-3, 15-5, 14-4, 4-9
3; 5; 7; 9; 12
3
1-16, 7-5, 15-8, 6-13
3; 5; 7; 9; 12
4
1-6, 16-5, 14-3, 5-13
3; 5; 7; 9; 12
5
1-7, 2-8, 3-9, 4-10
3; 5; 7; 9; 12
6
1-13, 6-11, 3-9, 6-10
3; 5; 7; 9; 12
7
10-7, 12-8, 13-9, 14-10
3; 5; 7; 9; 12
8
1-4, 2-5, 2-9, 4-10
3; 5; 7; 9; 12
9
11-4, 12-5, 2-7, 4-6
3; 5; 7; 9; 12
10
13-4, 14-5, 15-7, 4-16
3; 5; 7; 9; 12
даваемых пакетов от станции (одинаковое для всех станций).
Параметр – Набор пар «Исходная станция – адресат»: Выполнить
сначала для каждой пары в варианте, а затем для всех пар варианта
одновременно.
Набор значений берется из табл. 5.1 для заданного варианта.
Таблица 5.1
Значения параметров для задания 1
Задание 2. Линейная структура. Аргумент – количество передаваемых пакетов от станции (одинаковое для всех станций). Набор
значений берется из табл. 5.1 для заданного варианта.
Первый эксперимент выполнить для линейной структуры, образованной первой парой в варианте, второй эксперимент – для по-
следней пары в варианте.
Линейная структура задается удалением всех лишних связей. При
задании адресатов необходимо проверить все 16 станций и поставить адресат 0 для станций, не попавших в структуру.
Задание 3. Петлевая структура. Аргумент – количество передаваемых пакетов от станции (одинаковое для всех станций). Набор
значений берется из табл. 5.2 для заданного варианта.
44
Кольцо образовать из станций, заданных в варианте в табл. 5.2.
№
варианта
Набор станций в кольце
Количество
передаваемых пакетов
1
1, 2, 3, 4, 6, 8, 7, 5, 1
3; 5; 7; 9; 12
2
1, 2, 3, 9, 7, 5, 1
3; 5; 7; 9; 12
3
9, 10, 12, 16, 15, 14, 13, 11, 9
3; 5; 7; 9; 12
4
7, 8, 10, 12, 16, 15, 14, 13, 11, 9, 7
3; 5; 7; 9; 12
5
5, 7, 9,10, 8, 6, 5
3; 5; 7; 9; 12
6
1, 2, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 15, 14,
13, 11, 9, 7, 5, 1
3; 5; 7; 9; 12
7
3, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 15, 3
3; 5; 7; 9; 12
8
1, 2, 14, 13, 11, 9, 7, 5, 1
3; 5; 7; 9; 12
9
7, 8, 10, 12, 11, 9, 7
3; 5; 7; 9; 12
10
9, 10, 8, 6, 5, 7, 9
3; 5; 7; 9; 12
Петлевая структура задается удалением всех лишних связей. При задании адресатов необходимо проверить все 16 станций и поставить
адресат 0 для станций, не попавших в структуру.
Таблица 5.2
Значения параметров для задания 3
Задание 4. Произвольные структуры. Аргумент – количество передаваемых пакетов от станции (одинаковое для всех станций). Набор
значений берется из табл. 5.1 для заданного варианта.
Сформировать три различные структуры (отличающиеся
от предыдущих) и провести для каждой из них отдельный эксперимент.
Учесть, что, задавая новую структуру, при задании адресатов необходимо проверить все 16 станций и поставить адресат 0 для станций, не попавших в структуру.
Содержание отчета о выполненной работе
Отчет должен содержать следующее:
1. Название и цель работы.
2. Исходные данные.
3. Для каждого задания – семейство графиков следующих зави-
симостей:
45
а) загрузка сети с маршрутизатором;
б) время работы сети.
4. В отчете по лабораторной работе для каждого задания привес-
ти схемы исследуемых структур сети.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные типы вычислительных сетей и области их применения.
2. Что такое маршрутизатор?
3. Что такое маршрутизируемое облако?
4. Как влияет на характеристики сети структура маршрутизируемого облака?
5. Какая из исследованных вами структур обеспечивает минимальное, а какая –
максимальное время доставки пакетов?
6. Как влияет на характеристики сети количество пакетов, передаваемых стан-
циями?
7. Имеются ли в модели ограничения на количество пакетов, принимаемых уз-
лами коммуникационной сети?
8. В каких сетях применяются архитектуры, исследованные вами в лаборатор-
ной работе?
9. Что представляют собой пронумерованные узлы, расположенные по пери-
ферии коммуникационной сети?
46
Лабораторная работа № 6
ЗаголовокПриоритет
Полезная информация
1байт1байт4 байта
ИССЛЕДОВАНИЕ КОММУТАТОРА РАСПРЕДЕЛЕННОЙ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Краткая теория
Цель работы. Изучение на простейшей имитационной модели
особенностей работы коммутатора, используемого в распределенных
вычислительных сетях.
Коммутатор (мультиплексор передачи данных, МПД, switch)
является одним из основных устройств, входящих в состав аппаратуры передачи данных (АПД) и используемых для сопряжения ЭВМ
(или процессора) с каналами связи.
Рассмотрим более подробно свойства, общие для всех коммутаторов. В модели коммутатора основной единицей передачи информации является кадр (пакет), структура которого приведена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Структура кадра
В заголовке содержится адрес пункта назначения данного кадра.
В основном поле (4 байта) находится информация, передаваемая в этом
кадре. Прототипом такой структуры кадров стала ячейка ATM
(Asymmetric Transfer Mode) коммутации. Размер этих ячеек фиксирован.
Коммутатор обеспечивает управление трафиком. Его целью
является:
а) обеспечение качества доставки информации конечному потре-
бителю;
б) эффективное использование ресурсов сети.
47
Любой коммутатор может рассматриваться как узел, в который
Буфер пакетов
...
1 2
N-1 N
Коммутатор
Коммутатор
Входящая очередь для
пакетов с высоким
приоритетом
Входящая очередь для
пакетов с нормальным
приоритетом
Исходящая очередь
прибывают потоки пакетов (кадров), демультиплексируются (распределяются), коммутируются на выходной канал адресата, снова мультиплексируются (собираются) и передаются на выход [7]. Коммутаторы содержат буферную память, чтобы гарантировать, что прибывающие одновременно пакеты не будут потеряны. Поэтому путь, который проходит пакет по сети, может быть представлен в виде последовательности систем очередей, как это показано на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Модель прохождения пакетов через сеть
Пунктирные стрелки показывают пакеты от других потоков, которые поступают в те же буферы и передаются далее. Эти потоки могут входить в один узел и расходиться по другим узлам.
Обработка пакета вдоль пути представляет собой накопление
и обработку очередей от N систем. Например, общее время задержки
в сети есть сумма индивидуальных задержек в каждом буфере.
Любой реальный коммутатор имеет определенное количество портов. Каждый порт имеет буфер определенной длины, в котором содержится еще не обработанная информация. В модели порт представлен
как запись, состоящая из трех очередей, как показано на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Схема работы коммутатора
48
Каждый порт работает в дуплексном режиме, поэтому входящее
и исходящее направление представлено разными очередями. Две входящие очереди отличаются приоритетами. В реальных коммутаторах
количество очередей варьируется и зависит от конкретной марки устройства.
Сети пакетной коммутации предназначены для предоставления
широкого набора услуг с разнообразными требованиями к качеству
обслуживания. Чтобы выполнить эти требования, используются различные дисциплины обслуживания. Самой простой является дисциплина FIFO (First Input First Output), при которой пакеты передаются
на выход в порядке их поступления («первым пришел, первым вышел»), как показано на рис. 6.4, а.
Пакеты теряются, если буфер переполнен. Для любого типа очереди задержка и потеря прибывающих пакетов зависят от интервала
времени между поступлениями двух соседних пакетов. Если эти интервалы малы, будет расти очередь и происходить потеря пакетов,
что ухудшает характеристики системы. У дисциплины FIFO все пакеты равноправны, поэтому невозможно обеспечить различные информационные потоки. При такой дисциплине возникает напряженная
ситуация (hogging), когда пользователь, передающий пакеты на высокой скорости, заполняет буфер системы, лишая других пользователей, работающих с меньшей интенсивностью, доступа к буферу.
Одним из возможных способов решения проблемы перегрузки
является алгоритм RED (Random Early Detection). Он позволяет маршрутизатору отбрасывать пакеты, даже когда в очереди еще имеется
место. При достижении определенной длины очереди происходит отбрасывание пакетов, выбранных случайным образом, как показано на
рис. 6.4, б. В результате абонент, посылающий пакеты с высокой интенсивностью, чаще теряет их. Благодаря этому достигается равномерное обслуживание разных абонентов. При определенных настройках удается полностью избежать потери пропускной способности сети, но количество потерянных пакетов при этом растет [6].
49
Прибывающие
пакеты
Пакетный буфер
а)
Линия
передачи
Прибывающие
пакеты
Пакетный буфер
б)
Линия
передачи
Пакеты, отброшенные
при переполнении
буфера
Пакеты, отброшенные
при переполнении
буфера
Пакеты, отброшенные
при достижении
порогового значения
RED
Рис. 6.4. Дисциплина обслуживания:
а – в порядке поступления;
б – в порядке поступления с использованием алгоритма RED
Использование приоритетов позволяет реализовать дисциплину,
учитывающую различные требования к качеству обслуживания отдельных пакетов. Например, пакет, который требует малого времени
задержки, имеет высокий приоритет (ВП), а пакет, который не требует срочной передачи – низкий (НП). Размеры буферной памяти могут
быть различными для каждого класса приоритета в зависимости
от требуемой вероятности потерь. Пакет из низкоприоритетной очереди передается только в случае отсутствия заявок в буферной памяти высокого приоритета. Из рис. 6.5 видно, что в каждый момент
времени оборудование линии передачи выбирает пакет в зависимости
от состояния очереди с высоким приоритетом.
Рассматриваемая дисциплина обслуживания имеет ряд недостатков. Например, пакеты низкого приоритета не передаются, пока есть
пакеты высокого, независимо от загрузки канала. Кроме того, редко
поступающие (не подряд) заявки высокого уровня могут блокировать
длинную очередь низкого. Другая проблема состоит в том, что заявки
50
различных пользователей с одним и тем же приоритетом обслужива-
Пакеты с
высоким
приоритетом
Пакетный буфер
Линия
передачи
Пакеты с
низким
приоритетом
Пакетный буфер
Пакеты, отброшенные
при переполнении
буфера
Пакеты, отброшенные
при переполнении
буфера
Когда отсутствуют
пакеты с высоким
приоритетом
ются по дисциплине FIFO. При этом может оказаться, что пользователь с напряженной нагрузкой блокирует работу других [5].
как приоритетные, так и бесприоритетные дисциплины обслуживания. Для отображения возможностей реальных коммутаторов модель
позволяет вводить дополнительные сервисы: RED и CLP.
портов коммутатора, размеры всех буферов, дисциплина обслуживания, а также наличие или отсутствие сервисов RED и CLP.
работающем в среде ОС Windows. В нем используется программа
имитационного моделирования, составленная на языке Delphi 7.0.
Рис. 6.5. Обслуживание пакетов согласно приоритету
Модель, использующаяся в лабораторной работе, поддерживает
Исходными данными для моделирования являются: количество
Описание лабораторной установки
Лабораторная работа выполняется на персональном компьютере,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]