楊利

摘 要：對于并行多處理機系統(tǒng)而言，高速系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡是其重要的組成部分之一。對于系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡來而言，路由器又是其核心設備。這種設備會對互聯(lián)網(wǎng)的寬帶及相應的延遲造成影響，因此，路由器對并行多處理機系統(tǒng)的相關處理能力及效率有極其重要的意義，且對系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性有較大的影響。所以，對于高性能計算機互聯(lián)網(wǎng)路由器的設計已經(jīng)成為了比較熱門的研究方向。

關鍵詞：高性能計算機；互聯(lián)網(wǎng)路由器；邏輯結構；NRC端口

中圖分類號：TP393.05 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.092

對于能象征國家經(jīng)濟、科技、文化等綜合能力的高性能計算機已經(jīng)成為了國家開發(fā)戰(zhàn)略中的制高點，高性能計算機對我國國民經(jīng)濟的發(fā)展具有非比尋常的意義。在20世紀80年代，計算機進入了高速發(fā)展的時期，其處理器更新頻繁，但工業(yè)控制、科學計算領域對高性能計算機的要求越來越高。工業(yè)控制主要應用計算機輔助系統(tǒng)、計算機輔助制造和計算機的輔助設計，而科學計算領域主要指洋流分析、氣候演變模擬在內(nèi)的物理現(xiàn)象建模分析等。

1 路由器的基本結構和功能

1.1 相關的邏輯結構及功能

在本設計中，進行的是6端口互聯(lián)芯片的設計。由于在NRC中的端口數(shù)量不僅具有良好的功能和結構，還具有其他很多優(yōu)點。一般而言，NRC端口在功能、結構上均具有比較高的模塊性。NRC端口的結構如圖1所示。

以下具體介紹NRC端口結構中的模塊：①SSD模塊的數(shù)據(jù)主要是從NRC芯片中傳輸過來的，且還要通過這個端口發(fā)送數(shù)據(jù)。②SSR模塊。該模塊的數(shù)據(jù)主要來自于數(shù)據(jù)鏈路，且能將數(shù)據(jù)上傳，通過LLP模塊進行解釋處理。③LLP。該模塊主要是對上述2個模塊及相關的芯片物理鏈路提供數(shù)據(jù)服務的，可實現(xiàn)芯片之間進行無錯傳輸。為了達到這一目的，LLP模塊還具有對錯誤進行檢查的功能以及對錯誤進行糾正的功能。④Router Sender發(fā)送模塊。該模塊的主要數(shù)據(jù)在NRC核中接收，可對相關的虛擬通道進行管理，還可以根據(jù)指令將相關的數(shù)據(jù)向外發(fā)轉發(fā)至相關的數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和路由器模塊。⑤Rtag Handler路由場處理模塊。在設計中，該模塊采用源路由機制，可將接收到的信息中的路由場信息交由路由場信息處理器進行數(shù)據(jù)處理，從而完成對相關網(wǎng)絡系統(tǒng)中路由消息的管控。

1.2 微包通訊

所謂“微包”，是指互聯(lián)網(wǎng)中進行相關數(shù)據(jù)傳送的最基本的邏輯單位，在重傳控制、信約管理等方面都是以微包作為最基本的單位進行相關數(shù)據(jù)的傳送的。相比傳統(tǒng)的用報文作為最小單位的設計形式看，這種設計方法可有效提高互聯(lián)網(wǎng)的整體性能。

2 可靠度較高的傳輸協(xié)議

在對路由芯片進行設計時，最常見的是通過鏈路的管理及自恢復功能來實現(xiàn)鏈路的即插即用，并通過在滑動窗口協(xié)議之上建立的重傳機制來實現(xiàn)鏈路的信息糾錯功能。

2.1 關于鏈路的管理和自恢復功能

在設計相關的路由器時，應注意實現(xiàn)鏈路的自恢復功能。這一點對于并行處理系統(tǒng)而言是其發(fā)揮功能的重要保證。此外，在處理器的工作過程中如果出現(xiàn)工作異常，則應考慮將損失降至最小?？赡馨l(fā)生的異常狀況包括子系統(tǒng)出錯、異常斷電等。一般情況下，系統(tǒng)在工作過程中發(fā)生異常時必須停機，只有在異常消失或故障排除后才能繼續(xù)運行，但各種任務會從頭開始。由此可見，發(fā)生異常狀況無疑會極大地減弱系統(tǒng)功能。如果可以實現(xiàn)一定時間內(nèi)的鏈路自恢復，則能提高系統(tǒng)的處理性能。

2.2 在滑動窗口協(xié)議基礎上的重傳技術

數(shù)據(jù)鏈路最理想的工作狀態(tài)為接收方一側的數(shù)據(jù)接收速度不低于發(fā)送方一側的發(fā)送速度。在這種情況下，在數(shù)據(jù)鏈路上的數(shù)據(jù)不會發(fā)生傳輸差錯，易滿足鏈路協(xié)議的設計要求，可保證在發(fā)送方一側不間斷傳送數(shù)據(jù)的同時，確保接收一側能順利地將數(shù)據(jù)傳送至上層。但在實際中，各種干擾是會始終存在的。這種重傳技術的設計思路是在發(fā)送方所發(fā)送的數(shù)據(jù)上附加一定的冗余檢錯碼，這樣在接收方一側可根據(jù)相關的冗余檢錯碼進行數(shù)據(jù)檢測。如果發(fā)生錯誤，則應對請求重發(fā)的應答反應。如果在發(fā)送方一側接收到相關的重發(fā)請求，則應對相關數(shù)據(jù)幀進行重新傳送。這種方法一般被稱為在自動重發(fā)請求法。

3 高性能路由器的設計

以下主要對進一步的提高路由器的性能的方法進行分析，比如采用高效的自適應算法能高效利用網(wǎng)絡鏈路資源和縮短網(wǎng)絡時間延遲等，增加通信并行度時可采用高效的組播通訊算法等。

3.1 流程的控制研究

如果網(wǎng)絡中多個數(shù)據(jù)流可以共享網(wǎng)路資源，且不發(fā)生丟失現(xiàn)象，則需要流程控制策略等的幫助。其中，可能涉及的一些問題主要為數(shù)據(jù)接收方對數(shù)據(jù)的處理速度低于發(fā)送方的信息發(fā)送速度，進而導致數(shù)據(jù)丟失。但是具體的傳送速度也不能過慢。如果傳送速度過慢，則造成數(shù)據(jù)傳輸通道的浪費。對于以上的這些情況，應采取的措施為在數(shù)據(jù)傳送的過程中接收方可以向傳送方發(fā)送信號，要求傳送方暫停數(shù)據(jù)的傳送，這就是流量控制策略。在互聯(lián)網(wǎng)技術中的流量控制策略主要包括以下的幾種。

3.2 對于自適應路由算法的研究

路由算法的建立就是對每篇報文以及消息將要執(zhí)行的路徑，互聯(lián)網(wǎng)中的路由算法很大程度上決定了互聯(lián)網(wǎng)的一些特性，具體如表1所示。

路由算法可分為自適應路由和確定性路由兩種，確定性路由就是指具有同一對源以及目標節(jié)點的所有數(shù)據(jù)都是按照同一個數(shù)據(jù)路線進行傳遞的。這樣可避免死鎖情況的發(fā)生，且易于操作。

近年來，關于自適用路由的研究文章越來越多，自適應路由主要是用來解決網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸中的容錯和阻塞問題。這種傳輸?shù)幕舅悸肪褪歉鶕?jù)網(wǎng)絡狀態(tài)選擇源節(jié)點與目標節(jié)點之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂剑瑥亩岣邤?shù)據(jù)傳輸?shù)男始肮ぷ鬟m應性。

4 結束語

路由器的相關研究設計對高速互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有十分重要的意義。本文的主要研究對象為高性能路由器的設計，通過對鏈路自恢復功能和重傳協(xié)議的探究，提出了相關的高性能路由器的設計方案。為了在原有基礎上進一步提高路由器的性能，還對路由器的其他性質進行了探究，包括自適應路由算法和流量控制策略。

參考文獻

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[2]謝高崗，張玉軍，李振宇.未來互聯(lián)網(wǎng)體系結構研究綜述[J].計算機學報，2012（06）.

〔編輯：張思楠〕