什么是直接互連結(jié)構(gòu)(direct interconnecti

直接互連結(jié)構(gòu)(direct interconnection network，DIN)是處理節(jié)點通過一定方式互連構(gòu)成的一個系統(tǒng)。直接互連結(jié)構(gòu)中的處理節(jié)點是業(yè)務源，同時又是轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。圖1是一個圓環(huán)(torus)直接互連結(jié)構(gòu)。圖中，圈表示處理節(jié)點，也稱為交換節(jié)點或路由單元。DIN在大型多處理器系統(tǒng)(multiprocessors)、多個計算機間的互連和可擴展的共享緩存多處理器系統(tǒng)中有著廣泛應用。其結(jié)構(gòu)具有較高的并行處理(parallelism)特性和極好的擴展性。而數(shù)據(jù)交換應用則是指在LAN或WAN中使用的技術(shù)，例如ATM技術(shù),TCP/IP技術(shù)等。本文把DIN技術(shù)應用到數(shù)據(jù)交換中，來實現(xiàn)高性能的數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)。
表1列出兩種應用主要性能指標?？煽闯鰯?shù)據(jù)交換中對吞吐量的要求更高，需要有業(yè)務質(zhì)量保證，但對分組時延要求不高。數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)需有無阻塞特性，輸出到不同端口間的業(yè)務不會相互影響，應保證并發(fā)的多個業(yè)務同時以請求的帶寬傳送。
DIN具有較好的可擴展性和分布式特性，但不同端口間業(yè)務相互影響很大，造成結(jié)構(gòu)吞吐量低。隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，在硬件上可以實現(xiàn)更大的緩存和更高的時鐘頻率及數(shù)據(jù)傳送速率，使DIN應用到數(shù)據(jù)交換成為可能。
文獻[1]比較了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)與DIN在拓撲屬性上的差別，給出了一種易擴展的數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)。文獻[2]仿真分析了一種直接互連結(jié)構(gòu)與幾種典型數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)的性能比較，在文獻[3]中實現(xiàn)了一種應用到數(shù)據(jù)交換中的路由器結(jié)構(gòu)，分析了實現(xiàn)路由器的折中方案。
本文旨在基于DIN結(jié)構(gòu)的吞吐量、時延、路由算法和死鎖解決進行了分析。得出了一些在應用直接互連交換結(jié)構(gòu)構(gòu)建數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)時可以采用的方法。

DIN中兩個重要的特性是吞吐量和時延。吞吐量是指每個輸入端口接受的最大數(shù)據(jù)速率(通常是bit/s)。時延是指分組從源到目標節(jié)點所需總時間。吞吐量和時延不僅同拓撲結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與采用的路由算法、業(yè)務源模型和流量控制策略等有關(guān)，本文主要分析理想吞吐量和無沖突時延。理想吞吐量指路由算法能完全平衡從源到目標所有路徑上的負載，對流量控制能保證瓶頸通道上不存在空閑周期。無沖突時延指無內(nèi)部阻塞情形下分組所需傳輸時間。

直接互連結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)交換中的應用分析