автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Исследование и разработка методов эффективной передачи данных в высокоскоростных ЛВС с использованием ВОЛС

ИНСТИТУТ СИСТЕМ ИНФОРМАТИКИ СО АН СССР

На правах рукописи

РИХТЕР Штеффен

УДК 681.324

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ЛВС С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ воле

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины, комплексы,

системы и сети

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 1991

Я/

т

Работа выполнена в Новосибирском электротехническс институте

Научный руководитель -кандидат технических наук,,доцент Малявко A.A.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, старший научный сотрудник

Мархасин А. Б

кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Ведущая организация Научное конструкторско-технологи ческое бюро "Парсек", г. Тольятти

заседании специализированного совета п. ииз. аз. и! по защи диссертации на соискание ученой степени кандидата наук п Институте систем информатики СО АН СССР по адресу: 630090 Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 6

С диссертацией можно ознакомиться в читальном за Отделения ГПНТБ (630090 Новосибирск, ул. Ильича, 21).

Седухин С. Г.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета

Сабельфельд В. f

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 найдени 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 решение 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 которые значительно превышает физическую скорость передачи данных 1 передающей среде.

Целью работы является исследование и разработка методох 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 особс 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:

1. 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.

2. 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 процесса).™, исполняющимися в произвольных узлах ЛВС в условиях реального времени.

3. Предложен метод передачи длинных сообщений в ЛВС, базирующийся на разбиении блоков данных на малые пакеты 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

каналов. Описаны принципы функционирования и взаимодействия сетевых средств. Создан:! основы для проектирования высокоскоростной ЛЕС с древовидной топологией.

2. Разработаны программная модель средств ЛВС и варианты алгоритмов цойпрсцоссного взаимодействия в сети на основе обшей сетегюл виртуальной памяти. Предложены методы обеспечения синхронизации сетевых взаимодействий и надежной передачи, данных.

3. Разработан язык описания моделей н реализована система имитационного моделирования (SIM), основанная на аппарате раскуренных сетей Петри, в которой функциональный компонент моделей оформляется в виде отдельного компилируемого модуля на языке программирования "С". Зтим обеспечивается высокая производительность для моделей и гибкость моделей в процессе моделирования; повышается наглядность моделей, которые дополнительно могут бить сна&'кены соответствующими средстзами для отладки и тестирования. Система SIM отличается портабелыюстыо самой системы 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 систему автоматики" (г. Новосибирск, 1990г.), научно-техническом семинаре кафедры Вычислительной техники НЭТИ (г.Новосибирск, 1991г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 4 работы.

Структура в объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, 6 приложений. Работа содержит 161 страниц основного текста, 33 иллюстрации, 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введек1:;? обоснована актулгакость гз».^, с$ор:'УЛ1;роваш цель 1! осковшо задачи гсслодопсклл.

В_поряо!! глане анализируются •^•»ктор:!, влмякздо ш

реальную сф-'-эктивность передачи данпыл ;:о:-галъно.1 соти, внбираотся а обосношгеаетзя архитектур."» П1С.

В качество яорспектЕЗкиг методов реалкзпили мз':шроцесс1шх взсшодействя!? пр,-т создали:! слотом распределенной обработки и хранения ш:' ыящга Н2 базе ЛЕС наряду с обычным сервисом выделяется удаленны" знзов процедур к доступ к памяти удаленных процессов. Для организации распределенной обработки данны:: на основе ЛВС в условиях реального времени нушш сетевые средства взаимодействия, поддерживающие методы эффективной передачи небольших порци" данных порядка одного менянного слова и доставки зтих данных непосредственно в область памяти принимавшего процесса.

Обосновывается возможность и целесообразности реализации межпроцессных взаимодействий на основе механизма общей виртуальной памяти, создаваемого сетевыми средствами для территориально рассредоточенных ЗЗМ. Достоинства реализации информационного обмена мезду узлами ЛВС на уровне межпроцессорных взаимодействий подобно вычислительной системе с общей памятью проявляются в том случае, если во взаимодействующих узлах затраты времени на реализацию обращения к удаленной памяти соизмеримы (не считая задержки пакетов'в передающей среде) с временем цикла обращая к локальной памяти.

Этим предполагается отказ от использования нескольких уровней программно реализуемых .протоколов для обслуживания подобных взаимодействий, зато предлагается аппаратная реализация механизма сетевой виртуальной памяти, отображаемой на физическую память объединенных в сети 2ВМ и допускающей прозрачную реализацию доступа по записи панних в память удаленной ЭВМ.

Другим важным фактором для обеспечения производительности обменов данными являются общая (суммарная)

пропускная способность передающей среды и эффективность методов доступа к ней. В результате анализа известных методов множественного доступа к среде отмечается преимущество прогрессивных методов разрешения конфликтов (столкновений), известных для некоторых топологий ЛВС (напр. звезда, дерево).

В отличие от большинства известных ЛВС с монопольным захватом передающей среды станциями на время передачи очередного кадра предлагается применение принципа разделяемого использования среды с целью повышения ее пропускной способности за счет одновременной передачи нескольких кадров.

Выделяется способ пространственно-временного разделения среды для значительного увеличения эффективной скорости передачи данных при приемлемом уровне сложности его реализации. Этот способ предполагает параллельную передачу, пакетов через сеть по неперекрывающимся путям. Если участки путей перекрываются, то используются прогрессивные методы разрешения конфликтов и разделения среды по времени.

На основе критерия соотношения эффективности к сложности реализации пространственно-временного разделения среды и ряда других критериев сравниваются различные сетевые топологии. Выбираются топология звезды и ее обобщение - топология некорневого дерева, образующегося из звездообразных фрагментов, в центральных узлах каждого из которых находятся специализированные устройства - коммутаторы данных.

■ Топология некорневого дерева (в вырожденном случае-звезды) предоставляет более благоприятные условия для реализации пространственно-временого разделения среды и эффективной передачи коротких пакетов по сравнению с топологиями шины, линии, кольца или корневого дерева за счет большего количества неперекрывающихся путей. В сравнении с такими топологиями, как кольцо с хордами, гиперкуб или полный граф некорневое дерево отличается значительно меньшей сложностью аппаратной реализации, большей гибкостью и простоты решения задачи маршрутизации.

Эффективность использования пропускной способности передающей среды выбранной топологии определяется накладными

расходами на упаковку пакетов в систему вложенных друг в друга кадров, с.тспенью пространственно-временного разделения, методами разрешения (предупреждения) конфликтов.

Рассматривается задача минимизации накладных расходов в формате кадров канального уровня для малых (порядка байт) пакетов данных. Предлагается такие пакеты ограничить размером 1-4 байта (с ориентацией на 32-разрядные ЭВМ) и сопровождать только 32-разрядным сетевым виртуальным адресом, в котором на основе некоторых соглашений кодируются физический адрес памяти процесса-получателя в узле-получателе совместно с идентификатором отправителя (узла и процесса).

Такие кадры, называемые далее виртуальными кадрами, формируются на аппаратной уровне станцией ЛВС в . результате перехвата обращения процессора по записи данных в конкретную ячейку сетевой виртуальной памяти.

Форматы кадров канального уровня для передачи больших пакетов данных (кадров данных) для решения поставленных задач несущественны. Их целесообразно выбрать на основе стандартов. Однако для обеспечения одновременной передачи таких кадров по неперекрывающимся путям между узлами сети должно осуществляться взаимодействие специальными служебными кадрами, в частности для установления соединений. Размеры этих кадров невелики и сопоставимы с размерами виртуальных кадров.

Задача выбора формата кадров физического уровня решается, исходя из необходимости обеспечения пространственно-временного разделения древовидной передающей среды между потоками виртуальных кадров и кадров данных. Для этого предлагается:

- унифицировать размер кадра физического уровня; каждому виртуальному и служебному кадру сопоставить в точности один кадр физического уровня (адресованный и сетевой); кадры данных канального уровня разбивать на последовательности информационных кадров;

осуществлять дуплексный синхронный обмен кадрами физического уровня между станцией и коммутатором (коммутатором - коммутатором);

- ввести специальный формат служебного кадра для поддержания дуплексного синхронного обмена при отсутствии других кадров;

- осуществлять в центральных узлах звездообразных фрагментов коммутацию кадров физического уровня (на принципах коммутации пакетов) с сохранением их последовательности для каждой пары взаимодействующих станций.

Конкретный формат кадра, физического уровня для сети, состоящего из не более, чем 16 звездообразных фрагментов, каждый из которых содержит не более 15 станций, включает: 64 бита кадра канального уровня, I бит четности и 3 бита синхросигнала. Синхросигнал является нарушением Манчестерской последовательности, используемой для передачи остальных бит и содержит код типа кадра физического уровня.

Пространственно-временное разделение передающей среди и разрешение конфликтов в предложенной архитектуре ЛВС достигается следующим образом. Станции передают адресованные и сетевые кадры в момент их появления, возможно с прерыванием последовательности информационных кадров длинного сообщения. Передача таких последовательностей начинается станцией только после установления соединения, осуществляемого путем обмена сетевыми кадрами между станцией источника, станцией получателя и коммутатором (цепочкой коммутаторов). Таким образом для длинных сообщений в данной архитектуре ЛВС практически реализуется метод коммутации каналов, органически сочетающийся с эффективной передачей коротких пакетов и механизмом сетевой виртуальной памяти.

В главе разрабатывается структура коммутатора, реализующего данный метод управления потоками кадров, как п-каналъная СМО, рассматриваются вопросы обеспечения нужного уровня надежности передачи данных через ЛВС. Обосновывается целесообразность распознавания искажений данных и уничтожения поврежденных кадров на физическом уровне, а реализации восстановлений после сбоев на более высоком уровне.

Во второй главе детально рассматриваются вопросы реализации предложенных механизмов передачи данных в ЛВС. Для предложенной архитектуры сети вводится виртуальный ресурс -сетевая виртуальная память с единым для всех узлов адресным

пространством объемом 4 Гбайта, которые равномерно распределяются среди узлов ЛВС. Разрабатываются способы аппаратной реализации предоставления доступа к сетевой виртуальной памяти и отображения ее на физическую память подключенных к сети ЭВМ с учетом требований по защите памяти.

Сетевая виртуальная память разбивается на сегменты размером не более А кбайт, ка?;дый из которых монет бить назначен для осуществления удаленного доступа некоторого процесса 1 к памяти определенного другого процесса В этом случае процессу 1 предоставляется доступ к этому сегменту непосредственно через собственное логическое адресное пространство процесса. В принимающем узле данный сегмент отображается на определенный сегмент логической памяти процесса о, местоположение которого может варьироваться в зависимости от конкретного расположения среды процесса о в этой памяти.

Предлагаемый способ распределения сетевого адресного пространства допускает в каядом' из узлов одновременное участие до 16 процессов в сетевых операциях. Каждому из этих процессов разрешается взаимодействовать с 256 другими процессами в произвольных узлах сети. Обращения любого процесса 1 к процессу j осуществляется через индивидуальный сегмент сетевой виртуальной памяти, отображаемой на среде процесса тем самым, обеспечивается неявная идентификация источника сообщений.

Предлагается следующий формат сетевых адресов пакетов:

- адрес коммутатора данных (0..15);

- номер выходного канала коммутатора (адрес станции - 1..15);

- номер процесса-получателя (0..15);

- номер логического сегмента (входного порта - 0..255);

- адрес внутри сегмента (0..4095).

В случае обращения процессора к ячейке виртуальной памяти, физически реализованной в другом узле, необходимые преобразования адресов осуществляются на аппаратном уровне в станциях обоих узлов на основе таблиц преобразования, предоставляемых специальным системным процессом - сетевым монитором. Для формирования сетевого адреса пакета

отправляющая станция осуществляет одно обращение в режиме прямого доступа к памяти узла, а доставка адресованных данных в узле приемника выполняется станцией за три цикла ПДП.

Разрабатывается метод традиционной для ЛВС передачи блоков данных переменной длины, задача которого интерпретируется как копирование некоторой заданной области памяти в памяти другого процесса, исполняющегося в произвольном узле ЛВС.

Предлагаемый метод основан на том, что предназначенные для пересилки блоки данных выбираются отправляющей станцией в режиме ПДП и заносятся временно в буферную память станции для последующей отправки в сеть в виде последовательности информационных кадров. Соответственно, принятые из сети длинные сообщения будут доставлены станцией в режиме ПДП непосредственно в область памяти процесса назначения.

Передаче блока данных предшествует этап установления соединения, реализуемого по инициативе сетевого монитора взаимодействующих узлов и осуществляемого в коммутаторах данных, находящихся на пути между этими узлами. Предлагается распределенная процедура установления сквозных соединений -проходящие в виде сетевых кадров запросы на соединение обслуживаются в коммутаторах и доходят до целевой станции после успешного выделения сквозного пути.

Предлагается способ автоматического разъединения после завершения пересылки очередного сообщения, обеспечивающий надежное и наиболее быстрое освобождение отрезков линий для последующего установления по ним новых соединений. Описываются алгоритмы обслуживания запросов на пересылку блоков данных между процессами в сети, гарантирующие эффективный и надежный обмен сообщениями.

В третьей главе разрабатываются программная модель сетевых средств связи и принципы реализации протоколов межпроцессного взаимодействия. Отмечаотся принципиальная особенность взаимодействий на основе сетевой виртуальной памяти, заключающаяся в том, что после успешного установления межпроцессного соединения с помощью соответствующих услуг сетевого монитора оба процесса получают право доступа к

ппаратуре ЛВС для реализации прямых взаимодействий, минуя сякие средства сетевого программного обеспечения.

Поставляемая на аппаратном уровне сетевая служба □ставки адресованных данных непосредственно в конкретные чейки памяти удаленного процесса предоставляет возможность ля организации высокоэффективных межпроцессных

заимодействий на основе индивидуального для этих процессов ротокола. Предлагается подход к организации сетевых заимодействий, при котором пользователю предоставляется зободный выбор протокола в зависимости от требуемого уровня йективности и надежности реализуемых взаимодействий. Выбор эжет осуществляться среди набора библиотечных протокольных /нкций разного профиля и уровня, включаемых в прикладную здачу, или же в пользу индивидуально составляемого эотокола, удовлетворяющего каким-то особым требованиям.

В качестве основного принципа реализации фазы заимодействия между процессами посредством общей памяти оделяется явная пересылка вслед за передаваемыми данными (ли вместе с ними) сигнала о поступлении сообщения (strobe), з базе этого могут быть реализованы режимы симплексной, злу- или полнодуплексной передачи сообщений с использованием злько операций записи удаленной и чтения локальной памяти.

Программная модель сетевой службы доставки и услуг гтевого монитора разработана в среде программирования на зыке "С". На сегменты сетевой виртуальной памяти, )едназначенные для взаимодействия между конкретными юцессами, накладывается в общем случае некоторая структура шных, отображающая структуру данного межпроцессного 1терфейса. Взаимодействие тогда заключается в обращениях к шкретным переменным (элементам структуры) соответствующего )угого процесса.'

Дуплексная евязь между процессами может реализовываться iK через раздельные структуры данных для приемного и годного портов, так и через совместно используемую область 1мяти. В первом случае считается, что в переменные, реально 'ществующие в приемных портах процессов, допускается [аленная запись из соответствующего другого процесса. Второй

случай предполагает взаимоисключение доступа к разделяемь переменным, от которых существует по одной копии в o&'ot процессах. Приводятся примеры обеспечения синхронизаш взаимодействий и требуемого уровня надежности переда1 данных.

Далее рассматриваются услуги сетевого мониторе необходимые для создания внешней среды, в которс функционирует сетевая служба доставки и разрабатываете соответствующая программная модель вызовов служебных функци! Предлагаются принципы реализации сетевых услуг по созданию запуску процессов в удаленных узлах ЛВС, выделению предоставлению доступа к портам для последующего установлен межпроцессных соединений.

Разрабатываются методы установления соединен родительских процессов с известными им сыновними процессам1 а также между произвольными не родственными процессами f основе портов с опознавательным символическим наименование!* Рассматриваются услуги по разъединению процессов освобождению портов, а также системные функции поддерж? межпроцессной синхронизации.

Описываются вызовы службы блочной передачи данных принципы ее использования совместно со сетевой службс доставки.

Четвертая глава посвящена разработке средст функционального описания и имитационного моделирован физической среды передачи данных в рамках аппарат расширенных сетей Петри. Описывается расширение сетей Петр класса оценочных и предлагается реализация систек имитационного моделирования SIM и соответствующего язь» описания моделей. Разрабатываются имитационные моде; передающей среды предложенной в данной ' работе архитектуг ЛВС, а также базисных разработок ЛВС: "Ethernet" "Пульсирующее кольцо" (развитый вариант протокола CSMA/CD).

Результаты тестирования моделей, полученные для моделс базисных протоколов совпадают с результатами, приведенными литературе, что подтверждает адекватность моделей поведени реальных систем.

Модельные эксперименты проводились в условиях цнородного и равномерного потока кадров и в широком ^апазоне возможных интенсивностей рабочей нагрузки, ззультати имитационного моделирования приводятся в зиде эафиков зависимости коэффициента использования линий зредачи данных К от интенсивности потока поступающих пакетов , а также зависимости среднего времени задержки пакетов Тс! г К. Результаты показывают, что применяемые в предложенной ЗС методы коммутации в принципе допускают непрерывную зредачу кадров по всем линиям. Время задержки адресованных акетов резко возрастает лишь при коэффициенте использования анала выше 0,94. При меньшей нагрузке оно составляет десятки сотни микросекунд на каждый коммутатор.

Сравнение характеристик коэффициента использования зредаюцей среды и среднего времени задержки пакетов, элученных для предложенной и базисных ЛВС показывают, что $фективная пропускная способность предложенной архитектуры ВС в значительной степени может превышать пропускную пособность сетей без пространственно-временного разделения.

Пятая глава посвящается исследованию вопросов ехнической реализации и проектирования высокоскоростной ЛВС древовидной топологией. Разрабатываются структура и лгоритмы функционирования коммутатора данных и станций ЛВС.

Рассматриваются проблемы синхронной передачи кадров изического уровня в канале, синхронизации между передачами в эзных каналах, подключенных к одному и тому же коммутатору, также порядок и алгоритм установления синхронизации между межными коммутаторами и станциями ЛВС.

Разрабатываются структурная схема коммутатора данных -инхронно работающего конвейерного автомата, состоящего из:'

- блока входных регистров, в который записываются арэллельно поступающие в коммутатор кадры;

- блока буферной памяти со страничной организацией, в оторой организуются логические буферы с организацией очереди

- блока управления операциями записи и чтения буферной амяти, фактически и выполняющего функции схемы коммутации;

- блока выходных регистров, храняющий очередные передаваем! кадры.

Описываются принципы функционирования элемент: структуры коммутатора и способы прохождения различных тип* пакетов через него. Отмечается возможность реализаш 15-канального коммутатора данных, обладающего достаточ! высокой пропускной способностью, сравнительно просты! аппаратными средствами.

На основе предложенных методов доступа к передающ! среде и задач, накладываемых на станции ЛВС в роли поставщи] сетевой службы доставки и исполнителя операций по пересыл] блоков данных разрабатывается структурная схема станц'ш включающая в себя:

- модуль сопряжения с ЭВМ, реализующий интерфей( виртуального модуля памяти и контроллера внешнего устройст] с прямым доступом к памяти ЭВМ;

- модуль буферной памяти;

- тракты синхронно работающих приемника и передатчика.

Описываются алгоритмы прохождения отправляемых принимаемых кадров через станцию. Выбирается принцип обще] управления работой станции - совмещение различных функций 1 отправке, приему и доставке пакетов данных на осно] приоритетного обслуживания связанных с этим запросов I доступ к буферной памяти. Этим обеспечивается возможное обслуживания высокоприоритетных запросов в условиях реально] времени.

Рассматриваются структура и способы функционировав приемника и передатчика станции, в том чисЛе структу{ аппаратных средств, обеспечивающих установление и удержан! синхронной связи с коммутатором и контроль передаваемс информации.

В приложении приводятся примеры реализации протоко; симплексной передачи данных с подтверждением на осно! сетевой виртуальной памяти, создания параллельнь вычислительных структур в ЛВС; описываются примеры проток "Почтового ящика" и реализации семафорных операций д; взаимоисключения критических интервалов удаленных процессог

приводится краткое описание языка моделирования, спользуемого для описания расширенных сетей Петри в системе ИМ, а также схема адресации блоков входных и выходных егистров коммутатора данных древовидной ЛВС.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

I. Разработана архитектура высокоскоростной ЛВС с опологией некорневого дерева, образующегося из вездообразных фрагментов, которая - предоствляет возможность ффективного совместного обслуживания межпроцессных и ¡ежпроцессорных взаимодействий. Благодаря использованию ринципа пространственно-временного разделения пропускной пособности передающей среды допускается одновременное становление нескольких соединений для передачи более одного акета данных одновременно через ЛВС.

2. Предложен метод передачи данных в ЛВС, основанный на иртуализации обменов данными между узлами сети и создании есурса сетевой виртуальной памяти, отображаемой на изическую память объединенных в сети ЭВМ. Метод пособствует эффективной организации распределенной обработки нформации в территориально рассредоточенных ЭВМ за счет ффективной аппаратной реализации межпроцессорных заимодействий для обмена небольшими порциями данных между злами ЛВС в условиях реального времени.

3. Разработаны алгоритмы и программная модель сетевой лужбы доставки, обеспечивающей на основе механизма сетевой иртуальной памяти непосредственно доступ взаимодействующих роцессов к аппаратуре ЛВС для осуществления обращений по аписи данных в заданные ячейки памяти удаленных процессов розрачно через собственное адресное пространство процесса.

4. Разработаны алгоритмы функционирования и программная одель службы блочной передачи данных в ЛВС, базирующейся на азбиении блоков данных на малые пакеты фиксированного азмера и коммутации этих пакетов на аппаратном уровне в ромежуточных узлах древовидной ЛВС. Служба обеспечивает

бесконфликтную передачу одновременно нескольких длиш сообщен;;»; по разным отрезкам передающей среды и, совместно и сочетании с механизмом сетсвofi виртуальной памяти - быст] доставку коротких сообцониП с прерыванием на необходк» время потока малых пакетов, составляющих длинное сообщение

5. Разработаны программная модель средств ЛВС к зарка: алгоритмов прямого межпроцессного взаимодействия в сети основе об:.,ей сетевой виртуальной памяти и с использован: услуг по удаленному запуску процессов и устгповле: межпроцессных соединений, поставляемых сетевым монитором.

6. Предложен язык описания моделей и реализована скст имитационного моделирования, основанная на аппар расширенных сетей Петри. Разработаны и реализов имитационные модели физической среды передачи дан предложенной ЛВС, а также базисных решений моноканзльшх Л Показано с помощью модельных экспериментов, что эффектов пропускная способность предложенной ЛВС в значктель степени может превышать пропускную способность сетей пространственно-временного разделения.

7. Разработаны структура и принципы функционирова коммутатора данных и станций ЛВС и способ реализа синхронного принципа взаимодействия между ними, за с которого обеспечивается эффективное использование пропуск способности линий передачи данных и возможность применения более простых конструктивных решений разработке высокоскоростных средств связи.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мдлявко A.A., Рихтер Ш. Распределенные вычисления в с использованием коротких кадров // Локальные вычислител! сети и распределенная обработка данных: Межвуз. сб. ш трудов / Под ред. A.A. Малявко; Новосиб. электротехн. ин-Новосибирск, 1990

2. Рихтер Ш. Методы эффективной передачи данных высокоскоростных ЛВС // Тезисы докладов молодежной секши

ecoD3iio'i науч.—техн. конференции "И'исропроцессорипо слстсг.и то.чатаки". - Новосибирск: НЭТИ, Т5Э0

3. Малявко A.A., Рихтер Ш. Высокоскоростная локальная сеть древовидно1'! или звездообразном топологией // Локальные числительные сети: Труды международной конференции ЛСКСЕТЬ I. - Рига: ИЭВТ, IS90

4. Ыалявхо A.A., Рихтер Ш. Об инитацяонпом моделировании юокоскоростной ЛВС с древовидной топологией // ¡числительная техника в автоматизированных системах контроля управления: Межвуз. сб. науч. трудов / Под ред. Н.П. ;икевича; Пензенский политехи, ин-т.- Пенза, I99I.- Вып. 21