автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка многопротокольного сетевого процессора локальных вычислительных сетей

.131 О я. 91

АНКТ-ПЕТЕРВУРГСКИИ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ■ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ.В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

Гладун Анатолий Ясонович-'

РАЗРАБОТКА МНОГОПРОТОКОЛЬНОГО СЕТЕВОГО ПРОЦЕССОРА ЛОКАЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Специальность 05.13.05-элвментм я устройство вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-1992

Работа выполнена в Санкт-Петербургском ордена ордена Октябрьской Революции электротехническом им.В.И.Ульянова (Ленина).

Ленина и институте

Научный руководитель-доктор технических наук доцент ХВОЩ С.Т.

Официальные оппоненты: доктор технических наук МАРАХОВСКШ В.Б. кандидат технических наук ПУГАЧЕВ А.Ф.

. Ведущее предприятие- Санкг-Пегербургскоэ конструкторсно-тех-нологическое бюро СГООЗП "Светлана"

Защита диссертации состоится "_" •_1992.

в • час. мин. на заседании специализированного совета К 063.36.04 Санкт-Петербургского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического института им.В.И.Ульянова (Ленина) 1то адресу: 197376 , Санкт-Петербург, ул. Проф.Попова,Б.

.'Автореферат разослан "_"__ 1992г. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Ученый секретарь специализированного совета

ЮРКОВ Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный период развития разлгшых областей информатики характеризуется повышением роля систем распределенной обработки информации. Среди этих ассоциаций опережающее ртзвигие получают локальные вычислительные сети (ЛВС), которые, благодаря своим привлекательным характеристикам, становятся доминирующей формой использования средств вычислительной техники для автоматизации •производственной и управляющей деятельности. Для выполнения всего многообразия задач и форм обработки информации .требуется использование различных типов ЛВС. Каадая область применения ЛВС характеризуется своими особенностями, не позволяющими использовать единую универсальную технологию ЛВС. Поэтому для широкого внедрения ЛВС и удовлетворения потребностей различных пользователей, особую остроту приобретают вопросы обеспечения достаточной номенклатуры специализированной элементной базы.

В настоящее время отечественной промышленностью выпускаются сетевые БИС для организации ЛВС со случайным методом доступа и практически полностью отсутствуют микросхемы для ЛВС. _ с маркерными методами доступа, потребность в которых постоянно возрастает. Для покрытия потребностей различных областей пршенения ЛВС в сетевых БИС, их разработку целесообразно вести путем создания комплектов БИС для сетей различной конфигурации. При решении этой задачи необходимо учитывать проблему ужесточения требований к срокам и стоимости разработки такой элементной базы, а также возможности отечественной микроэлектронной технологии. Указанные выше факторы определили актуальность проведения исследований направленных на разработку многопротокольного сетевого процессора (МСП), которую. можно рассмотреть в трех аспектах: техническом, экономическом й научном.

В техническом аспекте разработка МСП обеспечит создание сетей различной топологии, а также интеграции в сети абонентского оборудования, имеющего различные системные интерфейсы.

С экономической . точки зрения разработка

узкоспециализированннх БИС, достигающих максимальной плотности упаковки, под каждое конкретное применение не является оправданным, так как требует значительных финансовых затрат и времени. В этом случае реализация архитектуры МОП позволит сократить затраты при создании различных сетей, вместо того, чтобы разрабатывать для поддержки каждого протокола свой специализированный контоллер. Кроме того, вследствие неполноты существующих стандартов, возможна их доработка и коррекция. МСП позволит до миннума сократить модификацию уаа функционирующих систем.

В научном аспекте разработка MG1I позволит ' провести исследования возможности аппаратной реализации различных протоколов одной структурой, требукщих обычно различных схемотехнических решений. Это делает актуальной проблему эффективной реализации протоколов, обеспечивающей на миниуые аппаратуры максимальное покрытие Функций сетевых интерфейсов.

Целью работы является исследование вопросов разработки и технической реализации элементной базы для построения сетевых интерфейсов ЛВС, а также вопросов организации ЛВС различной топологии на основе архитектуры многопротокольного сетевого процессора.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

-исследована организация систем передачи данных ЛВС и требований основных областей применения ЛВС к характеристикам сетевых интерфейсов;

-осуществлен выбор из множества . известных реализаций сетевых интерфейсов структур наиболее близких к оптимальной по сформированному набору критериев; ' •

-выполнен анализ протоколов канального уровня для разработки метода их аппаратной реализации одной структурой;

-осуществлен выбор архитектуры и реализация СБИС протокольного контроллера, обеспечивающего реализацию набора различных протоколов ; .*

, -проведено исследование способов аффективного обмена данными между абонентской ЭВМ и моноканалом ЛВС;

-осуществлен выбор архитектуры и реализации многопротокольного сетевого процессора.

-з-

Методн исследования. В диссертациошой работе использован метод разработки аппаратуру "сверху вниз"- от анализа1 общей структуры локальной сети и определения исходных требований до предложения соответствующей. детализированной аппаратной структуры. Для решения поставленных задач применялись теоретико-множественные метода в рамках теории нечетких множеств, теория автоматов, аппарат математической лоптаде. В работе сочетаются'формальный я содержательный подхода.

Научная новизна результатов заключается в следующей: -предлокена классификация систем передачи данных, отличающаяся введением дополнительных классификационных признаков, что позволяет использовать ее яри формировании требований к многопротокольдам структурам сетевнх интерфейсов, а также осуществлять выбор их структурных решений;

-предложена методика выбора из множества возможных -реализаций сетевых интерфейсов структур наиболее близких к оптимальной по введенному набору критериев;

. -на основании анализа свойств реализуемых протоколов предложена методика многопротокольной реализации, которая позволяет выделить в каждом из протоколов общие части .и отличительные части, специфичные для каждого протокола;

-предложены критерии позволяющие оценить величину пропускной способности сетевого интерфейса в зависимости от его структуры; ' ' . ,

-разработана архитектура МОП содержащая постоянные и сменные модули, что позволяет путем программной настройки данной структуры на протокол определенного вида, реализовать сети различной ТОПОЛОГИИ;

Практическую ценность работы представляют: -разработанная методика выбора структур близких к оптимальным из множества известных реализаций по введенному набору критериев позволяет сократить время и стоимость проектирования сетевых устройств;

-разработаны на основе формальных описаний сетевых протоколов алгоритмы функционирования адаптеров ЛВС;

-разработана архитектура МОП, позволяющая на его основе построить локальные сети различной топологии. '

Практическая ценность и полезность результатов работы

-4- I

подтверждается соответствующими актами о внедрении результатов работы. *

Внедрение результатов работы. Основные результаты работы использованы в", хоздоговорных НИР, выполненных на кафедре Вычислительной техники СПбЭТЫ, а также другими предприятиям:

-в ЛНПО "Электроавтоматика" и К{ГП "Модус" используются методики проектирования многопротокольных структур при проектировании комплекта БИС по ГОСТ 26765.52-87 (М1Х—БТБ-1553В) на основе БМК Ш5ХШ;

-в НПО "Интеграл" (г.Минск) и НИИ программных средств используются архитектура МОП и алгоритмы при разработке адаптеров для сетей различного назначения.

Апробация работы. Основные результаты диссертационно? работы докладываюсь и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

. -Шестнадцатой Всесоюзной школе-семинаре по вычислительным сетям, Москва-Винница, 1991г.;

-Всесоюзном научно-техническом семинаре "Локальные сети микроэвм в системах обаботяи и управления", Ленинград, 1990г.;

-Всесоюзной научно-технической конференции

"Совершенствование технических средств связи для решения проблем информатизации общества в новых условиях хозяйствования", Ленинград , НПО "Дальняя связь", 1ЭЭ1г;

-Всесоюзном научно-техническом семинаре "Перспективная элементная база для обработки и передачи информации, применение микропроцессоров, ВМК и световодшх технических средств", Ленинград, 1991г;

-Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы современной радиоэлектроники", Лешшград-Петродворец, Высшее военно-морское училище радиоэлектроники им. А.С.Попова, 1991г.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано € печатных работ, по предложенным схемам получено положительное решение на выдачу авторского свидетельства.

Структура и обьем работы.Диссертационная работа состоит^ введения, четырех глав с . выводами, заключения, списке литературы, включающего 116 наименований и приложения. Основная часть работы изложена на 136 страницах машинописного текста. Работа содержит 15 таблиц, 38 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована . актуальность теин, . сформулированы цель и основные задачи исследования.

В первой главе осуществлена формализация постановки задачи разработки МСП, проведен анализ архитектур систем передачи данных (СПД) ЛВС й элементной базы для их построения, уточнены 'задачи исследования. Отмечено, что большое разнообразие ■архитектур ЛВС диктуется потребностями различных проблемных-областей их применения. Вместе с тем, соблюдение. основных принципов, устанавливающих универсальный правила взаимодействия абонентов ЛВС между собой (7-уровневой Эталонной модели . взаимодействия открытых систем (ЭМВОС)' и применение стандартов ЛВС на всех уровнях), не снимает всех • сложностей связанных с построением сетевых интерфейсов ЛВС. В рамках стандарта можно выделить как ограничения, позволяющие интегрировать в систему различное оборудование, так .и варьируемые параметры, . обеспечивающие возможность создания систем различной архитектуры и, назначения. Многообразие задач решаемых ЛВС . привело к тому, что в рамках стандартов были созданы системы ■ отличающиеся целым рядом признаков. В связи с этим разработка МСП трэбует четкой постановки задачи, определяющей направление , дальнейших исследований. Для задания исходных данных при проектировании МСП был решен ряд взаимосвязанных задач: ограничение рассматриваемых областей .использования 'ЛВС; ограничение типов рассматриваемых СПД; составление на основе ' выбранных СПД и стандартов ЛВС множества возмокных реализаций сете>вых интерфейсов и проведение их анализа; формирование на основании проведенных исследований требований к разрабатываемому > устройству^

На основе анализа СЕД и областей применения ЛВС автором/ выполнена многофункциональная классификация СЦЦ, отличающаяся расширенным набором характеристик и признаков, что позволяет использовать ее при формировании требований к разрабатынваемым многопротокольным сетевым устройствам'за счет учета их различных применений, а также при выборе структурных и'схемотехнических решений данных устройств. Представленная- классификация учитывает

расширение ' типов физической среда и интерфейсов, ' появление множества комбинаций СГЩ, различных т>шов оборудования и программна* средств и содержит ряд новых введенных классификационных признаков, ориентирующих ее на конкретное применение.

Проведенные исследования областей применения ЛВС позволили выделить из них ( с учетом имеющихся статистических данных) наиболее предпочтительные направления внедрения ЛВС. В настоящее время таковыми являются: автоматизация учрежденческой деятельности, автоматизация производства и научных исследований. Представлены конкретные характеристики данных областей, отмечено, что по сравнению с другими областями они характеризуются наиболее ' массовым использованием ЛВС и обеспечивают более широкое покрытие потребностей пользователей.

Стандарты IEEE 802 использующие децентрализованные методы доступа для шинной и кольцевой топологии обеспечивают реализацию требуемых характеристик (ВД (живучесть, гарантированное время доступа) и являются наиболее пщемлемыми для выбранных областей. Основными исходными данными дм проектирования МСП являются: выделенныэ. области применения ЛВС, стандарты IEEE 802 и класс подключаемого ''абонентского оборудования (мини- , микроэвм и встроенные в . оборудование■ микропроцессорные комплекты).

На основе анализа специализированной элементной базы дл$ построения аппаратуры ЛВС выделены основные тенденции ее развития в настоящее время:

1) широкий спектр сетевых БИС обусловлен потребностям] различных областей применения ЛВС. Данные БИС реализуют обычн< конкретный метод доступа для конкретной топологии cera;

2) для обеспечения универсальности сетевых БИС они двлаютс, программируемыми. Однако, универсальность заключается расширении функциональных возможностей БИС в рамках одаог стандарта или ше в реализации нескольких протоколов со схожим алгоритмами доступа;

3) 'задачу реализации ЛВС различной конфигурации можно решит двумя путями: разработкой узкоспециализированных БИС для каадог конкретного случая или же созданием программируемых на кавдо применение многопротокольных сетевых устройств. Второ

направление, как показывают зарубежные публикации, получает широкое развитие и являемся-перспективным.

Показано, что оущзствущий у нас в стране дефицит специализированной элементной базы для ЛВС является сдерживающим фактором их внедрения. Одним из путей ее реализации может быть создание МОП на базе которого существует возможность реализовать различные сети. Однако, сдерживающим фактором при этом является отсутствие методик проектирования устройств подобного класса.

Во второй главе рассмотрен подход к решению задачи выбора структур сетевых интерфейсов из множества еозмозшых, основанный на использовании аппарата нечетких множестз.

На основании исследований, проведенных в первой главе получены исходные дг::.ше для проектирования МСП ' и набор возможных реализаций сетевых интерфейсов. Так как, в процессе схемотехнической реализации протоколов ЛВС имеет место многовариантность технических решений, то каждое такое решение существенно влияет на трудоемкость, временные и стоимостные затраты, а также на эффективность функционирования ЛВС в целом. Поэтому целью задачи выбора является выделение из множества возможных вариантов структур сетевых интерфейсов для дальнейшей проработки нескольких наиболее перспективных и их ран:трование по степени удовлетворения требованиям предьяляемым к разрабатываемому устройству. Данный подход позволяет ускорить разработку сетевых ВМС и, в частности МОЛ, на основе уже имеющихся решений.

Отмечено, что этап формирования критериев оценки параметров разрабатываемых устройств на основе имеющихся данных в наименьшей степени поддается формализации и полностью зависит от разработчика. Поскольку процесс выбора структуры решается на одной из начальных 'стадий проектирования, то объективно присутствует неопределенность некоторых требований к устройству. Это требуем использования адекватных методов принятия решений (выбора альтернатив), основанных на применении нечетких множеств.

Проведен анализ существующих методов оценки структур, ь результате которого за основу для решения поставленной задачи был выбран метод структурно-комгюновочгшх Еоктороа (СКВ-метод) эффективность которого подтверждена при разработке микроЭШ СМ-1800. В результате задача выбора структур сводится к определению полезности сформированных характеристик оцениваемых етру-

ктур и формированию нечеткого множества вариантов сетевых интерфейсов. Для определения пересечения нечетких подмножеств выбранных структур в работе использован мультипликативный (МП) критерий принятия решений:

= п ц"1^^)). 3 = 1.....N ,

где тс* ) - обобщенный критерий соответствия варианта

структуры Xj сформированным требованиям, заданным вектором тре-ai

бований Gl; )) - частные критерии выбора по характерис-

ке с учетом веса критерия а . Отмечены преимущества ЫП-крнтерия.

В связи с появлением новых разработок сетевых БИС, как правило, присутствует некоторый дефицит и нечеткость исходных параметров и описания структуры сетевых интерфейсов. Поэтому в работе предложено использовать рациональное сочетание характеристик структур, имеющих количественный и качественный базисы. Для качественных оценок использован известный лингвистический подход, позволяющий оценить структуру путем присвоения ей оценок из набора логических переменных типа: "высокая",...."низкая" и придать затем количественный смысл этим качественным оценкам. Использование дуальных оценок позволило: пользоваться аппаратом нечетких множеств для определения качественных оценок; значительно сократить время выбора структур; повысить обоснованность принимаемых решений. Для определения коэффициента предпочтения а^ использована процедура выбора с помощью нечетких бинарных отношений позволяющая (согласно леммы Парна)

упорядочить все компоненты многокритериального показателя по степени важности и выбрать требуемую стратегию проектирования.

На основании проведенных исследований предложена методика выбора структур сетевых интерфейсов из множества возможных наиболее близких к оптимальной по введенному набору критериев. На основе предложенной методики приведен пример выбора ряда сетевых контроллеров ' из множества известных, материалы проработки и анализа которых были затем использованы njfc разработке многопротокольного сетевого контроллера. Последний является основной структурной частью разрабатываемого МСП.

Третья глава посвящена исследованию вопросов аппаратной

-з-

, реализации протоколов ЛВС и разработке архитектуры многопротокольного контроллера,обеспечивающего реализацию этих протоколов.

Для аппаратной реализации представлены протокола IEEE 802.3-802.5. Данные протоколы характеризуются сильно отличающимися методами доступа, что требует различных схемных решений средств доступа и приводит к несовместимости их технологий реализации. Спецификой данных протоколов является то, что кроме обычных. протокольных функций (прием/передача), в них реализуется целый набор нестандартных операций, обеспечивающих условия безошибочной работы и "выживаемость" если не всей сети, то наибольшего числа ее компонентов. Именно эти операции обуславливают сложность протоколов и трудности их аппаратной реализации. Кроме toi-и, при разработке сетевых БМС необходимо учитывать существующие возможности используемой мшсроэлектронной элементной базы.

Исходным заданием для аппаратной реализации протокола является его описание. Описание не должно отражать особенности реализации протокола, не должно предписывать разбиение его на части или накладывать ограничение на его структурирование, а также не указывает на конкретные алгоритмы выполнения многих процедур. Поэтому на первом этапе проектирования аппаратной реализации протокола требуется выполнить переход от его описания к описанию в вида конечного автомата поведения проектируемо? реализации и осуществить при этом структурирование модели протокола. С этой целью в работе, согласно ЭМВОС, протокол подуровня управления доступом к среде (УДС) представлен в гиде модели протокольного объекта (ПРО). Опыт проектирования и анализ протоколов-' ШЕ 802.3-802.5 позволили шдэлнть ряд свойств описания протоколов, из которых вытекает возможность неформальной декомпозиции структурного представления аппаратной реализации ПРО. Для этого осуществлены следуюцив последовательные шаги декомпозиции:

1) Выполнено структурное расчленение модели Ш"-0 на три части: В, II и П. Часть В связана со всеми аспектами, обеспечивающими интерфейс (подуровень УДО/ управление логическим звеном (УЛЗ)), а часть Н-со всеми аспектами, озязашшмл с интерфейсом (подуровень УДО/физдчиский уроьонь». Часть И представляет сссЬй

абстрактный ПРО и обеспечивает реализацию метода доступа. Поскольку поставлена задача аппаратной реализации трех протоколов, то часть П может быть представлена тремя протокольными машинами. В общем случае часть П может содержать п протокольных машин.

2) Если ¡саздую протокольную машину реализовать отдельно, то в целом решение будет избыточным. Проведенный анализ протоколов позволил выделить у каждого из них два основных набора операций: организации данных и управления доступом к среде. При этом операции организации данных являются наиболее близкими для всех протоколов и действия их могут копироваться при выполнении многих процедур. Второй набор операций является специфичным для каждого протокола и определяет основное различие между ниш. Для устранения аппаратной избыточности предложено реализовать рассматриваемые протоколы в виде композиции автомата с внутренней памятью и внешней" памяти. Внутренний автомат обеспечивает реализацию функций организации данных, а внешняя память реализует функции метода доступа, управляющие работой всего ПРО. При этом предусмотрена возможность настройки данной структуры на выполнение требуемого протокола.

-3) Следующим шагом является представление части П ПРО композицией трех устройств (автоматов): входного, выходного и центрального обрабатывающих устройств (ОУ). Входное 07 обеспечивает распознавание цринимаемой от смежных уровней информации, а выходное ОУ обеспечивает формирование и выдачу кадров в смежные уровни. Центральное ОУ реализует поведение предписанное протоколом и представлено композицией управляющего автомата (У.А), реализованного во внешней памяти и управляемых операционных автоматов (таймеров, счетчиков ошибок, схем задержек соперничества, блоков вычисления отсрочки передачи и т.д.).

4) УА реализует логику работы ПРО и представляет собой микропрограммное устройство управления (ША), обеспечивающее управление функционированием блоков представленной структуры.

В результате декомпозиции ПРО выполнена схема структурного представления аппаратной реализации множества протоколов, которая состоит из постоянной части, реализующей обще для протоколов функции и переменной части, реализующей отличительные наборы функции-методы доступа к передамцей среде. Данная сх$ма

положена в основу разработай архитектуры программируемого сетевого многопротокольного контроллера (ПСМК). ,

Реализация ПСМК потребовала решения ряда взаимосвязанных задач. На основе описаний протоколов разработаны конкретные граф-схемы алгоритмов (ГСА) их функционирования. Каждая ГСА протокола была разбита согласно схемы декомпозиции ПРО на три ГСА: алго; ритм доступа (УА), алгоритм входного ОУ и алгоритм выходного ОУ, которые затем были представлены в виде конечного автомата. Выполнено исследование возможности реализации УЛ на существующей отечественной элементной базе: проведен анализ матричных БИС в результате чего для реализации УА выбраны ЮТ, обеспечивающие аффективную реализацию управляющей логики, обладающей'естественной нерегулярной структурой; выбрана многоуровневая базовая схема для реализации УА и на основе полученных алгоритмов синтезирован МПА на ПЛМ. Выполненный расчет аппаратных затрат на реализацию УА показал, что использование базовой схемы для построения МПА. .требует в среднем на 40% больие аппаратуры, чем реализация МПА по индивидуальной схеме. На практике это вполне приемлемо, так как использование базовых схем при реализации значительно сокращает сроки и стоимость разработки.

На основе проведенных исследований - представлена методика проведения многопротокольной реализации одной структурой,, сформирован для ПСМК минимальный набор, аппаратно реализуема функций, разработаны алгоритм функционирования и архитектура' СБИС ПСМК. В качестве исходных данных при разработке ПСМК использованы: таблицы структурного разбиения протоколов на функциональные устройства; набор требований к ПСЖ и набор известных контроллеров, полученных во второй главе.

Отличительными особенностями полученной структуры являются: реализация трех протоколов (настройка на требуемый протокол осуществляется путем занесения определенного кода в регистр команд и установки соответствующих ПЛМ во внешней памяти контроллера); параллельное выполнение операций обработки кадров и управления доступом к среде; реализация в отдельном блоке операционных элементов рассматриваемых протоколов, что вносит .некоторую аппаратну® избыточность при реализации конкретного сетевого интерфейса. Однако, как • показали расчеты, применение ПСМК для реализации требуемого протокола более экономично, чем

разработка своего специализированного контроллера, так как сокращаются сроки и суммарная стоимость разработки.

В четвертой главе рассматриваются вопросы разработки архитектуры МОП. Процесс разработки МОП основан в первую очередь на компромиссном выборе между стоимостью, функциональными возможностями и показателями функционирования при одновременном удовлетворении • требованиям применения. На основании анализа исходных данных, представленных в первой главе и, имеющихся к моменту йачала решения задачи проектирования МОП, были сформулированы'' Требования к МОП, учитывавшие различные области его применения:

1) обеспечить максимально возможную пропускную способность;

2) г-аран-пфовать вреня доставки кадров;

3) обеспечить возможность подключения МОП к различным системным интерфейсам абонентов ЛВС;

4) высокий уровень сервиса;

5) невысокая стоимость;

6) реализация различных протоколов;

7) прием больших блоков данных без вмешательства процессора.

Сформулированные требования з своем большинстве противоречивы и не могут быть удовлетворены в полной мере ни одной из Имеющихся структур сетевых интерфейсов. Поэтому Для проектирования МСП использована методика выбора структур, представленная во второй главе. Согласно этой методике осуществлено предварительное ранжирование требований по их значимости (весу), что позволило определить соответствующую стратегию проектирования МСП. Затем на основании перебора множества возможных структур сетевых . интерфейсов, по методике выбора осуществлен подбор структур близких к оптимальной по сформированному набору критериев, которые были использованы при, выборе схемотехнических решений . архитектуры МСП.

На основании исследования влияния структуры сетевого интерфейса на его пропускную способность'сформированы критерии, поз- • волящиэ оценить рассматриваемую структуру с точки зрения ее пропускной способности а транзитной задеркки кадров. Время щю-, хождения кадра в одиночном режиме через сетевой интерфейс можно определить:

: . , Т = ТЫ + ТО + ТА , где. ? - сушярное время пребывания каждого кадра в адаптере; ТМ

-уз-

- время, необходимое для обмена с моноканалом; ТА- время обмена с абонентской ЭВМ; ТО - время обработки кадра. Максимальная пропускная способноси структуры сетевого интерфейса будет достигнута при полном совмещении указанных операций:

Т = МАХ (К1хТМ; К2хТА; КЗхТО;} Коэффициенты К показывают степень замедления операций вследствие

их параллельного выполнения: К>1. Кроме того, значения К1, К2, КЗ зависят от структуры и кошфетной реализации сетевого интерфейса. Представлешше критерии позволили провести оценку структур сетевых интерфейсов и определить ряд факторов, обеспечивающих увеличение пропускной способной структур. Таковыми являются: распараллеливание во времени выполнения операций обработки и передачи, что достигается, например, специализацией отдельных блоков; использование независимых трактов передачи для встречных потоков данных; уменьшение потока управляющей информации (состояние приема и передачи, инициализация блоков, текущие параметры протоколов и т.д.)-. На основании 'проведенных исследований осуществлен предварительный выбор структуры МОП, с учетом возможности обеспеспечения им максимальной пропускной способности. Представленные критерии позволили провести оценку пропускной способности и транзитной задержки кадров структуры МОП с учетом: характеристик возможных трафиков'(файлового, диалогового, служебного, оперативного); скоростей передачи данных в среде, определяемых стандартами; диапазона' скоростей обмена данными МСП с абонентской ЭВМ.

Для детализации структуры разрабатываемого МСП определены условия безопасного приема кадров в режиме их интенсивного поступления из моноканала '("один за другим"). Показано, что для передачи/приема больших массивов данных, временные соотношения процесса обмена лучше при использовании многопортовых (двухпортовых систем буферной памяти. Осуществлен выбор объема буферного ОЗУ и определен набор основных и дополнительных зппаратло реализуемых функций для МОП с учетом существующих ограничений на аппаратные затраты. Выполнена оценка степени интеграции и количества выводов проектируемых блоков МСП. Разработан алгоритм функционирования МСП и предложена методика выбора на оскоео исходных дагашх архитектуры МОП. Методика содержит формальные я

содержательные шаги. На основе представленной методики расрабогена архитектуре WCn, позволяющая организовывать, сети различной топологии. Основные отличительные особенности МСП :

1) Гибкая модульная структура, позволяющая совместить требования различных протоколов ЛВС, с различной пропускной способностью, использующих различные типы передающей среды. Структура МСП состоит из стационарны! и сменных блоков. Настройка МОП на работу в конкретной сети осуществляется путем программирования регистра управления и установки соответствующего сменного блока;

2) Высокий уровень сервиса при котором потребляется данную ресурсов подключаемых. ЭВМ при одновремештой еысокой пропускной способности структуры (достигается системой буферной памяти и соответствующим включением контроллеров прямого доступа);

3) Внутренний контроль информации.

На базе архитектуры МСП разработан адаптер сети Ethernet и программное обеспечение к нему.

В приложении. приводятся форматы кадров протоколов ЛВС и их параметры, используемые при составлении управляющих алгоритмов. Приведена таблица матричных БИС для реализации протоколов, . а также документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Предложена многофункциональная классификация СПД, отличающаяся введением расширенным набором классификационных признаков, позволяющих использовать ее при формировании требований к многопротокольным сетевым структурам и выборе структурных решений сетевых интерфейсов.

2) Предложена методика выбора из множества возможных реализаций структур сетевых интерфейсов тех, которые наиболее близки к оптимальной по введенному набору критериев. Такой подход позволяет ускорить разработку сетевых БИС на основе уже имеющихся решений и сократить расхода на их проектирование.

3) Предложена методика аппаратной реализации многопротокольной структуры , конкретная настройка которой на грабуемый протокол производится путем установкй Соответствующей

прошивки ПЛМ во внешней памяти.

4) Разработана архитектура СБИС многопротокольного контроллера, отличающаяся возможностью программной настройки ее на реализации требуемого протокола, высоким быстродействием и невысокой стоимостью.

'5) На основе исследований характеристик СЩ, областей их применения, требований стандартов ЛВС, ограничений по степени интеграции БИС, критериев выбора структуры предложена методика выбора архитектуры ЫСП, позволяющая определить состав и архитектуру комплекта БИС для МОП.

6) Разработана на основе исследования влияния структуры сетевых интерфейсов на их пропускную способность и способов обмена данными с оноканалом архитектура МСП, которая обаспечивет возможность организации работы абонентов ЛВС, имеющих раличные системные интерфейсы в сетях различной топологии.

V) На базе архитектуры «СП разработан адаптер ЛВС ЕГНЕ1ШЕТ и программное обеспечение к нему. Оригинальность схем адаптера подтверждена положительным решением на выдачу авторского свидетельства: '•'

Гладун А.Я., Ковш А.Л. Станция'локальной вычислительной сети / Положительное решение по заявке 4845111/24(07721) от 29.06.90г., MKli GG6F 13/00.

ПУБЛИКАЦИИ ПО 'i'EME ДИССЕРТАЦИИ

1. Гладун А.Я., Блинков O.E. Состояние разработок элементной базы ЛВС стандарта IEEE 802 // Локальные сети мккроБВМ в системах обработки и управления: Материалы краткосрочного семинара.-Л: ЛДНТП, 18-19 дек. 1990г.-С.3-11.

2. Гладун А.Я. Разработка архитектуры комплекта EMJ для ЛВС маркерного кольца ПШ5 802.5 // Совершенствование технических средств связи для- решения проблем информатизации общества в новых условиях хозяйствования: Тез. докл. Всес. научно-технической конференции.-Л: НГЮ "Дальняя связь" 1991 .-С. 103-101.

3. Гладун /..Я. Структурный синтез и реализация ЛЕС EtherriU 1ЕЕЙ 802.3 для обггдшюшя персональных ЭВМ /' !!. j, -ipi'.a.M

-i6- •

Шестнадцатой Всес. школы-семинара по „вычислительным сетям. Москва-Винница, 1991, ч.1.-С.106-112.

4. Гладун А.Я. Сопряжение персональных ЭВМ с локальной сетью посредством дискретных модулей // Проблемы современной радиоэлектроники: Гез. докл. Всес. научно-технической конференции.- Петродаорец: Высшее военно-морское ордена Красной Звезды училище радиоэлектроники им. A.C. Попова,' 14-16 Мая

1991г.-С.72-76.

5. Гладун A.A. Моделирование протокола маркерной шины IEEE 602.4 Для оценки и проверки его достоверности при разработке контроллеров ЛВС /■/ Перспективная элементная база для обработки и передачи информации, применение микропроцессоров, БМК и све товодных технических средств: Материалы краткосрочного семинара.-Л: ЛДНГП, 6-7 мая 1991 г.-С.76-85.

6. ГладуН А.Я., Ковш А.Л. Архитектура контроллера ЛВС Ethernet // Локальные сети микроЭВЙ в системах обработки и Управления: Материалы краткосрочного семинара.-Л: ДЦКГО, 18-19 Дек. 1990г.-С. 12-19. .

Пода, к пач. 15.07.92. Формат 60x84 1/16. Офсетная печать. Печ.л.1,0; уч.-изд.л.1,0. Тира» 100. Вак. » , .

Ротапринт СПбЦНТИ 190011, Санкт-Петербург, ул. Садовая, 2

ркЛМ?11НТИ.э.6297. T.1CO. 29.U7.92.