इंटरकनेक्शन नेटवर्क डिज़ाइन

एक interconnection networkएक समानांतर मशीन में किसी भी स्रोत नोड से किसी भी वांछित गंतव्य नोड के लिए जानकारी स्थानांतरित करता है। इस कार्य को यथासंभव छोटी विलंबता के साथ पूरा किया जाना चाहिए। इसे बड़ी संख्या में ऐसे स्थानांतरणों को समवर्ती रूप से करने की अनुमति देनी चाहिए। इसके अलावा, यह मशीन के बाकी हिस्सों की लागत की तुलना में सस्ती होनी चाहिए।

नेटवर्क लिंक और स्विच से बना है, जो स्रोत नोड से गंतव्य नोड तक जानकारी भेजने में मदद करता है। एक नेटवर्क इसकी टोपोलॉजी, रूटिंग एल्गोरिदम, स्विचिंग रणनीति और प्रवाह नियंत्रण तंत्र द्वारा निर्दिष्ट किया गया है।

संगठनात्मक संरचना

इंटरकनेक्शन नेटवर्क तीन मूल घटकों से बना है -

• Links- एक लिंक एक स्विच या नेटवर्क इंटरफ़ेस पोर्ट से जुड़े प्रत्येक छोर पर कनेक्टर के साथ एक या एक से अधिक ऑप्टिकल फाइबर या बिजली के तारों की एक केबल है। इसके माध्यम से, एक एनालॉग सिग्नल को एक छोर से प्रेषित किया जाता है, मूल डिजिटल जानकारी स्ट्रीम प्राप्त करने के लिए दूसरे पर प्राप्त किया जाता है।

• Switches- एक स्विच इनपुट और आउटपुट पोर्ट के एक सेट से बना होता है, एक आंतरिक "क्रॉस-बार" जो सभी इनपुट को सभी आउटपुट, आंतरिक बफ़रिंग से जोड़ता है, और प्रत्येक समय पर इनपुट-आउटपुट कनेक्शन को प्रभावित करने के लिए लॉजिक को नियंत्रित करता है। आम तौर पर, इनपुट पोर्ट की संख्या आउटपुट पोर्ट की संख्या के बराबर होती है।

• Network Interfaces- नेटवर्क इंटरफ़ेस स्विच नोड्स की तुलना में काफी अलग व्यवहार करता है और विशेष लिंक के माध्यम से जुड़ा हो सकता है। नेटवर्क इंटरफ़ेस पैकेट को प्रारूपित करता है और रूटिंग और नियंत्रण जानकारी का निर्माण करता है। इसमें स्विच की तुलना में इनपुट और आउटपुट बफरिंग हो सकती है। यह एंड-टू-एंड एरर चेकिंग और फ्लो कंट्रोल कर सकता है। इसलिए, इसकी लागत इसकी प्रसंस्करण जटिलता, भंडारण क्षमता और बंदरगाहों की संख्या से प्रभावित होती है।

इंटरकनेक्शन नेटवर्क

इंटरकनेक्शन नेटवर्क स्विचिंग तत्वों से बना होता है। टोपोलॉजी व्यक्तिगत स्विच को अन्य तत्वों से कनेक्ट करने का पैटर्न है, जैसे प्रोसेसर, मेमोरी और अन्य स्विच। एक नेटवर्क समानांतर प्रणाली में प्रोसेसर के बीच डेटा के आदान-प्रदान की अनुमति देता है।

• Direct connection networks- डायरेक्ट नेटवर्क में पड़ोसी नोड्स के बीच पॉइंट-टू-पॉइंट कनेक्शन हैं। ये नेटवर्क स्थिर हैं, जिसका अर्थ है कि पॉइंट-टू-पॉइंट कनेक्शन तय हो गए हैं। प्रत्यक्ष नेटवर्क के कुछ उदाहरण रिंग, मेष और क्यूब्स हैं।

• Indirect connection networks- अप्रत्यक्ष नेटवर्क का कोई निश्चित पड़ोसी नहीं है। संचार टोपोलॉजी को एप्लिकेशन की मांगों के आधार पर गतिशील रूप से बदला जा सकता है। अप्रत्यक्ष नेटवर्क को तीन भागों में विभाजित किया जा सकता है: बस नेटवर्क, मल्टीस्टेज नेटवर्क और क्रॉसबार स्विच।

  • Bus networks- एक बस नेटवर्क कई बिट लाइनों से बना होता है जिस पर कई संसाधन जुड़े होते हैं। जब busses डेटा और पतों के लिए एक ही भौतिक रेखाओं का उपयोग करते हैं, तो डेटा और एड्रेस लाइन्स समय मल्टीप्लेक्स होते हैं। जब बस में कई बस-स्वामी जुड़े होते हैं, तो एक मध्यस्थ की आवश्यकता होती है।

  • Multistage networks- एक मल्टीस्टेज नेटवर्क में कई चरणों के स्विच होते हैं। यह 'axb' स्विचेस से बना है जो एक विशेष इंटरस्टेज कनेक्शन पैटर्न (ISC) का उपयोग करके जुड़ा हुआ है। छोटे 2x2 स्विच तत्व कई मल्टीस्टेज नेटवर्क के लिए एक आम विकल्प हैं। चरणों की संख्या नेटवर्क की देरी को निर्धारित करती है। विभिन्न इंटरस्टेज कनेक्शन पैटर्न को चुनकर, विभिन्न प्रकार के मल्टीस्टेज नेटवर्क बनाए जा सकते हैं।

  • Crossbar switches- एक क्रॉसबार स्विच में सरल स्विच तत्वों का एक मैट्रिक्स होता है जो कनेक्शन बनाने या तोड़ने के लिए चालू और बंद हो सकता है। मैट्रिक्स में एक स्विच तत्व को चालू करना, एक प्रोसेसर और मेमोरी के बीच संबंध बनाया जा सकता है। क्रॉसबार स्विच गैर-अवरुद्ध हैं, यह सभी संचार क्रमपरिवर्तन को अवरुद्ध किए बिना किया जा सकता है।

नेटवर्क टोपोलॉजी में डिजाइन ट्रेड-ऑफ का मूल्यांकन

यदि मुख्य चिंता रूटिंग दूरी है, तो आयाम को अधिकतम करना होगा और एक हाइपरक्यूब बनाया जाना चाहिए। स्टोर-एंड-फॉरवर्ड रूटिंग में, यह मानते हुए कि स्विच की डिग्री और लिंक की संख्या एक महत्वपूर्ण लागत कारक नहीं थी, और लिंक या स्विच की संख्या मुख्य लागत हैं, आयाम को कम से कम करना होगा और एक जाल बनाया।

प्रत्येक नेटवर्क के लिए सबसे खराब ट्रैफ़िक पैटर्न में, उच्च आयामी नेटवर्क होना पसंद किया जाता है जहाँ सभी रास्ते कम होते हैं। पैटर्न में जहां प्रत्येक नोड केवल एक या दो पास के पड़ोसियों के साथ संचार कर रहा है, यह कम आयामी नेटवर्क होना पसंद किया जाता है, क्योंकि केवल कुछ आयाम वास्तव में उपयोग किए जाते हैं।

मार्ग

किसी नेटवर्क का रूटिंग एल्गोरिदम निर्धारित करता है कि स्रोत से गंतव्य तक के संभावित रास्तों में से किस मार्ग का उपयोग किया जाता है और प्रत्येक विशेष पैकेट के बाद मार्ग कैसे निर्धारित किया जाता है। डायमेंशन ऑर्डर रूटिंग कानूनी रास्तों के सेट को सीमित करता है ताकि प्रत्येक स्रोत से प्रत्येक गंतव्य तक बिल्कुल एक मार्ग हो। पहले उच्च क्रम के आयाम में सही दूरी की यात्रा करके, फिर अगला आयाम और इसी तरह से प्राप्त किया गया।

रूटिंग मैकेनिज्म

अंकगणित, स्रोत-आधारित पोर्ट का चयन, और टेबल लुक-अप तीन तंत्र हैं जो पैकेट हेडर में जानकारी से आउटपुट चैनल निर्धारित करने के लिए उच्च गति स्विच का उपयोग करते हैं। ये सभी तंत्र पारंपरिक LAN और WAN राउटर में लागू होने वाले सामान्य राउटिंग कंप्यूटर्स की तुलना में सरल हैं। समानांतर कंप्यूटर नेटवर्क में, स्विच को हर चक्र में अपने सभी इनपुट के लिए रूटिंग निर्णय लेने की आवश्यकता होती है, इसलिए तंत्र को सरल और तेज होना चाहिए।

नियतात्मक रूटिंग

एक राउटिंग एल्गोरिथ्म नियतात्मक है यदि संदेश द्वारा लिया गया मार्ग विशेष रूप से उसके स्रोत और गंतव्य द्वारा निर्धारित किया जाता है, और नेटवर्क में अन्य ट्रैफ़िक द्वारा नहीं। यदि कोई रूटिंग एल्गोरिथम केवल गंतव्य की ओर सबसे छोटे पथ का चयन करता है, तो यह न्यूनतम है, अन्यथा यह गैर-न्यूनतम है।

डेडलॉक फ़्रीडम

गतिरोध विभिन्न स्थितियों में हो सकता है। जब दो नोड्स एक-दूसरे को डेटा भेजने का प्रयास करते हैं और प्रत्येक प्राप्त होने से पहले भेजने लगते हैं, तो 'हेड-ऑन' गतिरोध हो सकता है। गतिरोध का एक और मामला तब होता है, जब नेटवर्क के भीतर संसाधनों के लिए कई संदेश प्रतिस्पर्धा करते हैं।

एक नेटवर्क को साबित करने के लिए बुनियादी तकनीक गतिरोध मुक्त है, जो नेटवर्क के माध्यम से चल रहे संदेशों के परिणामस्वरूप चैनलों के बीच हो सकने वाली निर्भरता को साफ करने और यह दिखाने के लिए है कि समग्र चैनल निर्भरता ग्राफ में कोई चक्र नहीं हैं; इसलिए कोई यातायात पैटर्न नहीं है जो गतिरोध पैदा कर सकता है। ऐसा करने का सामान्य तरीका चैनल संसाधनों की संख्या है, ताकि सभी मार्ग एक विशेष रूप से बढ़ते या घटते क्रम का पालन करें, ताकि कोई निर्भरता चक्र उत्पन्न न हो।

स्विच डिजाइन

एक नेटवर्क का डिज़ाइन स्विच के डिज़ाइन और स्विच को एक साथ कैसे वायर्ड किया जाता है, पर निर्भर करता है। स्विच की डिग्री, इसके आंतरिक मार्ग तंत्र, और इसकी आंतरिक बफरिंग यह तय करती है कि टोपोलॉजी का समर्थन किया जा सकता है और क्या अनुमार्गण एल्गोरिदम को लागू किया जा सकता है। कंप्यूटर सिस्टम के किसी भी अन्य हार्डवेयर घटक की तरह, एक नेटवर्क स्विच में डेटा पथ, नियंत्रण और भंडारण होता है।

बंदरगाहों

पिन की कुल संख्या वास्तव में चैनल चौड़ाई की इनपुट और आउटपुट पोर्ट की कुल संख्या है। जैसे ही चिप की परिधि क्षेत्र की तुलना में धीरे-धीरे बढ़ती है, स्विच पिन सीमित हो जाते हैं।

आंतरिक डाटापथ

डेटापाट इनपुट पोर्ट के प्रत्येक सेट और हर आउटपुट पोर्ट के बीच की कनेक्टिविटी है। इसे आम तौर पर आंतरिक क्रॉस-बार के रूप में जाना जाता है। एक गैर-अवरोधक क्रॉस-बार वह है जहां प्रत्येक इनपुट पोर्ट को किसी भी क्रमपरिवर्तन में एक अलग आउटपुट से जोड़ा जा सकता है।

चैनल बफ़र्स

स्विच के भीतर बफर स्टोरेज के संगठन का स्विच प्रदर्शन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। पारंपरिक राउटर और स्विच में बड़े SRAM या DRAM बफ़र्स होते हैं जो स्विच फैब्रिक के लिए बाहरी होते हैं, जबकि वीएलएसआई स्विच में बफरिंग स्विच के लिए आंतरिक होती है और डेटापाथ और कंट्रोल सेक्शन के समान सिलिकॉन बजट से बाहर आती है। चिप का आकार और घनत्व बढ़ने पर, अधिक बफरिंग उपलब्ध है और नेटवर्क डिजाइनर के पास अधिक विकल्प हैं, लेकिन फिर भी बफर रियल-एस्टेट एक प्रमुख विकल्प पर आता है और इसका संगठन महत्वपूर्ण है।

प्रवाह नियंत्रण

जब एक ही समय में एक ही साझा नेटवर्क संसाधनों का उपयोग करने के लिए नेटवर्क प्रयास में कई डेटा प्रवाह होता है, तो इन प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए कुछ कार्रवाई की जानी चाहिए। यदि हम कोई डेटा नहीं खोना चाहते हैं, तो कुछ प्रवाह अवरुद्ध होना चाहिए, जबकि अन्य आगे बढ़ते हैं।

प्रवाह नियंत्रण की समस्या सभी नेटवर्क और कई स्तरों पर उत्पन्न होती है। लेकिन यह स्थानीय और व्यापक क्षेत्र नेटवर्क की तुलना में समानांतर कंप्यूटर नेटवर्क में गुणात्मक रूप से भिन्न है। समानांतर कंप्यूटरों में, नेटवर्क ट्रैफ़िक को एक बस में ट्रैफ़िक की तरह सटीक रूप से वितरित करने की आवश्यकता होती है और बहुत छोटे समय के पैमाने पर बहुत बड़ी संख्या में समानांतर प्रवाह होते हैं।