基于Opnet網絡仿真軟件平臺的高效能計算機Torus結構網絡性能最優模式

摘 要： 近些年來，隨著時代經濟的飛速發展，計算機更加注重高效性的應用，并成為最終的追求目標。對于計算機性能的影響因素而言，不僅與互聯網絡拓撲結構有著直接的關聯，同時與互聯網絡中數據實際傳輸的效率有著直接的關聯。在節點內部處理器的抽象分析中，結合主要的特性，做好參數的設置，建立模型，實現計算機互聯網絡拓撲結構的有效性選擇。該文通過Opnet網絡仿真軟件平臺建立Torus結構網絡拓撲結構模型，在仿真結果中確定了Torus結構網絡性能的最優模式。

關鍵詞： Opnet網絡仿真； 高效計算機； 拓撲結構； 網絡性能

中圖分類號： TN915.02?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）24?0076?03

Optimization model of Torus network performance based on

Opnet network simulation software

ZHANG Jiyan， ZHENG Hanyuan

（Longyan University College of Information engineering， Longyan 364012， China）

Abstract： With the rapid development of the economy， the application of high efficiency of the computer has been paid more attention， and has became the ultimate goal. The influence factors of computer performance have a direct correlation with the topology of the Internet and the efficiency of data transmission. In the abstract analysis of node internal processor， combining with the main characteristics， the setting of the parameters， and the establishment of the model， the effective choice of topology of the Internet is realize. In this paper， the model of Torus network topology is established by combining with Opnet network simulation software， and the optimal model of Torus network performance is determined by the simulation results.

Keywords： Opnet network simulation； efficient computer； topological structure； network performance

21世紀的今天，高效能計算機的發展推動了各行各業的蓬勃發展。同時高效能這種特殊技術，不僅僅受節點機這種特殊硬件體系結構以及互聯網的拓撲結構影響，同時也受到節點數量的影響。本文通過結合互聯網的一種拓撲結構，在對網絡性能影響分析過程中，構建模型和仿真的形式，進行針對性的實驗驗證和分析。在仿真手段的應用過程中，通過對真實網絡情況的拓撲模型進行反映，在仿真軟件實現過程中，注重網絡結構的合理評價和分析，提出可靠性的定量依據，并實現網絡拓撲結構的根本構建。

1 基于Opnet網絡仿真軟件平臺的高效能計算

機結構分析

高效能計算機系統作為當今計算機發展的最終目標，其更加注重關鍵性技術上的根本創新。對高效能計算機的設計而言，其節點數量較多，同時節點內部也有著多種處理器。處理器結合Hyper transport總線實現的連接過程，構成Mesh結構，這種應用注重緩存的一致性[1]。關于處理器的劃分而言，在對SMP進行劃分的過程中，結合MCP68南橋芯片，并與InfiniBand適配器實現的基礎連接[2]。

節點之間的連接，往往是InfiniBand總線實現連接的過程。數據的發送和轉發過程，主要星型拓撲結構，并在物理拓撲結構的應用，有著多種邏輯拓撲結構，注重邏輯結構的有效應用，實現拓撲結構的根本選擇和分析[3]。物理拓撲對應的邏輯拓撲，同樣也對高性能計算機通信性能產生直接性的影響。

2 基于Opnet網絡仿真軟件平臺的高效能計算

機Torus結構網絡性能最優模式的實現

2.1 系統分析

系統之間的節點，其拓撲結構往往有著諸多的選擇，在數據流實際傳輸中，節點中的loongson3A的CPU就要做好數據包的基礎創建，在結合X?Y路由協議實現數據包的根本傳送；在對節點內部的CPU的綜合分析中，應注重適配器在網絡上的基礎性轉發和應用[4]。而Switch在實際的轉發過程，注重InfiniBand適配器的基礎應用。在實際的轉發過程中，首先是CPU對數據包進行創建，在節點內部進行發送，并在X?Y路由協議的作用下，向邊緣CPU進行發送，通過轉發接收的過程，并達到目的的CPU[5]。

在對同種類型節點功能的分析過程中，結合抽象性的模型應用；在面對對象機制的基礎建模應用過程，注重自己特有屬性的根本分析，實現各自不同性的根本保持。基于互聯網絡仿真的過程，結合網絡交換機實現的建模，并在模擬網絡數據包的相關轉發過程中，做好主干交換機基礎數據包的根本接收和分析[6]。在主干交換機的工作應用過程，應注重數據包基礎目的的全面實現，并在相應的基礎轉換過程中，做好交換機的根本建模和仿真應用。對于InfiniBand互聯網而言，對應的模型主要是InfiniBand適配器節點模型。

2.2 系統實現

系統的實現首先要做好處理器模型的應用，數據包模塊的設置中，結合時間間隔，對不同的數據包進行創建，而在實際發送過程中，做好模塊的基礎維護，并及時地檢查滑動窗口內的信息，在隊列模塊中實現正確包的及時發送[7]。關于X?Y路由協議方式的應用，結合節點內的一種路由表，按照正確的方法實現發送的過程，轉發進程的模型如圖1所示。

圖1 轉發進程的模型

模塊的入口狀態中，init為初始的狀態。初始化轉發模型的應用中，通過對路由表進行創建，并在模塊的根本轉發中，做好鄰節點地址的有效性保存。一旦初始化處于完成的狀態，就要向st_1狀態進行轉移，并滿足PK_ARRVL轉移條件，在模塊轉發時對包的時效性進行判斷[8]。在對包的源IP地址記錄的過程中，結合包的標識號，對標識進行重傳，并做好時間信息的及時創建。包的目的節點分析過程，結合窗口占用狀態，實現包的成功接收。

其次，對于InfiniBand適配器模型而言，主要是結合InfiniBand芯片實現數據包的轉發。在模塊和收信機模塊以及發信機模塊的組合應用下，做好收信機各種包模塊的基礎應用。在轉發模塊對節點模型的根本記錄過程中，結合IP地址，做好對應轉發端口號的實現。而葉交換機模型的應用，往往是結合Fat?tree拓撲結構，這種InfiniBand的應用，往往將兩層交換機相互連接的實現。轉發的進程如圖2所示。

圖2 轉發的進程

對于進程模型的入口而言，同樣是init狀態，路由表在數據結構鏈表的基礎實現過程，對本節點特定發送機的一種節點過程實現，而做好發送機對應相關轉發端口號的基礎應用。初始化處于完畢的狀態，結合Init狀態將idle狀態實現，在模塊等待包到達的實現過程，將PK_ARRVL轉移條件滿足，并做好下一環節的基礎應用[9]。

最后，主干機交換模型的基礎實現，同樣也是收信機和發信機模型的應用，在主干交換機相連接的過程，結合IP地址的查詢和轉發，實現數據包的及時轉發，并做好數據包轉發模型的基礎應用，對空間狀態進行有效性的恢復。一般而言，高性能計算機互聯網絡模型有著多種類型，對于Torus的一種網絡模型，網絡拓撲結構如圖3所示。

圖3 Torus拓撲結構

為了更好的表現出Torus拓撲結構的不同特點，對Mesh拓撲結構進行構建，如圖4所示。

圖4 Mesh拓撲結構

對于不同的拓撲結構，其通信系統同樣也有著不同的功能影響，在適配器模型互連結構過程應用中，更加注重多種模式的綜合應用。

3 結果分析

網絡性能的定量分析過程，往往是結合相對合適的網絡性能指標，而基于評價信息網絡性能的特點，注重網絡吞吐量的根本分析，在以包傳輸的應用過程，聯系計算機通信網絡的特征，結合靜態結構，對網絡傳輸效率以及鏈路吞吐率進行分析，進而對數據包的傳輸特性進行評價。從結構上進行分析，拓撲結構中節點之間有著較短的距離，將會產生較低的傳輸延時。在網絡直徑的分析過程，相對而言，Torus拓撲結構的網絡直徑為[2[162]]，對剖寬度為[216]。而 Mesh拓撲結構的網絡直徑為[2[16-1]]，對剖寬度為[16]。相對而言Torus拓撲結構，有著較大的優勢。拓撲結構的不同，同樣對于包的延時有著較大的影響。一般而言，延時較大，將會有著較慢的網絡相應速度，同時用戶等待時間也就越長，以至于計算機的性能相對較差，實際的應用性也是處于較差的狀態。對于Mesh拓撲結構，端對端的一種平均延時時間是0.004 s，而對于Torus拓撲結構，包的端對端平均延時值是0.003 s。相對而言，Torus拓撲結構具有較大的優勢。

在收包率的分析過程中，Torus拓撲結構和Mesh拓撲結構如圖5所示。綜上所述，對于互連網絡中大數據的傳輸而言，Torus拓撲結構不僅僅可以將網絡擁塞程度降低，同時也能將計算機高效性充分體現。由仿真結果的分析可知，結合Torus拓撲結構對于高效能計算機互連網有著更好的應用前景。

圖5 Torus拓撲結構和Mesh拓撲結構（發送包個數/s）

4 結 語

本文通過使用Opnet網絡仿真軟件，在高效能計算機建模過程中，結合高效能計算機內部節點的一種物理拓撲，并在多種邏輯拓撲問題分析中，建立Torus拓撲結構和Mesh拓撲結構模型，對比仿真結果，得出Torus拓撲結構的最優性能及節點間拓撲結構的有效性表達。

參考文獻

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