試析高性能計算機互聯網路由器的設計

楊利

摘 要：對于并行多處理機系統而言，高速系統互聯網絡是其重要的組成部分之一。對于系統互聯網絡來而言，路由器又是其核心設備。這種設備會對互聯網的寬帶及相應的延遲造成影響，因此，路由器對并行多處理機系統的相關處理能力及效率有極其重要的意義，且對系統工作的穩定性有較大的影響。所以，對于高性能計算機互聯網路由器的設計已經成為了比較熱門的研究方向。

關鍵詞：高性能計算機；互聯網路由器；邏輯結構；NRC端口

中圖分類號：TP393.05 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.092

對于能象征國家經濟、科技、文化等綜合能力的高性能計算機已經成為了國家開發戰略中的制高點，高性能計算機對我國國民經濟的發展具有非比尋常的意義。在20世紀80年代，計算機進入了高速發展的時期，其處理器更新頻繁，但工業控制、科學計算領域對高性能計算機的要求越來越高。工業控制主要應用計算機輔助系統、計算機輔助制造和計算機的輔助設計，而科學計算領域主要指洋流分析、氣候演變模擬在內的物理現象建模分析等。

1 路由器的基本結構和功能

1.1 相關的邏輯結構及功能

在本設計中，進行的是6端口互聯芯片的設計。由于在NRC中的端口數量不僅具有良好的功能和結構，還具有其他很多優點。一般而言，NRC端口在功能、結構上均具有比較高的模塊性。NRC端口的結構如圖1所示。

以下具體介紹NRC端口結構中的模塊：①SSD模塊的數據主要是從NRC芯片中傳輸過來的，且還要通過這個端口發送數據。②SSR模塊。該模塊的數據主要來自于數據鏈路，且能將數據上傳，通過LLP模塊進行解釋處理。③LLP。該模塊主要是對上述2個模塊及相關的芯片物理鏈路提供數據服務的，可實現芯片之間進行無錯傳輸。為了達到這一目的，LLP模塊還具有對錯誤進行檢查的功能以及對錯誤進行糾正的功能。④Router Sender發送模塊。該模塊的主要數據在NRC核中接收，可對相關的虛擬通道進行管理，還可以根據指令將相關的數據向外發轉發至相關的數據發送模塊和路由器模塊。⑤Rtag Handler路由場處理模塊。在設計中，該模塊采用源路由機制，可將接收到的信息中的路由場信息交由路由場信息處理器進行數據處理，從而完成對相關網絡系統中路由消息的管控。

1.2 微包通訊

所謂“微包”，是指互聯網中進行相關數據傳送的最基本的邏輯單位，在重傳控制、信約管理等方面都是以微包作為最基本的單位進行相關數據的傳送的。相比傳統的用報文作為最小單位的設計形式看，這種設計方法可有效提高互聯網的整體性能。

2 可靠度較高的傳輸協議

在對路由芯片進行設計時，最常見的是通過鏈路的管理及自恢復功能來實現鏈路的即插即用，并通過在滑動窗口協議之上建立的重傳機制來實現鏈路的信息糾錯功能。

2.1 關于鏈路的管理和自恢復功能

在設計相關的路由器時，應注意實現鏈路的自恢復功能。這一點對于并行處理系統而言是其發揮功能的重要保證。此外，在處理器的工作過程中如果出現工作異常，則應考慮將損失降至最小?？赡馨l生的異常狀況包括子系統出錯、異常斷電等。一般情況下，系統在工作過程中發生異常時必須停機，只有在異常消失或故障排除后才能繼續運行，但各種任務會從頭開始。由此可見，發生異常狀況無疑會極大地減弱系統功能。如果可以實現一定時間內的鏈路自恢復，則能提高系統的處理性能。

2.2 在滑動窗口協議基礎上的重傳技術

數據鏈路最理想的工作狀態為接收方一側的數據接收速度不低于發送方一側的發送速度。在這種情況下，在數據鏈路上的數據不會發生傳輸差錯，易滿足鏈路協議的設計要求，可保證在發送方一側不間斷傳送數據的同時，確保接收一側能順利地將數據傳送至上層。但在實際中，各種干擾是會始終存在的。這種重傳技術的設計思路是在發送方所發送的數據上附加一定的冗余檢錯碼，這樣在接收方一側可根據相關的冗余檢錯碼進行數據檢測。如果發生錯誤，則應對請求重發的應答反應。如果在發送方一側接收到相關的重發請求，則應對相關數據幀進行重新傳送。這種方法一般被稱為在自動重發請求法。

3 高性能路由器的設計

以下主要對進一步的提高路由器的性能的方法進行分析，比如采用高效的自適應算法能高效利用網絡鏈路資源和縮短網絡時間延遲等，增加通信并行度時可采用高效的組播通訊算法等。

3.1 流程的控制研究

如果網絡中多個數據流可以共享網路資源，且不發生丟失現象，則需要流程控制策略等的幫助。其中，可能涉及的一些問題主要為數據接收方對數據的處理速度低于發送方的信息發送速度，進而導致數據丟失。但是具體的傳送速度也不能過慢。如果傳送速度過慢，則造成數據傳輸通道的浪費。對于以上的這些情況，應采取的措施為在數據傳送的過程中接收方可以向傳送方發送信號，要求傳送方暫停數據的傳送，這就是流量控制策略。在互聯網技術中的流量控制策略主要包括以下的幾種。

3.2 對于自適應路由算法的研究

路由算法的建立就是對每篇報文以及消息將要執行的路徑，互聯網中的路由算法很大程度上決定了互聯網的一些特性，具體如表1所示。

路由算法可分為自適應路由和確定性路由兩種，確定性路由就是指具有同一對源以及目標節點的所有數據都是按照同一個數據路線進行傳遞的。這樣可避免死鎖情況的發生，且易于操作。

近年來，關于自適用路由的研究文章越來越多，自適應路由主要是用來解決網絡數據傳輸中的容錯和阻塞問題。這種傳輸的基本思路就是根據網絡狀態選擇源節點與目標節點之間數據傳輸的路徑，從而提高數據傳輸的效率及工作適應性。

4 結束語

路由器的相關研究設計對高速互聯網的發展有十分重要的意義。本文的主要研究對象為高性能路由器的設計，通過對鏈路自恢復功能和重傳協議的探究，提出了相關的高性能路由器的設計方案。為了在原有基礎上進一步提高路由器的性能，還對路由器的其他性質進行了探究，包括自適應路由算法和流量控制策略。

參考文獻

[1]吳建平，劉瑩，吳茜.新一代互聯網體系結構理論研究進展[J].中國科學（信息科學），2008（10）.

[2]謝高崗，張玉軍，李振宇.未來互聯網體系結構研究綜述[J].計算機學報，2012（06）.

〔編輯：張思楠〕