交換技術的design space是什麼?
交換是將訊息從輸入緩衝區移到輸出緩衝區的實際機制。所應用的交換技術對訊息延遲有巨大影響,因此在設計任何分散式記憶體計算機時,交換方法的選擇至關重要。交換技術的design space如圖所示。
分組交換(儲存轉發)
在第一代多計算機中,分組交換機制借鑑自計算機網路領域。分組交換機制以儲存轉發的方式執行,類似於郵政服務。訊息被分成資料包,這些資料包透過源節點和目標節點之間的通訊網路獨立傳送。
電路交換
電路交換方法類似於電話系統,其中在源和目標之間首先建立一條路徑,並且在傳輸整個訊息之前保持電路連線。電路交換機制分為三個階段:
- 電路建立階段
- 傳輸階段
- 終止階段
在第一階段,透過向網路傳送稱為探測器的特殊短訊息來建立通訊電路。探測器在分組交換方案中與資料包報頭起著類似的作用。當建立通訊電路後,可以啟動第二階段,在此階段,實際訊息透過通訊電路傳送。在此階段,構成電路的通道被獨佔保留,其他任何訊息都無法透過它們傳輸。
在最後階段,電路被銷燬,這可以透過傳輸訊息的尾部或目標節點返回的確認訊息來實現。如果在電路建立階段所需通道被另一個電路佔用,則部分建立的電路可能會被銷燬。
虛擬直通
虛擬直通試圖整合分組交換和電路交換的優點。訊息被分成稱為流量控制數字或微資料包的小單元。只要所需的通道空閒,訊息就會以流水線方式在節點之間逐個微資料包轉發。
如果所需的通道繁忙,則微資料包會在中間節點緩衝。根據可用緩衝區的大小,虛擬直通可以以不同的方式執行。如果緩衝區足夠大,則整個訊息會在阻塞的中間節點緩衝,導致行為類似於分組交換。如果緩衝區不夠大,則訊息將跨多個節點緩衝,從而佔用它們之間的鏈路。
蟲洞路由
蟲洞路由是虛擬直通的一種特例,其中中間節點的緩衝區大小為一個微資料包。在爭用不可忽略的網路中,蟲洞路由優於電路交換和虛擬直通。在電路交換中,一旦通道分配給訊息,在通道空閒之前,其他訊息就無法使用它。在虛擬直通中,阻塞的訊息必須儲存在中間節點的緩衝區中。