Verbindungsnetzwerke für parallel und verteilte Systeme.pdf

1 Konventionelle Kopplungen
1.1 Einleitung
In der Technik werden Verbindungsnetzwerke im wesentlichen auf vier verschiedenen
Gebieten eingesetzt: Bei Parallelrechnern [Giloi93], räumlich verteilten
Rechensystemen bzw. Client Server-Architekturen [Langen94], Rechnernetzen
wie das Internet [Mezza94] und in der Telekommunikation
[Schwartz87].
In der Parallelverarbeitung sind Verbindungsnetzwerke ein wichtiger Bestandteil
der Rechnerarchitektur, die vom Aufbau der Rechenknoten und deren
Verschaltung untereinander festgelegt wird [Regen87]. Die Rechenknoten bzw.
Rechner und deren Kopplung beeinflussen zusammen mit der Programmierung
die Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems. Programme werden mit Hilfe von
Kommunikationsmodellen wie (verteiltem) gemeinsamem Speicher bzw. Botschaftenaustausch
erstellt, die die Interprozessorkommunikation aus der Sicht
des Benutzers regeln. Die Kommunikation wird implementierungstechnisch
über Verbindungsnetzwerke realisiert, um die Kopplung von Rechenknoten
untereinander, mit Speichermoduln und mit der Peripherie zu bewerkstelligen.
Verteilte Systeme bestehen aus Arbeitsplatzrechnern oder PCs, die über ein
lokales Netz (LAN) wie Ethernet oder ATM [Mezza94] miteinander verbunden
sind. Die Netze bestehen aus einzelnen Strängen, die ketten- oder sternartig
über Switche gekoppelt sind. Die parallele Programmierung erfolgt mit Hilfe
von Kommunikationsbibliotheken wie PVM oder MPI in Standardprogrammiersprachen.
Aufgrund der großen Verbreitung dieser Systeme werden
die sie verbindenden lokalen Netze, ihr Aufbau und ihre Betriebsarten immer
wichtiger. Die Switche, die die einzelnen Subnetze zusammenschalten, verwenden
intern Verbindungsnetzwerke, wie sie bei Parallelrechnern eingesetzt
werden.
Weitreichende Rechnernetze (MANs, WANs) wie das Internet basieren auf
einer Vielzahl von Gateway- und Name Server-Rechnern, die über Switche und
Subnetze gekoppelt sind. Sie werden als Basis für die Realisierung neuer Dienste
wie Multimedia und Video-on-Demand angesehen. Notwendige Voraussetzung
für diese Dienste sind Kommunikationspfade mit hoher Bandbreite
und garantierter Latenzzeit; Eigenschaften, wie sie bei Verbindungsnetzwerken
für räumlich konzentrierte Systeme bereits realisiert wurden, so daß auch hier
Parallelrechnernetze Einfluß ausüben.
In der Telekommunikation spielen Koppelnetze für die Vermittlung von Telefongesprächen
und sonstigen analogen oder digitalen Daten eine wichtige
Rolle. Sie sind zusammen mit Übertragungseinrichtungen für den Transport
und die gezielte Vermittlung von Information notwendig. Die Kopplung von
Schaltern oder Routern, aus denen Netze im wesentlichen bestehen, mit Übertragungseinrichtungen
wie Glasfasern erlaubt, große Entfernungen zwischen
beliebig wählbaren Teilnehmern überbrücken zu können.
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