Verbindungsnetzwerke für parallel und verteilte Systeme.pdf

Dies ist z.B. bei allen systolischen Algorithmen der Fall, aber auch bei Verfahren
aus der Bildverarbeitung und bei Matrizenarithmetik.
Ein dynamischer Verbindungsaufbau kann Datenabhängigkeiten, die erst zur
Laufzeit bekannt werden, berücksichtigen und nicht mehr benötigte Verbindungen
ab- und neue aufbauen. Der dynamische Verbindungsaufbau ist flexibler,
aber er erfordert eine schnelle Rekonfigurierbarkeit des Netzes sowie einen
erhöhten Betriebssystemaufwand, um die Verbindungswünsche effizient
und sicher herstellen zu können. Üblicherweise wird bei Parallelrechnernetzen
ein dynamischer Verbindungsaufbau gewählt.
2.5.4 Verbindungssteuerung
Die Entscheidung, über welche Zwischenknoten ein Datenpaket zum Ziel gelangt,
bzw. über welche Streckenabschnitte ein unformatiertes Datum zum
Empfänger transportiert wird, kann entweder von einer einzigen zentralen Instanz,
die ein besonderer Knoten oder ein Host-Rechner sein kann, getroffen
werden oder sie wird von vielen lokalen Knoten in dezentraler Art und Weise
vorgenommen. Man spricht deshalb entweder von zentraler oder von lokaler
Verbindungssteuerung.
Eine zentrale Steuerung des Verbindungsaufbaus hat den Vorteil, daß die
Verbindungswünsche, die von den Rechenknoten an sie herangetragen werden,
so realisiert werden können, daß ein globales Optimum bzgl. des Datendurchsatzes
und der Latenzzeit entsteht, vorausgesetzt, das Netzwerk bietet verschiedene
Alternativen in der Wegewahl. Zentrale Steuerungen haben deshalb das
Potential, ein Netz besonders effizient nutzen zu können.
Leider sind mit einer zentralen Instanz auch mehrere Nachteile verbunden:
Um Wartezeiten bei einem für alle Knoten gemeinsamen Verbindungs-Server
zu vermeiden, muß dieser erheblich schneller als die Wünsche seiner Klienten
sein, was sich nur für eine kleine Kundenzahl realisieren läßt. Große Parallelrechnersysteme
können deshalb nicht auf einer gemeinsamen Verbindungssteuerung
beruhen, da diese einen Engpaß darstellen würde. Darüberhinaus hat
eine zentrale Instanz den Nachteil, daß das ganze System bei deren Ausfall
blockiert würde. Deshalb ist bei fehlertoleranten und/oder massiv parallelen
Rechnern eine auf mehrere oder alle Knoten verteilte Verbindungssteuerung
das Mittel der Wahl.
Allerdings ist nicht bei allen Netztypen eine Dezentralisierung machbar. Die
Kategorie der mehrstufigen Netze z.B., die nur durch Umordnen interner Wege
blockierungsfrei ist (rearrangable non blocking networks), erfordern eine zentrale
Vergabe aller Teilstrecken im Netz, da sonst nicht alle Verbindungswünsche
realisiert werden können. Die mit diesen Netzen verbundenen
Wegesuchalgorithmen werden auf einem einzigen Verbindungs-Server sequentiell
ausgeführt. Eine Parallelisierung der Algorithmen und deren verteilte
Ausführung auf einer beliebigen Zahl von Knoten, z.B. entsprechend der Zahl
der Prozessoren im System, ist oft nicht möglich oder wünschenswert. Beispiele
für Netze, bei denen eine Dezentralisierung schwierig ist, sind das Benes-
63