Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.442

В зависимости от сети и самого пакета, поступающий в сеть пакет перед отправкой по исходящей линии или передачей прикладной программе может требовать той или иной обработки. Обработка может включать принятие решения о том, куда передавать пакет, разбиение пакета на части или сборку его из частей,

управление качеством обслуживания (особенно в отношении аудио- и видеопотоков), защиту данных (кодирование и декодирование), компрессию и декомпрессию, и т. п.

Когда скорость передачи данных в локальной сети приближается к 40 Гбит/с, а размер пакета — к 1 Кбайт, сетевой компьютер должен обрабатывать почти 5 млн. пакетов в секунду. Для пакетов размером 64 байт это значение возрастает примерно до 80 млн. пакетов в секунду. Выполнение всех упомянутых функций за время порядка 12-200 не, в дополнение к неизменно необходимому копированию пакетов, просто невозможно реализовать программно. Аппаратная поддержка здесь принципиально необходима.

Одним из путей аппаратного решения проблемы быстрой обработки пакетов является использование специализированных интегральных схем (Application-Specific Integrated Circuit, ASIC). Такая микросхема подобна аппаратно реализованной программе, которая может выполнять любое из заранее предусмотренных действий. Основой многих современных маршрутизаторов являются схемы ASIC. Впрочем, и со специализированными интегральными схемами связаны некоторые проблемы. Прежде всего, их долго проектировать и не менее долго производить. Кроме того, это жестко запрограммированные устройства, то есть чтобы внести новую функциональность, приходится разрабатывать и изготавливать новую микросхему. Хуже того, настоящим кошмаром являются ошибки, так как единственным способом их исправления является разработка, изготовление и установка новой (исправленной) микросхемы. Наконец, этот подход является весьма затратным, если только большой объем производства не позволяет компенсировать расходы на разработку.

Второй подход основан на использовании программируемых вентильных матриц (Field Programmable Gate Array, FPGA). Такая матрица представляет собой набор вентилей, из которых путем перекоммутации строится требуемая схема. Сроки выхода программируемых вентильных матриц на рынок гораздо короче, чем у специализированных интегральных схем, к тому же их можно перепрограммировать в «полевых условиях» при помощи специального программатора. Но в то же время они очень сложные, дорогие и более медленные, чем схемы ASIC, поэтому программируемые вентильные матрицы не получили широкого распространения, исключая некоторые узкоспециальные области.

Наконец, перейдем к сетевым процессорам — устройствам, способным обрабатывать входящие и исходящие пакеты со скоростью их передачи, то есть в реальном времени. Обычно они реализуются в виде съемной платы, содержащей, помимо кристалла сетевого процессора, память и вспомогательную логику. К плате подключается одна или несколько сетевых линий. Процессор получает из линии пакеты, обрабатывает их, после чего передает по другой линии, если это маршрутизатор, или отправляет в главную системную шину (то есть в шину PCI), если это оконечное устройство, которым может быть, например, персональный компьютер. Типичный сетевой процессор и его плата показаны на рис. 8.13.