Рис, 8.31. Различные топологии. Жирные точки соответствуют коммутаторам. Процессоры и модули памяти не показаны: звезда (а); полная взаимосвязь (б); дерево (в); кольцо (г); решетка (д); двойной тор (е); куб (ж); четырехмерный гиперкуб (з)
Коммуникационные сети можно характеризовать по их размерности. Размерность определяется числом возможных вариантов перехода от источника к приемнику. Если выбора нет (то есть существует только один путь от каждого источника к каждому приемнику), то сеть нульмерная. Если есть два возможных
варианта (например, либо на восток, либо на запад), то сеть одномерная. Если есть две оси, и пакет может направиться на восток или на запад либо на север или на юг, то говорят, что такая сеть двухмерная, и т. д.
На рис. 8.31 показано несколько топологий. Здесь изображены только линии связи и коммутаторы (в виде точек). Модули памяти и процессоры (они на рисунке не показаны) соединяются с коммутаторами через интерфейсы. На рис. 8.29, а изображена нульмерная конфигурация звезда, в которой процессоры и модули памяти подключаются к внешним узлам, а переключение совершает центральный узел. Такая схема очень проста, но в большой системе центральный коммутатор окажется узким местом системы. С точки зрения отказоустойчивости это тоже очень неудачная схема, поскольку отказ одного центрального коммутатора вызывает крах всей системы.
На рис. 8.31, б изображена другая нульмерная топология — полная взаимосвязь. Здесь каждый узел непосредственно связан со всеми остальными. В такой схеме пропускная способность сечения максимальна, диаметр минимален, а отказоустойчивость очень высока (даже при утрате шести линий связи система все равно остается полносвязной). Однако для k узлов требуется k(k - 1)/2 каналов, а это совершенно неприемлемо для больших значений k.
Следующая топология — дерево (рис. 8.31, в). Здесь основная проблема состоит в том, что пропускная способность сечения равна пропускной способности линии связи. Обычно основной трафик наблюдается у верхушки дерева, поэтому верхние узлы становятся узким местом всей системы. Чтобы разрешить эту проблему, нужно увеличить пропускную способность сечения путем увеличения пропускной способности верхних линий связи. Например, самые нижние линии могут иметь пропускную способность й, следующий уровень — 2й, а каждая линия верхнего уровня — 4й. Такая схема, названная толстым деревом (fat tree), применялась в коммерческих мультикомпьютерах Thinking Machines' СМ-5.
Кольцо (рис. 8.31, г) — это одномерная топология, поскольку каждый отправленный пакет может пойти направо или налево. Решетка, или сетка (рис. 8.31, Э), — это двухмерная топология, которая применяется во многих коммерческих системах. Она отличается регулярностью и легко масштабируется в сторону увеличения, а ее диаметр составляет квадратный корень от числа узлов (то есть при масштабировании системы диаметр увеличивается незначительно). Двойной тор (рис. 8.31, ё) является разновидностью решетки, у которой края соединены. Эта топология характеризуется более высокой отказоустойчивостью и меньшим диаметром, чем обычная решетка, поскольку в ней между двумя противоположными узлами всего два хопа.