Лекция 3. Коммутируемые сети в ИУС РВ (1185217)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Коммутируемые сети в ИУС РВКафедра АСВК,Лаборатория Вычислительных КомплексовБалашов В.В.Бортовые сетиБортовые сети – обеспечение связи между бортовыми подсистемамиНадежная доставкаСоблюдение требований реального времениКаналы точка-точкаМного кабелейПропускная способность: недоиспользование, нехватка, сложность наращиванияСложно закладывать резервПроблемы с передачей данных по сложному маршрутуНизкая адаптивность (невозможна реконфигурация)Интеграция каналов,мультиплексирование трафикаМного каналов точка-точка  общая шина для многих потоков данныхПроблема коллизий при доступе к шинесинхронизация доступа (нужно единое время)централизованное управление (накладные расходы…)Последовательная обработка запросов => задержкиНет устойчивости к «генерации» в канале при выходе абонента из строяКоммутатор: параллелизм обменаBACSWEДуплексные (двунаправленные) каналыЧастичный параллелизм обменаDAB || BC || CDAB, CB– нет конфликта– конфликт на линии SWB; как делить линию?Неустойчивость к «генерации»Проблема мультиплексирования потоков данных при отправкеОставшиеся конфликты – как лечить?синхронизация доступа (нужно единое время)централизованное управление (накладные расходы…)верхние оценки задержек (а если между A и B большой поток?)Виртуальные каналыРазделение пропускной способности, разграничение потоков данных=> пригодность для сложного трафика из множества потоков данныхГарантированные верхние границы задержекРезервирование, гибкость реконфигурацииРеализация: согласованные действия отправителя и коммутаторовУстойчивость к «генерации»коммутатор сбрасывает слишком частые кадрыПротоколы коммутируемых сетейс поддержкой ВКAFDX (на базе 100 Мбит Ethernet)FC-AE-ASM-RT (на базе Fibre Channel)Стандарт AFDXAvionics Full-Duplex Ethernet (AFDX) –стандарт построения бортовых сетей наоснове протокола EthernetОснован на протоколеEthernetПолнодуплексная передачаданныхПозволяет достичьпропускной способности 100Мбит/с на одном физическомсоединенииАрхитектура сети AFDXКомпоненты:Абоненты (бортовые подсистемы, отправители иполучатели данных)Оконечные системы – интерфейс междуабонентами и сетьюКоммутаторы и физические соединенияАрхитектура сети AFDXДублирование сети для увеличения надежностипередачиКадры передаются одновременно в обе сетиПри диагностировании ошибки (например,несовпадение контрольной суммы) в одной сетиданные берутся из другой сетиНа оконечной системе производится сброс кадра вслучае, если кадр уже пришел из другой сетиСтек протоколовКанальный уровеньEthernetВиртуальные каналыМаршрутизацияСетевой уровеньIP (без маршрутизации)Транспортный уровеньUDPСтек протоколовВиртуальные каналыОдна оконечная система – отправитель и одна или болееоконечная система – получательМаршрут следования кадров виртуального каналапрописан статически в коммутаторахСтек протоколовПараметры виртуальных каналовДля каждого виртуального каналавводятся следующие параметры:BAG – Bandwidth Allocation Gap –минимальный интервал времени веждуначалами выдачи последовательных кадровна одном виртуальном канало (1-128 мс,является степенью двойки)Lmax – максимальный размер кадра(<=1518байт)Jmax – максимально допустимое отклонениемежду кадрами от BAGПараметры виртуальных каналов:BAGИспользование BAG для достижения максимальнойвыделенной пропускной способности:Альтернативный вариант:В дальнейшем рассматривается только первый вариантпередачи, без промежутков между соседними BAGПропускная способностьвиртуальных каналовВычисление:Bandwidth = Lmax / BAGBAG = 32 мсLmax = 200 байтBandwidth = 200 байт / ( 32 / 1000 ) сек = 6250 байт/секОграничение на зарезервированную пропускнуюспособность на проводе:LVL1..nVL,max/ BAGVL  100Мбит/ секУправление виртуальными каналами• Разбиение сообщений на кадры• Мультиплексирование виртуальныхканаловКонтроль трафика на коммутаторе• Контроль прихода кадров на соответствие BAG и Jmax:• Производится на входном порту коммутатора• Используется алгоритм, основанный на вычислениикредита• АС – кредит, растет с течением времени дозначения ACmax• При приходе кадра AC уменьшается на размеркадра, если кредита не хватает – кадрсбрасываетсяКонтроль трафика на коммутаторе• Кредит соответствует количеству байт, которыепропускает канал• За время BAG кредит увеличивается на Lmax• ACmax – соответствует количеству байт, котороепозволяет пропустить 2 кадра за (BAG – Jmax)• Случай с неравномерной передачей кадров:Формирование трафика• При формировании трафика на отправителе– мультиплексирование• При мультиплексировании определяетсязначение джиттера• С нулевым джиттером:Формирование трафикаМультиплексирование с ненулевымджиттеромКоммутаторФункции коммутатора:Маршрутизация кадров по пути следованиявиртуальных каналов (пути виртуальныхканалов конфигурируются статически)Фильтрация трафика (контроль целостностикадра, контроль следования кадра повиртуальному каналу)Контроль трафикаразмер кадра (не должен превышать Lmax)BAG, Jmaxнарушение => сброс кадраЛитература1.

СтандартAircraft Data Network. Part 7. Avionics FullDuplex Switched Ethernet (AFDX) Network. //Aeronautical Radio, Inc. – 2012.2. AFDX® / ARINC 664 Tutorial. TechSATGmbH, Poing, 2008.Задачи проектирования сети AFDXДано: потоки данных, требования к их передачев реальном времениразмер сообщениячастота передачимакс. допустимый джиттер (end-to-end)макс. допустимая задержка (end-to-end)Требуется:построить систему виртуальных каналов ирассчитать их параметры (BAG, Lmax)рассчитать конфигурационные параметры сетевыхустройств – коммутаторов, абонентов (в т.ч. Jmax)Оценка длительности передачикадраНеобходима для оценки длительностипередачи сообщенияАктуальность: требования реального времени,длительность не должна превышать заданныхзначенийДлительность вычисляется с моментапоступления кадра для выдачи в канал домомента поступления кадра на оконечнуюсистему-получательОценка длительности передачикадраМетоды:Response-time analysisNetwork CalculusTrajectory ApproachModel checkingSimulation approachОценка длительности передачикадраОценка длительности передачикадра•Длительность передачи кадра:–максимальный джиттер на отправителе–длительность передачи по каналам–задержки на выходных портах коммутаторовОценка длительности передачикадраМультиплексированиеПри мультиплексировании может возникать джиттерМаксимальная задержка – при максимальномджиттереМаксимальный размер джиттера – при ожиданиивсех кадров других виртуальных каналовОценка длительности передачикадраМультиплексированиеВычисление максимального джиттера на отправителе Li,maxJ max  40s  iVLsRVLs – множество виртуальных каналов, формируемых наоконечной системе-отправителеR – скорость выдачи данных на канал (100 Мбит/сек)40 мкс – технический джиттера (время обработки кадра)Оценка длительности передачикадраДлительность передачи кадров по каналамR – скорость выдачи данных на канал (100 Мбит/сек)n – количество каналов передачи данных на путиследования кадраДлительность передачи кадра по каналам:Lmaxtlinks  n RОценка задержки от кадров сдругих виртуальных каналовЗадержки – от кадров с других входов на тот же выходМетод: анализ времени откликаОценка задержки от кадров сдругих виртуальных каналовЗадержки – от кадров с других входов на тот же выходМетод: анализ времени откликаОценка длительности передачикадраВычисление максимальной задержки в очередина выходном порту коммутатора на основеResponse Time AnalysisРассматривается некоторый элемент сети (в данномслучае – буфер коммутатора)Busy period – максимальный период времени, втечение которого очередь непустаОценивается итеративноОценка длительности передачикадраBP(0) = BAG – начальнаяоценка busy periodBP(1) = сколько кадровдругих виртуальных каналовможет прийти за BP(0) *длительность выдачиBP(2) = … через BP(1)…BP(n) = BP(n-1)Оценка длительности передачикадраВычисление максимальной задержки в очередина выходном порту коммутатора на основеNetwork CalculusРассматривается некоторый элемент сети (в данномслучае – буфер коммутатора)Функция потока:R(t) – количество бит, прошедших через данную точкусети за интервал [0,t]Оценка длительности передачикадраR(t) – количество бит, прошедших через даннуюточку сети за интервал [0,t]R(t) – функция потока на входе буфераR*(t) - функция потока на выходе буфераR(t) ≥ R*(t)Оценка длительности передачикадраx(t) – backlog, соответствует размеру буфера в момент tОценка длительности передачикадра• arrival curve –используется дляописания входногопотока– Кривая не должна бытьниже R(t) – иначе можетполучиться заниженнаяоценка– Обычно используетсялинейная функция, какна рисункеОценка длительности передачикадра• a(t) = r*t + l– r – скоростьпоступления данных– l – начальный backlog• В случае одноговиртуального каналаAFDX (без учетаджиттера):a(t )  ( Lmax / BAG)  t  LmaxОценка длительности передачикадра• Service curve – используется для описанияповедения компоненты системы (в данномслучае – буфер со стратегией FIFO– Не должна превышать R*(t)– FIFO:  (t )  R[t  T ]– R – скорость выдачиданных в канал– T – задержка выдачикадраОценка длительности передачикадра• Использование arrival curve и service curve дляполучения оценки наихудшей задержки:Оценка длительности передачикадра• Несколько виртуальных каналов на одинбуфер– arrival curve – как сумма соответствующих кривых(аддитивность)a(t )   ( Lvl ,max / BAGvl )  t   Lvl ,maxvlvl– Оценка максимальной задержки для каждого извиртуальных каналов на данном буфересовпадает– Максимальная задержка соответствует ожиданиюпередачи всех кадров других виртуальныхканаловОценка длительности передачикадра•Учет максимального джиттера в arrival curve–За n * BAG – Jmax приходит n кадров t  J max –За время t приходит  BAG  + 1 кадров (т.к.

вмомент t=0 приходит первый кадр)–arrival curve: a(t )  ( t  J max   1)  Lmax BAG –линейный вид:a( t ) Jt Lmax  Lmax (1  max )BAGBAGОценка длительности передачикадра•2 экстремальных случая при прохождении кадра через коммутатор:–Пустая очередь, задержка = 0–Очередь максимального размера: max_delay (вычисляется с помощью NetworkCalculus)•Джиттер – отклонение между максимальной и минимальнойзадержкой•При прохождении через каждый коммутатор максимальный джиттерувеличивается!•Соответственно, меняется arrival curve для виртуального каналаСпецифика FC-RT•Высокоскоростные оптические каналы (1 Гбит/с)•Наличие приоритетов сообщений•Отсутствие BAG – все кадры сообщения выдаютсяотправителем подряд (если оно не вытесненовысокоприоритетным сообщением)•Переконфигурирование сети «на лету»Литература1.2.3.4.Scharbarg, Jean-Luc, and Christian Fraboul.

Methods andTools for the Temporal Analysis of Avionic Networks. 2010.Le Boudec, J.-Y. & Thiran, P. Network Calculus: A Theory ofDeterministic Queuing. Systems for the Internet, Vol. 2050 ofLecture Notes in Computer Science, Springer-Verlag. 2001.Gutiérrez, J. Javier, J. Carlos Palencia, and Michael GonzálezHarbour. Response time analysis in AFDX networks with subvirtual links and prioritized switches.

XV Jornadas de TiempoReal, Santander. – 2012.FIXED PRIORITY SCHEDULING OF HARD REAL-TIMESYSTEMS. K.W. Tindell. Ph.D. Thesis, University of York,1995.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций