并行机中的互连网络将信息从任何源节点传输到任何所需的目标节点。该任务应以尽可能小的延迟完成。它应允许大量此类传输同时进行。而且，与机器其余部分的成本相比，它应该便宜。

网络由链路和交换机组成，这有助于将信息从源节点发送到目标节点。网络由其拓扑结构，路由算法，交换策略和流控制机制指定。

组织架构

互连网络由以下三个基本组件组成-

• 链接-链接是一根或多根光纤或电线的电缆，其两端的连接器连接到交换机或网络接口端口。由此，从一端发送模拟信号，在另一端接收模拟信号以获得原始数字信息流。

• 开关-开关由一组输入和输出端口，将所有输入连接到所有输出的内部“交叉开关”，内部缓冲以及控制逻辑组成，以在每个时间点实现输入-输出连接。通常，输入端口的数量等于输出端口的数量。

• 网络接口-网络接口的行为与交换节点完全不同，可以通过特殊链接进行连接。网络接口格式化数据包并构造路由和控制信息。与开关相比，它可能具有输入和输出缓冲。它可以执行端到端错误检查和流控制。因此，其成本受其处理复杂性，存储容量和端口数量的影响。

互连网络

互连网络由交换元件组成。拓扑是将各个交换机连接到其他元素(例如处理器，内存和其他交换机)的模式。网络允许并行系统中的处理器之间交换数据。

• 直接连接网络-直接网络在相邻节点之间具有点对点连接。这些网络是静态的，这意味着点对点连接是固定的。直接网络的一些示例是环形，网格和立方体。

• 间接连接网络-间接网络没有固定的邻居。可以根据应用需求动态更改通信拓扑。间接网络可以分为三个部分：总线网络，多级网络和交叉开关。

  • 总线网络-总线网络由多条位线组成，上面附加了许多资源。当总线将相同的物理线用于数据和地址时，数据和地址线将进行时间多路复用。当有多个总线主控器连接到总线时，需要一个仲裁器。

  • 多级网络-多级网络由多级交换机组成。它由“ axb”开关组成，这些开关使用特定的级间连接模式(ISC)连接。小型2×2开关元件是许多多级网络的常见选择。级数确定网络的延迟。通过选择不同的级间连接模式，可以创建各种类型的多级网络。

  • 交叉开关-交叉开关包含简单的开关元素矩阵，可以打开和关闭以创建或断开连接。打开矩阵中的开关元件，可以在处理器和存储器之间建立连接。纵横开关是无阻塞的，也就是说，所有通信排列都可以无阻塞地执行。

评估网络拓扑中的设计权衡

如果主要关注的是布线距离，则必须最大化尺寸并制作超立方体。在存储转发路由中，假设交换的程度和链接数不是主要的成本因素，并且链接的数目或交换度是主要成本，则必须最小化尺寸并划分网格内置的。

在每个网络的最坏情况下，最好使用所有路径都较短的高维网络。在每个节点仅与一个或两个附近的邻居进行通信的模式中，最好使用低维网络，因为实际上仅使用了少数维。

路由

网络的路由算法确定使用从源到目的地的哪些可能路径作为路由，以及如何确定每个特定数据包所遵循的路由。尺寸顺序路由限制了合法路径的集合，因此从每个源到每个目的地都只有一条路由。首先在高阶维度上移动正确的距离，然后再进行下一维度，依此类推。

路由机制

算术，基于源的端口选择和表查找是高速交换机用来根据数据包头中的信息确定输出通道的三种机制。所有这些机制都比传统的LAN和WAN路由器中实现的一般路由计算更简单。在并行计算机网络中，交换机需要在每个周期内为其所有输入做出路由决策，因此机制需要简单，快速。

确定性路由

如果消息所采用的路由完全由消息的源和目的地而不是由网络中的其他流量确定，则路由算法是确定性的。如果路由算法仅选择通往目的地的最短路径，则该路径将是最小的，否则将是非最小的。

死锁自由

死锁可能在各种情况下发生。当两个节点尝试相互发送数据并且每个节点都开始发送数据之前，任何一个节点都接收到数据，则可能发生“正面冲突”死锁。当网络中存在多个争用资源的消息时，还会发生死锁。

证明网络无死锁的基本技术是清除由于消息在网络中移动而可能在通道之间发生的依赖关系，并表明整个通道依赖关系图中没有周期。因此，没有可以导致死锁的流量模式。这样做的常见方法是对通道资源进行编号，以使所有路由都遵循特定的递增或递减序列，从而不会出现依赖周期。

开关设计

网络的设计取决于交换机的设计以及交换机如何连接在一起。交换机的程度，其内部路由机制及其内部缓冲决定了可以支持哪些拓扑以及可以实现哪种路由算法。像计算机系统的任何其他硬件组件一样，网络交换机包含数据路径，控制和存储。

港口

引脚的总数实际上是输入和输出端口的总数乘以通道宽度。与面积相比，随着芯片周长的增长缓慢，开关趋于受到引脚限制。

内部数据路径

数据路径是每组输入端口和每个输出端口之间的连通性。通常称为内部交叉开关。无阻塞交叉开关是其中每个输入端口可以同时连接到任意排列的不同输出的开关。

通道缓冲区

交换机中缓冲区存储的组织结构对交换机性能具有重要影响。传统的路由器和交换机往往在交换机结构外部具有较大的SRAM或DRAM缓冲区，而在VLSI交换机中，该缓冲区位于交换机内部，并且与数据路径和控制部分的硅预算相同。随着芯片尺寸和密度的增加，可以使用更多的缓冲空间，并且网络设计人员可以选择更多的选择，但是仍然要优先考虑缓冲区的实际情况，并且其组织结构非常重要。

流量控制

当网络中的多个数据流尝试同时使用相同的共享网络资源时，必须采取某些措施来控制这些流。如果我们不想丢失任何数据，则必须阻止某些流，而另一些则继续。

流量控制问题出现在所有网络和许多级别。但是并行计算机网络与局域网和广域网在质量上是不同的。在并行计算机中，网络流量需要像通过总线的流量一样准确地传输，并且在非常短的时间内就有大量的并行流。