Ako môže počítač pripojiť k sieti, ktorá odosiela a prijíma bity rýchlejšie, ako ich spracováva CPU?

Dotýkate sa základnej výzvy v počítačových sieťach: Nesúlad medzi sieťovými rýchlosťami a rýchlosťami spracovania CPU . Tu je spôsob, akým to počítače zvládajú:

1. Karty sieťového rozhrania (NICS)

* Hardvérové ​​zrýchlenie: Moderné NIC sú navrhnuté tak, aby zvládli vysokorýchlostné prenosy údajov samostatne. Obsahujú špecializovaný hardvér (ako sú motory DMA), ktoré priamo presúvajú údaje medzi sieťou a pamäťou a obchádzajú CPU. To umožňuje rýchlejšie prenosy údajov bez toho, aby sa zapadol do CPU.

* vyrovnávanie: NIC majú vstavané vyrovnávacie pamäte na dočasné ukladanie prichádzajúcich údajov. To umožňuje sieti pokračovať v odosielaní údajov plnou rýchlosťou, aj keď je CPU zaneprázdnený spracovaním ďalších úloh.

* prerušuje: Keď sa vyrovnávacia pamäť vyplní, NIC signalizuje CPU prerušením. CPU potom môže údaje spracovať svojím vlastným tempom.

2. Sieťový zásobník operačného systému (OS)

* asynchrónne spracovanie: OS riadi sieťovú komunikáciu pomocou asynchrónnych metód. To znamená, že CPU môže spustiť sieťovú operáciu a presunúť sa na iné úlohy, zatiaľ čo OS spracováva prenos na pozadí.

* multithreading/multiprocessing: Moderné operačné systémy môžu na paralelne využívať viac jadier alebo vlákien CPU na spracovanie sieťových úloh. To môže výrazne zlepšiť výkon.

* Optimalizácia ovládača siete: Sieťový ovládač OS je zodpovedný za správu interakcie medzi NIC a CPU. Môže byť optimalizovaný tak, aby minimalizoval režijné náklady a maximalizoval účinnosť.

3. Sieťové protokoly a tok údajov

* spracovanie paketov: Dáta sa odosielajú a prijímajú v paketoch, malé jednotky informácií. Tieto pakety sú spracované individuálne pomocou CPU, čím sa znižujú zaťaženie spracovania.

* TCP/IP Stack: Protokol TCP/IP Protokol je navrhnutý tak, aby bol efektívny pri spracovaní sieťovej prevádzky. Na optimalizáciu toku údajov používa techniky, ako je regulácia toku a regulácia preťaženia.

Ako to funguje v praxi

Predstavte si diaľnicu s automobilmi (dátové pakety), ktorá rýchlo tečie. NIC je ako na rampe, ktorá umožňuje autám vstúpiť na diaľnicu bez spomalenia. CPU je ako mýtny stánok, ktorý spracováva jednotlivo (paket) jednotlivo, ale diaľnica môže pokračovať v tečení, aj keď je stánok zaneprázdnený.

Výzvy a riešenia

* CPU prekážky: Aj pri týchto optimalizáciách sa CPU môže stať prekážkou, ak je sieťový prenos veľmi vysoký alebo ak sú spracované údaje zložité.

* riešenia:

* Vykladanie: Niektoré úlohy môžu byť vyložené do špecializovaného hardvéru, ako sú hardvérové ​​urýchľovače alebo GPU, na zníženie zaťaženia CPU.

* Vyváženie záťaže: Distribúcia sieťovej prevádzky na viacerých serveroch alebo počítačoch môže pomôcť znížiť pracovné zaťaženie na jednom procesore.

* Optimalizácia softvéru: Optimalizácia sieťových aplikácií a ovládačov môže ďalej zlepšiť výkon.

Záver

Zatiaľ čo rýchlosti siete môžu prekročiť rýchlosť spracovania CPU, počítače používajú kombináciu hardvérových a softvérových techník na efektívne zvládnutie vysokorýchlostného sieťového prenosu. Využitím špecializovaného hardvéru, optimalizácii softvéru a využívaním efektívnych protokolov môžu počítače riadiť tok údajov, aj keď sa pohybuje rýchlejšie, ako ho dokáže spracovať CPU.

• Predchádzajúca strana: Stroj je zariadenie, ktoré? 
• Ďalšia strana: Používanie systému ukladania do vyrovnávacej pamäte, čo zlepšuje rýchlosti siete?