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La commutation Elle consiste à trouver un chemin entre une entrée et une sortie d’un commutateur (CAA, CTS, CTP, …) Il y a au moins 3 types de commutation.

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1 La commutation Elle consiste à trouver un chemin entre une entrée et une sortie d’un commutateur (CAA, CTS, CTP, …) Il y a au moins 3 types de commutation : la commutation spatiale la commutation temporelle la commutation de paquets

2 La commutation spatiale
Elle consiste à mettre en place un circuit continu entre l’entrée et la sortie En règle générale, elle nécessite une matrice d’interrupteurs commandés par un signal de commande Les signaux de commande sont issus de la valeur de mémoires à 1 bit définissant la position « ouvert » ou « fermé » de l’interrupteur Le commutateur peut donc être géré par un processeur mettant à jour ces mémoires en fonction de la signalisation

3 La commutation spatiale
En principe, il suffit de fabriquer une matrice de fils non connectés représentant les liaisons entrantes et les liaisons sortantes Liaisons entrantes La fermeture d’un contact entre 2 fils crée le chemin recherché Liaisons sortantes

4 La commutation spatiale
La mémoire de commande représente l’état des interrupteurs Il n’y a au plus qu’un seul « 1 » pour chaque ligne ou pour chaque colonne Les lignes où il y a un « 1 » correspondent à des lignes occupées 1

5 On peut faire des économies
Si les lignes entrantes et les lignes sortantes sont identiques (lignes mixtes), on peut avoir une structure comportant moins d’interrupteurs mais avec une gestion un peu plus compliquée Au lieu de n2 interrupteurs, il suffit d’en avoir n(n-1)/2

6 Les gros commutateurs Les gros commutateurs doivent être faciles à maintenir Ils sont construits à partir de commutateurs de petite taille alignés sur des colonnes Pour ne pas avoir de blocage, il faut 3 colonnes (réseaux de Clos) La gestion de ces commutateurs est assez difficile, car il faut trouver un chemin disponible entre les 3 colonnes

7 Un exemple: un commutateur 16x16 à partir d’ éléments 4x4
B C 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4

8 La recherche de chemin conjuguée
On cherche une sortie libre entre la ligne entrante et la deuxième colonne du commutateur On cherche une entrée libre entre la deuxième colonne et la ligne sortante Si cette entrée et cette sortie correspondent au même élément de la deuxième colonne, on a trouvé un chemin S’il y a plusieurs chemins possibles, on choisit l’un d’entre eux au hasard pour assurer une utilisation moyenne identique de tous les éléments et augmenter la fiabilité d’ensemble

9 Le chemin disponible passe par B4
Un exemple On connaît l’élément d’entrée pex : la ligne 2 de A1 On a la matrice de commande de A1 On connaît l’élément de sortie pex : la ligne 4 de C3 On a la matrice de commande de C3 1 1 1 Pour connaître les sorties libres,il faut faire un OU logique sur les colonnes Pour connaître les entrées libres,il faut faire un OU logique sur les lignes 1 L’élément de la colonne B qui doit être choisi est défini par les éléments « 0 » que l’on obtient en faisant un OU logique entre les mots donnant les entrées et les sorties libres 1 1 1 Le chemin disponible passe par B4

10 La commutation temporelle
Le principe consiste à changer de place dans une trame des conversations numériques multiplexées I II III IV V VI 1 2 3 4 5 6 6 3 2 5 4 1 T I parle avec VI II parle avec III IV parle avec V I II III IV V VI

11 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1 2 4 3 2 1 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 1 6 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 1 signalisation Horloge Montage avec pilotage par la sortie

12 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1 2 2 5 4 3 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 2 3 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 2 Horloge

13 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1 3 2 6 5 4 3 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 3 2 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 3 Horloge

14 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1 3 4 2 1 6 5 4 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 4 5 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 4 Horloge

15 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1 3 5 2 2’ 1’ 6 5 4 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 5 4 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 5 Horloge

16 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 3 5 6 2 3’ 2’ 1’ 6 1 4 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 6 1 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 6 Horloge

17 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1’ 3 5 2 4’ 3’ 2’ 1’ 6 1 4 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 1 6 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 1 Horloge

18 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1’ 2’ 5 2 5’ 4’ 3’ 2’ 3 6 1 4 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 2 3 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 2 Horloge

19 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1’ 3’ 5 2 6’ 5’ 4’ 3’ 2’ 3 6 1 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 3 2 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 3 Horloge

20 Une réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 1’ 3’ 4’ 2 6 ’ 5’ 4’ 5 2’ 3 6 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 4 5 Cpteur x6 6 3 2 5 4 1 4 Horloge

21 Les avantages du montage piloté par la sortie
Possibilité d’insérer la même conversation dans deux slots différents conversation à trois un seul générateur de tonalités Possibilité de faire de la commutation de connées à des vitesses supérieures à 64 kbps

22 Une autre réalisation possible
Trame d’entrée Trame de sortie 1 2 3 4 5 6 AD entrée AD sortie 6 3 2 5 4 1 Cpteur x6 signalisation Horloge Montage avec pilotage par l’entrée

23 Les gros commutateurs Ils commutent des trames MIC 32, quel que soit le trafic Dans un réseau plésiochrone (avec des horloges non synchronisées), on ne peut pas faire mieux On utilise la structure de réseaux de Clos

24 Une réalisation possible d’un commutateur de trames 3x3
Mémoire de données de la trame 1 Trame 1 Trame 2 Trame 2 Mémoire de données de la trame 2 Trame 3 Trame 3 Chaque commutateur est ouvert 1/3 du temps Mémoire de données de la trame 3 Mémoire de commande Adresse entrée Adresse sortie Cpteur x32

25 La commutation de paquets
Les paquets sont dirigés vers des files d ’attente en sortie C ’est le commutateur qui choisit la sortie (routage)

26 Qu’est ce qu’un commutateur de paquets ?
C’est une mémoire divisée en zones de taille égale à un paquet Les paquets sont mis en mémoire dans une zone vide dont on trouve l’adresse dans la pile des vides Les paquets sont routés en inscrivant la zone où se trouve le paquet dans une file de sortie Lorsque les paquets sont émis, la zone où se trouvait le paquet se retrouve dans la file des vides

27 Les deux grands types de réseau à commutation de paquets
Les réseaux connectés (ex. : TRANSPAC ou X25) Un chemin est défini une fois pour toute pour toute la transaction entre deux correspondants (circuit virtuel) Avantage : Les paquets des différents messages se suivent sur le circuit virtuel ; il n ’y a pas de problèmes de reconstitution des messages Problème : si le circuit a un défaut, la transaction s arrête et doit être réinitialisée Avant de débuter une transaction, il faut envoyer un paquet d ’appel qui permet de construire le circuit virtuel

28 Les réseaux connectés

29 Virtual Circuit Switching
Connexion orienté - exige l'installation d'une connexion pour établir un chemin fixe Use small-sized Virtual Circuit Identifier (VCI) when forwarding packets Quand l'échec de lien se produit, le raccordement-chemin original doit être déchiré vers le bas pour libérer le stockage, et une nouvelle installation de connexion est exécutée. larger impact to the application VCI of a connection can be different in each routers  no need to negotiate for a “free” VCI among different routers

30 Routing Tables: Virtual Packet Switching
2 1 7 1 8 3 B A 3 5 1 6 5 4 2 4 3 5 2 C 5 6 D 2 Incoming Outgoing Node 3 node VC node VC Incoming Outgoing Node 6 Incoming Outgoing Node 1 node VC node VC node VC node VC A B B A A B A B Node 4 Incoming Outgoing node VC node VC Node 2 Node 5 Incoming Outgoing Incoming Outgoing node VC node VC node VC node VC C D C D Figure 7.24

31 Delays in Virtual-Circuit Packet Switching
Connect request t 1 2 3 CC t Release CR 1 2 3 CC t Connect confirm CR 1 2 3 t One RTT delay is required for initial connection setup. Half of a RTT is required for connection release

32 Cut-through Packet Switching
Used in virtual circuit switching Packets are forwarded as long as the header is received and the table lookup is carried out No hop-by-hop error checking Suitable for delay-sensitive applications that can tolerate some errors (e.g. video and speech transmission) Also appropriate when the transmission is virtually error-free (e.g. Optical fiber transmission)

33 Cut-through Packet Switching
Source t 1 2 3 Switch 1 t 1 2 3 Switch 2 t 1 2 3 t Destination Minimum Delay = 3p+T

34 Les deux grands types de réseau à commutation de paquets
Les réseaux non connectés(ex. : ARPA) L ’émetteur envoie ses paquets au réseau qui les transporte individuellement vers le récepteur Le réseau cherche le chemin le plus rapide pour chaque paquet, appelé datagramme Avantage : si une partie du réseau se casse, mais s ’il reste un chemin, le paquet parvient à son correspondant Problème : le récepteur doit avoir assez de mémoire libre pour reconstituer le message Avant d ’émettre, il faut envoyer un paquet de réservation S ’il y a des blocages dans le réseau, le temps de transit devient prohibitif

35 Les réseaux non connectés

36 Connectionless Packet Switching
Datagrams are forwarded based on the destination node address When a host sends a packet, it cannot know whether the network is capable to deliver it (maybe some intermediate links are broken or the destination node is off) Each packet is forwarded independently, and may take different paths to the destination Link failure has less impact on communication if an alternate route can be found within a short time

37 Le routage dans les réseaux non connectés
Routage aléatoire (dirigé) Inondation Mesure du temps retour Algorithmes intelligents

38 Flooding By flooding an incoming packets to all neighbor nodes except the one from which the packet comes, the packet can eventually get to the target node. Flooding can be used when routing table is not available (e.g. during system start-up) or when survivability is required (e.g. in military networks) Flooding is also used to distribute link-state information (e.g. When Dijkstra’s algorithm is used in routing)

39 Flooding With flooding, the number of packets flowing in a network increases exponentially and many redundant packets are transmitted (refer to lecture notes), and consumes a lot of resources. Two approaches to reduce resource consumption in flooding: Time-to-live field (TTL) in a packet is used to limit the number of hops it can transverse. When a packet passes a node, the node ID will be added to the packet header. When a node receiving a packet including its own ID, it will discard it.

40 Example of Dijkstra’s Algorithm
2 2 N D1 = 0 1 3 1 N D1 = 0 3 1 6 1 6 5 D6 = ¥ 2 5 D6 = 3 2 3 D4 = 5 4 3 D4 = 4 1 4 2 1 3 2 3 2 D2 = 3 5 2 D2 = 3 5 4 D5 = ¥ 4 D5 = ¥ Initial States 1st Iteration D3 = 2 2 D3 = 2 N D1 = 0 1 3 1 2 6 D1 = 0 N 1 3 1 5 D6 = 3 2 6 5 3 D4 = 4 D6 = 3 2 4 1 2 3 D4 = 4 4 3 1 2 2 D2 = 3 5 3 4 2 D5 = 5 D2 = 3 5 4 D5 = 5 2nd Iteration 3rd Iteration

41 Example of Dijkstra’s Algorithm – Cont’
2 N D1 = 0 1 3 1 6 5 D6 = 3 2 3 D4 = 4 4 1 2 3 2 D2 = 3 5 4 D3 = 2 D5 = 5 2 N D1 = 0 1 3 1 4nd Iteration 6 5 D6 = 3 2 3 D4 = 4 4 1 2 3 2 D2 = 3 5 4 D5 = 5 5th Iteration

42 Caractéristiques Architecturales des commutateurs ATM
Les caractéristiques architecturales des commutateurs ATM sont évaluées pour leur pertinence à rencontrer les exigences de performance des protocoles qui supporteront les services à offrir dans B-ISDN. Un commutateur ATM comprend un ensemble de N ports d’entrées, et N ports de sorties, un switch fabric, et un processeur de controle de gestion - management control processor (MCP). Switch Fabric MCP . 1 N Input Controllers Output Controllers

43 Switch Fabric

44 Classification de Switch Fabrics ATM
ATM Switch Fabrics Time division Shared memory medium Bus Ring Space Single path Matrix Banyan Sorted Delta Multiple Augmented Parallel planes Load sharing Recirculation

45 Commutation Time Division

46 Space Division Switching
Dans la méthodologie “space division”, le switch fabric peut supporter plusieurs connexions au même moment. Les connexions sont basées sur la disponibilité de chemins physiques du switch fabric qui ne sont pas en conflit. b0 a0 2 x 2 switching element a1 b1

47 Switching Elements b0 b0 a0 a0 a1 b1 a1 b1 b0 b0 a0 a0 a1 b1 a1 b1
Straight through Lower broadcast b0 b0 a0 a0 a1 b1 a1 b1 exchange Upper broadcast

48 Routing Routage de cellules à travers un « space-division switch » peut être accomplit par: self routing label routing self routing compte sur les interconnexions régulières du switching elements dans le fabric. label routing, le champ VCI dans l’entête est utilisé par chaque switching element pour prendre les décision de lien de sortie.

49 Knockout Switch A knockout switch is a matrix architecture. Any input can transmit to any output. The switch is self routing. bus 1 input bus drivers N-1 filter Separate output buffers can be maintained and a shifter can be used to allocate cells to the buffers in order to ensure proper sequencing of transmitted cells on each virtual connection in an ATM Network. Filtering is based on the packet destination address Knockout concentrator R out of N selection algorithm is used by the concentrator The concentrator with R buffers (R<N) implements a selection algorithm for selecting R cells out of the maximum N possible cells arriving at that port. Worse case:N-R cells lost R R N-1 output

50 Multistage Switches Delta Networks
Two of the basic switching fabrics used for multistage switching are the Banyan and the Delta networks. Delta Networks N input port switch composed of b x b simpler switching elements. There are K stages, where N = bK (K=logbN) and N/b switches in each stage (column).

51 Example of Delta network
8 x 8 Delta 2 network, where b = 2, N = 8, K = log28 = 3 columns (switches in a column) K 000 1 1 1 one half of the deck 1 001 2 010 1 1 1 3 011 N 4 100 1 the other half of deck 1 1 5 101 6 110 1 1 1 7 111 a perfect shuffle a perfect shuffle

52 Multiple connections The bits of the destination address provide the required routing tags. The digits in the destination address are used to set the state of the stages. destination port address 000 1 1 1 1 001 2 1 010 1 1 1 011 101 white bit controls switch setting in each stage 3 011 101 1 011 101 011 4 011 101 100 1 1 1 5 1 101 6 110 1 1 1 7 111 Perfect shuffle Perfect shuffle Stage 1 Stage 2 Stage 3

53 Internal blocking Internal link blocking as well as output blocking can happen in a Delta network. The following example illustrates an internal blocking for connections of input 0 to output 3 and input 4 to output 2. 011 010 000 1 1 1 011 010 blocking link 1 001 ??? 2 ??? 010 1 1 1 011 3 4 100 1 1 1 5 101 6 110 1 1 1 7 111 Perfect shuffle Perfect shuffle Stage 1 Stage 2 Stage 3

54 Output Blocking The following example illustrates output blocking for the connections between input 1 and output 6, and input 3 and output 6. 000 1 1 1 1 001 110 010 2 1 1 1 110 011 3 4 100 1 1 1 5 101 6 110 110 1 1 1 7 output blocking 111 Perfect shuffle Perfect shuffle Stage 1 Stage 2 Stage 3

55 The Banyan Network The banyan network is another self-routing switching fabric, similar in topology to the delta network. 000 1 1 1 1 011 101 1 001 2 010 1 1 1 011 101 3 011 101 1 011 101 011 4 011 101 1 100 1 1 1 5 101 6 110 1 1 1 7 111 Stage 1 Stage 2 Stage 3

56 Adding Load Distribution
Because of internal blocking, input traffic is sorted on the destination ports. The network is known as Batcher sorter A B 000 1 1 1 1 001 A 010 1 1 1 1 011 B 100 1 1 1 1 101 110 1 1 1 1 111 Perfect shuffle Perfect shuffle Stage 1 Stage 2 Stage 3 A = Connection to output port 3 (011) B = Connection to output port 2 (010)

57 Adding Recirculation Recirculating networks can redistribute, to the input ports, packets that were not successfully delivered in a given cycle. Switch fabric recirculation buffer This technique deals with output or internal blocking.

58 Starlight Switch Structure
Output Input Sort network Trap buffer Routing Banyan Network Concentrator The Trap network examines the output of the sort network and removes all packets with the same destination address. The duplicates are routed back to the sort network for the next cycle with a higher priority.

59 Adding Parallel Switching Planes
One way to increase throughput is to connect the input and output ports to multiple planes of the switch fabric. Each input port can distribute its traffic to the multiple homogeneous fabric planes. Similarly, each output port can be fed from multiple fabric planes.


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