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

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

3 La commutation spatiale Elle consiste à mettre en place un circuit continu entre lentrée et la sortie En règle générale, elle nécessite une matrice dinterrupteurs 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 linterrupteur Le commutateur peut donc être géré par un processeur mettant à jour ces mémoires en fonction de la signalisation

4 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 Liaisons sortantes La fermeture dun contact entre 2 fils crée le chemin recherché

5 La commutation spatiale La mémoire de commande représente létat des interrupteurs Il ny a au plus quun seul « 1 » pour chaque ligne ou pour chaque colonne Les lignes où il y a un « 1 » correspondent à des lignes occupées

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

7 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

8 Un exemple: un commutateur 16x16 à partir d éléments 4x A BC

9 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 Sil y a plusieurs chemins possibles, on choisit lun dentre eux au hasard pour assurer une utilisation moyenne identique de tous les éléments et augmenter la fiabilité densemble

10 Un exemple On connaît lélément dentrée pex : la ligne 2 de A1 On a la matrice de commande de A Pour connaître les sorties libres,il faut faire un OU logique sur les colonnes 0110 On connaît lélément de sortie pex : la ligne 4 de C3 On a la matrice de commande de C Pour connaître les entrées libres,il faut faire un OU logique sur les lignes Lélément de la colonne B qui doit être choisi est défini par les éléments « 0 » que lon obtient en faisant un OU logique entre les mots donnant les entrées et les sorties libres Le chemin disponible passe par B4

11 La commutation temporelle Le principe consiste à changer de place dans une trame des conversations numériques multiplexées III IIIIVVVI III IIIIVVVI T I parle avec VI II parle avec III IV parle avec V

12 Une réalisation possible 1 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge Montage avec pilotage par la sortie signalisation

13 Une réalisation possible 12 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

14 Une réalisation possible 1 3 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

15 Une réalisation possible 1 34 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

16 Une réalisation possible Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

17 Une réalisation possible 3 56 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

18 Une réalisation possible Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

19 Une réalisation possible 12 5 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

20 Une réalisation possible Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

21 Une réalisation possible 1 34 Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge

22 Les avantages du montage piloté par la sortie Possibilité dinsérer 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

23 Une autre réalisation possible Trame dentrée Trame de sortie AD entrée AD sortie Cpteur x6 Horloge Montage avec pilotage par lentrée signalisation

24 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

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

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

27 Quest ce quun commutateur de paquets ? Cest une mémoire divisée en zones de taille égale à un paquet Les paquets sont mis en mémoire dans une zone vide dont on trouve ladresse 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

28 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

29 Les réseaux connectés

30 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

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

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

33 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)

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

35 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

36 Les réseaux non connectés

37 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

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

39 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 Dijkstras algorithm is used in routing)

40 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.

41 Example of Dijkstras Algorithm D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = D 3 = N D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = D 3 = N D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = D 3 = N D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = N D 3 = Initial States 1 st Iteration 2 nd Iteration 3 rd Iteration

42 Example of Dijkstras Algorithm – Cont D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = D 3 = N D 6 = D 5 = D 4 = D 2 = D 1 = D 3 = N 4 nd Iteration 5 th Iteration

43 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 dentrées, et N ports de sorties, un switch fabric, et un processeur de controle de gestion - management control processor (MCP). Switch Fabric MCP N N Input ControllersOutput Controllers

44 43 Switch Fabric

45 44 Classification de Switch Fabrics ATM ATM Switch Fabrics Time division Shared memory Shared medium BusRing Space division Single path MatrixBanyanSorted Banyan Delta Multiple path Augmented Banyan Parallel planes Load sharing Recirculation

46 45 Commutation Time Division

47 Space Division Switching 2 x 2 switching element a0a0 a1a1 b0b0 b1b1 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.

48 Switching Elements a0a0 a1a1 b0b0 b1b1 a0a0 a1a1 b0b0 b1b1 a0a0 a1a1 b0b0 b1b1 a0a0 a1a1 b0b0 b1b1 Straight through Lower broadcast exchange Upper broadcast

49 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 lentête est utilisé par chaque switching element pour prendre les décision de lien de sortie.

50 Knockout Switch A knockout switch is a matrix architecture. Any input can transmit to any output. The switch is self routing. input 0 1 N-1 output Knockout concentrator filter RR 0N-1 Filtering is based on the packet destination address The concentrator with R buffers (R

51 Multistage Switches 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 = b K (K=log b N) and N/b switches in each stage (column).

52 Example of Delta network 8 x 8 Delta 2 network, where b = 2, N = 8, K = log 2 8 = 3 columns (switches in a column) K N one half of the deck the other half of the deck a perfect shuffle

53 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 Perfect shuffle Stage 1 Stage 2Stage destination port address white bit controls switch setting in each stage

54 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 Perfect shuffle Stage 1 Stage 2Stage 3 blocking link ???

55 Output Blocking The following example illustrates output blocking for the connections between input 1 and output 6, and input 3 and output Perfect shuffle Stage 1 Stage 2Stage output blocking

56 The Banyan Network The banyan network is another self-routing switching fabric, similar in topology to the delta network Stage 1 Stage 2Stage

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

58 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.

59 Starlight Switch Structure 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. Concentrator Sort network Trap buffer Routing Banyan Network Input Output

60 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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