la commutation elle consiste à trouver un chemin entre une entrée et une sortie dun commutateur...

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

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


• En principe, il suffit de fabriquer une matrice de fils non connectés représentant les liaisons entrantes et les liaisons sortantes

Liaiso

ns en

trantes

Liaisons sortantes

• La fermeture d’un contact entre 2 fils crée le chemin recherché


• 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

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1 0

0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0

0 1 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0

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

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

Un exemple: un commutateur 16x16 à partir d’ éléments 4x4

1 1 1

2 2 2

3 3 3

4 4 4

A B C

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

Un exemple• On connaît l’élément d’entrée

pex : la ligne 2 de A1

On a la matrice de commande de A1

0 0 1 0

0 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

Pour connaître les sorties libres,il faut faire un OU logique sur les colonnes

0 1 1 0

• On connaît l’élément de sortie

pex : la ligne 4 de C3

On a la matrice de commande de C3

1 0 0 0

0 1 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

Pour connaître les entrées libres,il faut faire un OU logique sur les lignes

1

1

0

0

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 0

1 1 0 0

0 1 1 0

Le chemin disponible passe par B4

La commutation temporelle

• Le principe consiste à changer de place dans une trame des conversations numériques multiplexées

1 2 3 4 5 6 6 3 2 5 4 1

I II III IV V VI

I II III IV V VI

T

I parle avec VI

II parle avec III

IV parle avec V

Une réalisation possible

1Trame d’entrée Trame de sortie

AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

1

61

4 3 2 1

Montage avec pilotage par la sortie

signalisation


1 2Trame d’entrée Trame de sortie

AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

2

5 4 3 2

2 3


1

3

Trame d’entrée Trame de sortie

AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

3

6 5 4 3 2

23


1

3 4


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

4

1 6 5 4 2

4 5


1

3

5


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

5

2’ 1’ 6 5 4 2

5 4


3

5 6


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

6

3’ 2’ 1’ 6 1 4 2

6 1


1’

3

5


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

1

61

4’ 3’ 2’ 1’ 6 1 4


1’ 2’

5


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

2

5’ 4’ 3’ 2’ 3 6 1 4

2 3


1’

3’

5


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

3

6’ 5’ 4’ 3’ 2’ 3 6 1

23


1’

3’ 4’


AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1

4

1 6 ’ 5’ 4’ 5 2’ 3 6

4 5

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

Une autre réalisation possibleTrame d’entrée Trame de sortie

AD entrée

AD sortie

1

3

2

4

5 6

Cpteur

x6

Horloge

6 3

2 5

4 1Montage avec pilotage par l’entrée

signalisation

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

Une réalisation possible d’un commutateur de trames 3x3

Mémoire de données de la trame 1



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

La commutation de paquets

Les paquets sont dirigés vers des files d ’attente en sortie

C ’est le commutateur qui choisit la sortie (routage)

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

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

Les réseaux connectés

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

1

2

3

4

5

6A

B

CD

1

5

2

37

1

8

54 2

3

6

5

2

Figure 7.24

Routing Tables: Virtual Packet Switching

Incoming Outgoingnode VC node VC A 1 3 2 A 5 3 3 3 2 A 1 3 3 A 5

Incoming Outgoingnode VC node VC 1 2 6 7 1 3 4 4 4 2 6 1 6 7 1 2 6 1 4 2 4 4 1 3

Incoming Outgoingnode VC node VC 3 7 B 8 3 1 B 5 B 5 3 1 B 8 3 7

Incoming Outgoingnode VC node VC C 6 4 3 4 3 C 6

Incoming Outgoingnode VC node VC 2 3 3 2 3 4 5 5 3 2 2 3 5 5 3 4

Incoming Outgoingnode VC node VC 4 5 D 2 D 2 4 5

Node 1

Node 2

Node 3

Node 4

Node 6

Node 5

t

t

t

t

31 2

31 2

321

Release

Connect request

CR

CR Connect confirm

CC

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

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)

Cut-through Packet Switching

31 2

31 2

321

Minimum Delay = 3p+T t

t

t

tSource

Destination

Switch 1

Switch 2

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

Les réseaux non connectés

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

Le routage dans les réseaux non connectés

• Routage aléatoire (dirigé)

• Inondation

• Mesure du temps retour

• Algorithmes intelligents

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)

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.

Example of Dijkstra’s Algorithm

1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

3

5

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 = D3 =

N 1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

3

5

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 = D3 =

N

1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

3

5

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 = D3 =

N1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

3

5

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 = N

D3 =

Initial States 1st Iteration

2nd Iteration 3rd Iteration

Example of Dijkstra’s Algorithm – Cont’

1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

35

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 =

D3 =

N

1

2

3

4

5

6

1

1

2

32

35

2

4

D6 =

D5 =

D4 =

D2 =

D1 =

D3 =

N

4nd Iteration

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

.

.

.

.

.

.

.

.

.

0

1

N

.

.

.

0

1

N

Input Controllers Output Controllers

43

Switch FabricUn “switch fabric” est un mécanisme qui achemine les cellules des ports d’entrée aux ports de sortie. Il doit s’occuper des problèmes suivants :

Établissement d’un chemin entre un port d’entrée et un port de sortie à l’intérieur du commutateur;

La discipline de service pour les ports d’entrées;

Mécanisme de résolution de contention pour les cellules qui compétitionnent pour les liens ou d’autres ressources internes du commutateur (avoir à faire avec le blockage interne);

Support de plusieurs ports d’entrée aux connexions de ports de sortie (parallélisme).

44

Classification de Switch Fabrics ATM

ATM Switch Fabrics

Timedivision

Sharedmemory

Sharedmedium

Bus Ring

Spacedivision

Singlepath

Matrix Banyan SortedBanyan

Delta

Multiplepath

AugmentedBanyan

Parallelplanes

Loadsharing

Recirculation

45

Commutation Time Division

La connexion physique entre les ports d’entrées et de sorties dans le switch fabric peut être développée en utilisant la méthodologie de « time or space division ».

Dans “time division switching” commutation temporelle, l’utilisation de ressources physiques est multiplexée entre plusieurs connexions d’entrées et de sorties en se basant sur des emplacements en temps discrets. Un bus est un exemple d’un médium physique qui peut faciliter le multiplexage temporel en utilisant de module de mémoire.

M e m o r yM o d u l ecells from input ports

cells to output ports

Space Division Switching

2 x 2switchingelement

a0

a1

b0

b1

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.

Switching Elements

a0

a1

b0

b1

a0

a1

b0

b1

a0

a1

b0

b1

a0

a1

b0

b1

Straight through Lower broadcast

exchange Upper broadcast

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.

Knockout SwitchA knockout switch is a matrix architecture. Any input can transmit to any output. The switch is self routing.

input

0

1

N-1

output

Knockoutconcentrator

filter

R R

0 N-1

Filtering is based on the packet destination address

The concentrator with R buffers (R<N)implements a selection algorithm for selecting R cells outof the maximum N possible cells arriving at that port. Worse case:N-R cells lost

R out of N selection algorithm is used by the concentrator

bus

bus drivers

Separate outputbuffers can be maintained and a shifter can beused to allocatecells to thebuffers in order to ensure propersequencing of transmitted cells on each virtual connection in anATM Network.

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 = bK (K=logbN) and N/b switches in each stage (column).

Example of Delta network8 x 8 Delta 2 network, where b = 2, N = 8, K = log28 = 3 columns (switches in a column)

K

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

000001

010011

100101

110111

N

01

234

56

7

one half of

the deck

theother half of

the deck

a perfect shuffle a perfect shuffle

Multiple connectionsThe 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.

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

001010011

100101

110111

0123

4567

000

Perfect shuffle Perfect shuffleStage 1 Stage 2 Stage 3

011

101

011

101

011

101

011

101

0

10

1 1

1

destination port

address

white bitcontrolsswitchsetting

in each stage

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.

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

001010011

100101

110111

01

23456

7

000


blocking link011

010

011

010

??? ???

???

Output Blocking The following example illustrates output blocking for the connections between input 1 and output 6, and input 3 and output 6.

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

001010011

100101

110111

01

23456

7

000


110

110

110

110

110

110

output blocking

The Banyan Network

The banyan network is another self-routing switching fabric, similar in topology to the delta network.

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

001010011

100101110111

0123

4567

000

Stage 1 Stage 2 Stage 3

011

101

011

101

011

101 0

10

1

1

1011

101

011

101

Adding Load Distribution Because of internal blocking, input traffic is sorted on the

destination ports. The network is known as Batcher sorter

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

001

010011

100101

110111

000


B

A

01

01

01

01

A

B

A = Connection to output port 3 (011)B = Connection to output port 2 (010)

Adding Recirculation

Recirculating networks can redistribute, to the input ports, packets that were not successfully delivered in a given cycle.

Switchfabric

recirculation buffer

This technique deals with output or internal blocking.

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

Sortnetwork

Trapbuffer Routing

Banyan Network

Input Output

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.

la commutation elle consiste à trouver un chemin entre une entrée et une sortie dun commutateur...

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