Switching-ATM

1. Switching-ATM Menuju High Speed Network

2. SM align Buffer management Exp., redundancy traffic combining Konsentrasi, duplikasi, distribusi Routing dan buffering Configuration control SM Diagram Functional Cell Switch Fabric (CSF) CSF prinsipnya berfungsi memindahkan sel-sel (signalling, manajemen, user data) antara blok fungsional lain dalam switch, atau secara khusus CSF merutekan sel user dari IM ke OM yang sesuai (appropriate). Requirement lain yang harus dipunyai CSF adalah: multicasting, fault tolerance, dan loss delay priorities. Fungsi tambahan CSF meliputi: konsentrasi, duplikasi, penjadualan sel, pemilihan sel terbuang, dan memonitor kongesti.

3. Address filter T D M B US 1 S/P AF P/S1 1 N S/P1 AF P/S1 N Buffer Pendekatan Shared Medium Sel-sel incoming secara sekuensial broadcast pada bus dalam bentuk round robin. AF berfungsi melewatkan sel-sel yang sesuai menuju buffer keluaran, di samping menguji routing tag internal tiap sel jika ditujukan ke keluaran. Jika bus dari SM beroperasi pada kecepatan yang cukup tinggi paling tidak NV sel/detik (throughput total), maka dipastikan tidak ada konflik bandwidth, dan semua antrian terjadi pada keluaran.

4. SE/ES 1 to N routers 1 1 input output N N Gambaran struktur logical switch • Switch mempunyai 16 port input dan 16 port keluaran, tiap port bekerja pada kecepatan 400 Mbps (clock rate 50 MHz  20 ns). • Maka throughput = 6,4 Gbps (sebagai jumlah data yang diproses di switch). • Atau throughput = 12,8 Gbps (total I/O rate). • 6,4 Gbps ekivalen  15 juta paket/detik, di ATM 1 sel  53 byte.

5. 1 2 input N Address filter AF AF AF AF AF AF buffer Antrian keluaran 1 N output Pendekatan Fully Interconected Terdapat paths yang bebas sebanyak N2 yang mungkin (dari pasangan masukan/keluaran). Dalam desain ini, sel-sel yang datang di-broadcast secara terpisah ke semua keluaran, sel-sel dilewatkan melalui AF ke antrian keluaran (AF boros/banyak sekali). Tidak ada konflik (karena N2 path).Semua antrian terjadi di keluaran.Dapat mencapai throughput optimal  NV sel/detik.AF dan buffer bekerja pada kecepatan port.

6. Switch fabric Stage-1 Stage-3 Switch fabric adapter a1 X d1 a3 d3 in Stage-2 a2 X d2 out ATM cells User data Hdr User info User info User info User info a3 c a2 a1 a2 c d3 a1 d2 d3 c a1 c d1 d2 d3 C: elemen vector routing Mekanisme self routing Metoda routing dalam switch fabric multistage disebut shelf routing atau source routing. Routing header bukan header ATM. Header ATM merupakan data untuk switch.

7. Operasinya sebagai berikut: • External adapter menerima sel ATM dari link eksternal, • Adapter menggunakan field VPI/VCI untuk menempatkan masukan yang tepat untuk VC ini sesuai tabel routing-nya, • Nilai VPI/VCI akan dikoreksi (di keluaran adapter) yang di-update ke dalam sel, • Vektor routing menspesifikasi rute bahwa sel harus melewati switching fabric yang diulang dari tabel VCI, • Sel diantrikan ke stage-1 (sebelum menerima sel, switch menempatkan buffer paket kosong ke port input), • Jika sel diterima di switch (stage-1), routing tag sekarang di-kopi ke bagian kontrol, • Header untuk routing berotasi seterusnya (dan ini merupakan routing tag yang sekarang), • Demikian seterusnya (stage-2, stage-3); routing tag: menentukan port keluaran.

8. Stage-1 Stage-2 Stage-3 ES 1 0 1 0 1 0 111 110 110 1 0 1 0 101 ES 1 0 100 collision 010 1 0 1 0 1 0 011 010 1 0 1 0 001 1 0 000 1101110010 110111001 11011100 1101110 Bit-1 Bit-1 Multistage Design Bentuk tersederhana dari serial switching tingkat per tingkat adalah switching network “Banyan”.

9. Dalam prakteknya switch masukan/keluaran (sepasang) untuk menghasilkan hubungan full duplex. Operasinya sebagai berikut. . • Ketika arus bit (blokdata) diterima di input, selanjutnya ES menggunakan bit-ke-1 (sebagai penentu routing) guna menentukan hubungan (link) dari 2 keluaran yang tersedia (pengiriman data). • Bit yang digunakan untuk menentukan routing kemudian dibuang, sedangkan blok data terus dikirim ke tingkat switch selanjutnya (di mana proses yang sama diulangi). • Dari gambar di atas, terdapat blok data dengan routing header: 010. Arus bit ditransmisikan dengan bit-ke-1 adalah 0 (dari kanan ke kiri). • Data merupakan keluaran dari switch fabric pada link keluaran yang tepat (tujuan 010). • Data keluaran yang mengandung routing header (010) dibuang. Karena switch beroperasi secara sinkron dari end to end, maka tiap stage dari switch minimal mempunyai buffer 3 bit. Jika 2 blok data dilewatkan melalui switch (dengan routing header 010 dan 110) maka akan terjadi tabrakan (collision). Untuk mengatasi hal ini maka perlu digunakan pem-buffer-an baik di sisi input atau disisi output dari tiap elemen switching (SE

10. Blocking di Dalam Jaringan Banyan • Jumlah sel yang dapat bertubrukan untuk menuju port keluaran yang sama pada satu ES adalah N. Banyan Network akan non blocking internal jika (kecepatan link internal = N kecepatan incoming link). • Contoh: 16x16 switch jika incoming link 155 Mbps maka • kecepatan link internal600 Mbps. • 64x64 switch  1,2 Gbps …….dst untuk 128 x 128 ; 256 x 256 …

11. Hal yang penting dalamjaringan Banyan • Hanya satu jalur hubungan (port input  port keluaran). Jaringan Banyan mempunyai self-routing switch. • Jaringan Banyan mempunyai blockinginternal yang terjadi bila lebih dari satu sel mencoba menggunakan (mengakses) link yang sama antara 2 stage. Maksimum hubungan masukan-keluaran pada link internal dicapai pada saat (k = 0,5 log2 N) atau hubunganmaksimum = N. Blocking internal menyebabkan throughput menurun drastis yang sebanding dengan jumlah port di jaringan. • Dalam switch non blocking internal, bahwa tiap port input dapat berhubungan dengan tiap port keluaran. •  SE = 0,5 N log2 N •  total state yang berbeda = 2SE • hubungan maksimum = NN = 20,5 N log2 N • Jaringan Banyan dapat diskalakan (scalable)

12. Stage-1 Stage-2 Stage-3 n-1 0 SE n 2x2 1 1 SE 0 0 Sama modelnya (link) Contoh Topologi Switch lain : Jaringan Omega

13. SE (2x2) Untuk mengurangi degradasi keluaran yang terjadi dan tubrukan di port keluaran perlu dilakukan 3 penempatan buffer: Input Buffering (FIFO) Output Buffering (OB) Switch non blocking internal masih mengalami blocking pada port keluaran karena tubrukan di port keluaran. Dengan OB, semua sel yang bertubrukan untuk mencapai port keluaran yang sama disimpan di port keluaran sampai link transmisi memungkinkan. OB menambah throughput switch melebihi IB bila hanya 1 dari sel-sel bertubrukan dari input yang berbeda. Satu sel yang tak dapatmencapai port keluaran, selama cycle time akan menempati HOL pada FIFO yang kemudian akan bisa mencoba lagi (berhubungan dengan sistem antrian). :

14. Internal buffering SE (2x2) memory memory Buffer pada tiap link internalbisa digunakan sebagai temporary store bagi sel yang bertubrukan dalam mencapai port keluaran yang sama pada tiap SE.mengeliminir blocking HOLtidak mengimplementasi FIFOjumlah sel datang secara serentak pada SE = Nbuffer besar ada cell delay

15. IV V VI 2x2 sorter 4x4 sorter 8x8 sorter Banyan network N = 8 maka sorter=24 I II III Pola jaringan OMEGA down sorter 2x2 crosspoint up sorter Jaringan Sorting Batcher • untuk non blocking internal • resolve konflik keluaran

16. Operasinya sebagai berikut Dua pasang bilangan pertama di-sort dengan menggunakan per-sorter 2 x 2. Selanjutnya dua bilangan yang telah di-sort akan di-sort dengan menggunakan sorter 4 x 4. Dua pen-sorter dari 4 bilangan kemudian di-sort oleh sorter 8 x 8, dan seterusnya. Menghasilkan jaringan multistage dan menambah ukuran. Tiap sorter n x n terdiri dari salah satu pen-sorter up dan pen-sorter down. Bila dua bilangan di-sort dan di-merge, maka satu list menggunakan up sorter SE dan yang lain down sorter SE. Dalam rangka men-sort 2k elemen, k tingkat pen-sorter dibutuhkan.

17. Dimensi Jaringan Sorting Batcher Lihat Pers : Untuk gambar di atas: k = 3  elemen = 2k = 23 = 8  state = 3(3+1)/2 = 6 pensorter 2x2 = 0,25 (8) log2 8 (log2 N+1) = 0,25 (8) (3) (3+1) = 2 (3) (4) = 24