سوئیچینگ Switching

1. سوئیچینگSwitching

2. فرم کلی شبکه سوئیچینگ

3. طبقه بندی شبکه های سوئیچینگ

4. شبکه های سوئیچ مداری (Circuit-Switched) • شبکه ای شامل مجموعه ای از سوئیچ ها که توسط اتصال های فیزیکی بهم متصل هستند • ارتباط بین دو ایستگاه  مسیر اختصاصی شامل یک یا چند لینک (اتصال) • نکته: برای ارتباط بین دو ایستگاه ممکن است بخشی از هر لینک اختصاص داده شده باشد • هر لینک بایستی به چندین کانال تقسیم شود • سوئیچینگ مداری دارای بازدهی ↓ و تاخیر ↓ است • سوئچینگ مداری در لایه فیزیکی انجام میشود

5. برقراری ارتباط در شبکه های سوئیچ مداری • در شبکه های سوئیچ مداری منابع بایستی قبل از شروع تبادل داده رزرو شوند • برقراری ارتباط  شامل سه فاز: برقراری اتصال، تبادل داده، آزادسازی اتصال • برقراری اتصال • مراحل درخواست و پذیرش اتصال توسط مقصد و تمامی سوئیچ های مابین دو ایستگاه • تبادل داده • اتصال برقرار شده برای تبادل داده استفاده شده و تا خاتمه داده برقرار میماند (نیازی به بسته بندی داده نیست) • خاتمه و آزادسازی اتصال • عبارت از آزادسازی منابع رزرو شده است که با خاتمه تبادل داده انجام میشود

6. A trivial circuit-switched network

7. Example circuit-switched network

8. Circuit-switched network, Example 2

9. Delay in a circuit-switched network

10. شبکه های دیتاگرام • سوئیچینگ بسته ای  هدایت پیام بصورت بسته ای صورت میگیرد و بسته های داده میتوانند از طریق سوئیچ های مختلف و مسیرهای مختلف به مقصد هدایت شوند (شبکه بدون اتصال) • سوئیچ بسته ای  مسیریاب • در شبکه های با سوئیچ های بسته ای پیام های ارسالی ابتدا به بسته ها تقسیم شده و سپس به سمت مقصد ارسال میشوند • اندازه بسته ها توسط شبکه و پروتکل های مربوطه تعیین میشود • در شبکه های دیتاگرام نیازی رزرو منابع نیست  بازدهی ↑ تاخیر↑ • سوئیچینگ بسته در لایه شبکه انجام میشود

11. A datagram network with four switches (routers)

12. Routing table in a datagram network

13. Delay in a datagram network

14. شبکه های سوئیچینگ مدار مجازی • ساختاری بینابین شبکه های سوئیچینگ مداری و دیتاگرام با مشخصه های هردو • دارای سه فاز عملیاتی برای انتقال داده • پیام ها به بسته ها تقسیم شده و منتقل میشوند • آدرس دهی کوتاه تر و ساده تر از شبکه دیتاگرام است • تمامی بسته ها یک مسیر اختصاصی برای رسیدن به مقصد طی میکنند • سوئیچینگ مدار مجازی در لایه دیتالینک انجام میشود

15. Virtual-circuit network

16. آدرس دهی در شبکه های سوئیچ مدار مجازی • آدرس دهی عمومی: برای شناسائی آدرسهای مبدا و مقصد از آدرس های منحصر بفرد استفاده میشود (فقط در برقراری اتصال) • آدرس دهی خصوصی: برای تبادل داده از مشخصه ارتباط بین دو ایستگاه یا سوئیچ بنام شناسه مدار مجازی (VCI) استفاده میشود

17. Switch and tables in a virtual-circuit network

18. Source-to-destination data transfer in a virtual-circuit network

19. Setup request in a virtual-circuit network

20. Setup acknowledgment in a virtual-circuit network

21. نکته در شبکه های مدار مجازی تمامی بسته های متعلق به یک منبع و مقصد از یک مسیر هدایت میشوند، با اینحال اگر منابع از پیش رزرو نشده باشد بسته ها ممکن است با تاخیر متفاوتی به مقصد برسند

22. Delay in a virtual-circuit network

23. ساختار سوئیچ • شبکه های سوئیچ مداری و بسته ای برای هدایت داده از عناصر سوئیچ استفاده میکنند • سوئیچ های مداری • تقسیم مکانی • میله های متقاطع • چند مرحله ای • تقسیم زمانی • مرکب • سوئیچ های بسته ای

24. سوئیچ میله ای متقاطع (Crossbar) • تعداد سوئیچ ها (crosspoints) = m × n

25. سوئیچ چند مرحله ای (Multistage) • ایده اصلی: به اشتراک گذاری نقاط متقاطع • تعداد سوئیچ ها:

26. مثال یک سوئیچ سه مرحله ای به ابعاد 200 × 200 (N = 200) طراحی کنید (k = 4 and n = 20) • Crossbars • First stage = N/n = 10 (size = 20 × 4) • Second stage = 4 (size = 10 × 10) • Third stage = 10 (size = 4 × 20) • Total = 2kN + k(N/n)2 = 2000 crosspoints • (only 5% of crosspoints in a single-stage switch) • 200 × 200 = 40,000

27. نکته بر اساس معیار Clos داریم:

28. مثال مثال قبلی را با استفاده از معیار Clos برای حداقل تعداد نقاط متقاطع (تعداد سوئیچ) طراحی کنید. n = (200/2)1/2 n = 10, k = 2n − 1 = 19 First stage = 200/10 = 20 (size 10 × 19) Second stage = 19 (10 × 10) Third stage = 20 (19 × 10) Total crosspoints 20(10 × 19) + 19(10 × 10) + 20(19 ×10) = 9500

29. سوئیچ های تقسیم زمانی • دارای سه بخش اصلی مالتی پلکس و دی مالتی پلکس TDM، و نیز واحد سوئیچ تایم اسلات (TSI) میباشند • واحد TSI دارای RAM با اندازه واحد های یک تایم اسلات میباشد • تعداد مکانهای حافظه = تعداد ورودی • داده ورودی برای پردازش در RAM ذخیره میشود • بر مبنای تصمیم گیری واحد کنترل داده به خروجی منتقل میشود

30. سوئیچ های مرکب (تقسیم زمان و مکان) • سوئیچ های تقسیم مکانی  هدایت بصورت بلادرنگ، تعداد سوئیچ بالا • سوئیچ های تقسیم زمانی  بدون سوئیچ میله ای، دارای تاخیر پردازش • ایده  ترکیب دو نوع برای بهره گیری از مزایای آنها • ورودی به گروه هائی با تقسیم زمانی (تایم اسلات ها) تقسیم میشود • اگر خروجی TSI در سوئیچ تقسیم زمانی بصورت مکانی تقسیم شود تعداد سوئیچ کاهش خواهد یافت

31. سوئیچ های بسته ای • اجزاء: • پورت های ورودی  ساختن بیت ها، ساختن بسته ها از روی فریم، تشخیص خط • پ.پورت های خروجی  عملیات پورت ورودی در جهت مخالف • پروسه مسیریابی  استفاده از آدرس مقصد برای پیدا کردن نقطه بعدی و پورت خروجی • واحد سوئیچینگ  انتقال بسته ها از صف ورودی به صف خروجی

32. I/O port

33. A banyan switch

34. Examples of routing in a banyan switch

35. Batcher-banyan switch