Μεταγωγή ( Switching )

1. Μεταγωγή (Switching) • Λειτουργία: συνδέει εισόδους σε εξόδους, έτσι ώστε τα bits ή τα πακέτα που φτάνουν σε ένα σύνδεσμο, να φεύγουν από έναν άλλο επιθυμητό σύνδεσμο. • Μετρικές απόδοσης: • καθυστέρηση (delay): ανά πακέτο (για μεταγωγή πακέτου), ανά bit (για μεταγωγή κυκλώματος) • χρόνοςεγκατάστασης (set-up time): ανά κύκλωμα (για μεταγωγή κυκλώματοςή μεταγωγή εικονικού κυκλώματος) • ρυθμαπόδοση (throughput): # γραμμών,ρυθμοί • πολυπλοκότητα (complexity): # crosspoints (για μεταγωγή κυκλώματος), μέγεθος buffer (για μεταγωγή πακέτου)

2. Παραδείγματα: • ΝxN point-to-point μεταγωγέας: • Θέλουμε να είμαστε σε θέση να συνδέσουμε οποιαδήποτε είσοδο σε οποιαδήποτε έξοδο, αρκεί δύο διαφορετικές είσοδοι να μην έχουν την ίδια έξοδο. • # διαφορετικών διαμορφώσεων = Ν! • # crosspoints • NxM multipoint μεταγωγέας: • Θέλουμε να είμαστε σε θέση να συνδέσουμε οποιαδήποτε είσοδο σε οποιoδήποτε σύνολο εξόδων, αλλά κανένα ζεύγος εισόδων να μη συνδέεται με την ίδια έξοδο.

3. Δίκτυα Clos Καθορίζονται από τα μεταγωγέας = στοιχειώδης crossbar μεταγωγέας Ένας μεταγωγέας είναι non-blocking, αν όλες οι μία-προς-μία συνδέσεις είναι συμβατές. Ένας μεταγωγέας καλείται αυστηρά (strictly) non-blocking (SNB), αν κάθε νέα σύνδεση από μια ελεύθερη είσοδο σε μια ελεύθερη έξοδο είναι δυνατή, χωρίς να τροποποιηθούν άλλες συνδέσεις. Αλλιώς, καλείται rearrangeably non-blocking (RNB).

4. Θεώρημα: αν , ο μεταγωγέας Clos είναι SNB. Απόδειξη: Έστω ότι θέλουμε να συνδέσουμε τον a με τον b: Ο a συνδέεται το πολύ με ΙΝ-1 ενδιάμεσους μεταγωγείς. Ο b συνδέεται το πολύ με OUT-1ενδιάμεσους μεταγωγείς. Άρα, υπάρχει ένας ενδιάμεσος μεταγωγέας ελεύθερος. Θεώρημα: αν , ο μεταγωγέας Clos είναι RNB.

5. Η πολυπλοκότητα ενός μεταγωγέα Clos(παράδειγμα) NxNμεταγωγέας • N=pq: ο crossbar μεταγωγέας απαιτεί crosspoints. • RNB Clos: N2=p. • Έστω ότι κάθε υλοποιείται ως crossbar μεταγωγέας. Τότε, . • SNB Clos: N2=2p-1. • Τότε, • πχ, αν p=q=100, ένας SNB Clos έχει μόνο το 6% των crosspoints ενός crossbar!

6. Το δίκτυο Benes (RNB) Έστω και η ακόλουθη αναδρομική κατασκευή: Nείσοδοι Nέξοδοι Φαίνεται σαν ένα Clos δίκτυο. (δεδομένου, ότι και τα κουτιά είναι RNB). Κάθε κουτί κατασκευάζεται αναδρομικά ως ένα Benes δίκτυο.

7. Κάθε μεταγωγέας μπορεί ξανά να αποσυνθεθεί ... T(N): # των 2x2μεταγωγέων στο NxN Benes. Είναι Ένας 2x2μεταγωγέας απαιτεί 4crosspoints . Άρα η βέλτιστη τάξη για το πλήθος των crosspoints είναι Παράδειγμα: , σε αντιδιαστολή με τα , που απαιτεί ένα crossbar.

8. Δρομολόγηση σε ένα δίκτυο Benes Έστω Cένα αρχικό σύνολο από συνδέσεις. Βήμα 1: Διάλεξε μια είσοδο, που δεν έχει ακόμα επιλεγεί (τερμάτισε, αν δεν υπάρχει). Βήμα 2: Σύνδεσε την είσοδο στην επιθυμητή έξοδο (του S, για παράδειγμα), μέσω του U. Βήμα 3: Αν η άλλη έξοδος του Sεπιθυμεί σύνδεση με είσοδο (για παράδειγμα) του T, σύνδεσέ τις μέσω του L. Πήγαινε στο βήμα 1. Εφάρμοσε τον αλγόριθμο αναδρομικά στα Uκαι L.

9. Ταχεία μεταγωγή πακέτου (Fast Packet Switching - FPS) Η συχνότητα των αλλαγών στη διαμόρφωση του μεταγωγέα είναι τάξειςμεγαλύτερη, στην περίπτωση της μεταγωγής πακέτου απ’ότι στη μεταγωγή κυκλώματος (μs ή ακόμα και ns, έναντι sec). πακέτο αλγόριθμος δρομολόγησης διεύθυνση προορισμού (datagrams) id εικονικού κυκλώματος (VC switching) Πλεονέκτημα του FPS: ευέλικτη παραχώρηση εύρους ζώνης. Μειονέκτημα του FPS: χρειάζεται buffering.

10. Μεταγωγή διαίρεσης χρόνου (Time Division Switching) πχ στο τηλεφωνικό δίκτυο εναλλακτής σχισμών καθυστέρηση σχισμές Μειονέκτημα: ο εσωτερικός ρυθμός είναι Ν φορές μεγαλύτερος.

11. Βασικοί σχεδιασμοί • κοινός (shared) buffer • κατανεμημένος (distributed) buffer • buffer εξόδου Κοινός buffer Μια συνδεδεμένη λίστα ανά έξοδο. Μια συνδεδεμένη λίστα από ελεύθερο buffer. Πλεονέκτημα: μέγιστη χρησιμοποίηση (utilization) των buffers. Μειονέκτημα: χρειάζεται ταχύς χειρισμός των δεικτών.

12. Buffers εξόδου φίλτρα διευθύνσεων Πλεονέκτημα: εννοιολογικά απλό. Μειονέκτημα: απαιτεί ταχεία αρτηρία(bus).

13. Κατανεμημένος buffer (άλλα παραδείγματα: Baseline, Flip, Delta κλπ) Αυτο-δρομολόγηση (Self-routing)στο Omega (παρομοίως και στα υπόλοιπα) Εδώ η ετικέτα (tag) είναιο αριθμός του συνδέσμουεξόδου. Στην i-οστη φάση, αν το αντίστοιχο (i-οστό) bit της ετικέτας είναι 1, πάει κάτω, αλλιώς πάει πάνω.

14. Multistage Interconnection Networks for building high-speed switches

21. Generalization of the