Komutacija paketa

Komutacija paketaKS_10_8

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija Tipicna u mreama za prenos podataka - Internet.Osnovna karakteristika paketske komutacije je to to linija nije zuzeta sve vrijeme tokom prenosa poruke.

Poruka se dijeli na male pakete koji se alju sukcesivno kada postoji mogucnost za to.Paketi mogu putovati razlicitim putanjama do krajnjeg odredita i ne moraju stizati po redu.

Linija se tokom prenosa fiziki zauzima samo dok traje prenos jednog paketa I nakon njegovog pristizanja na odredite automatski se oslobada.

Paketska komutacija je neuporedivo efikasnija i robusnija za prenos podataka koji toleriu neujednacena kanjenja I jitter, kao to su e-mail poruke i Web strane.

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija

Paketski komutatori-svievi Kod komutacije kanala, put uzorka se odreuje za

vrijeme procedure uspostavljanja veze (signalizacija) Umjesto zaglavlja uzorkakoristi se pozicija u okviru Kod paketskog svia, paketi sadre polje odredita ili

labeluNuno je traiti polje odredita u letu

Datagramski svieviTraenje na bazi pune adrese odredita (slaganje-po

najduem prefiksu) elijski i Label-svievi

Traenje na bazi VCI ili Labela L2 Svievi, L3 Svievi, L4-L7 svievi

Razlika je u funkciji traenja (tj., filtriranju), ne u komtacionom polju,

2011/04 KS_10_8

Paketska poravnanja

3 1 1

4 2 4

1 1

4 2

4x4Switch

1

2

3

4

Izlazana odredita su sluajna

Prazni odsjeci(nema aktivnih paketa)

Granice dolazaka mogu biti ne istovremene

2011/04 KS_10_8

Paketski vor

Ulazni procesor paketa

Disasembler Kanjenje Asembler

Procesor zaglavlja

Info

Zaglavlje

Memorija

UlazniVCI

IzlaznaAdresa

IzlazniVCI

1 5 22 12 5..

.

...

Ka ulazu ukomutaciju

( Ulazni VCI )

( IzlazniVCI )

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija VCI virtuelnog kanala moe se mijenjati na svakoj liniji

2

2

3

2

2

2

Pojednostavi algoritama pridruivanja VCI Redukuj blokiranje usljed nedostatka validnog VCI

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija Sistem sa ekanjem : Mehanizam izbora konkurentskih paketa koji idu u

komutaciju Paketi gibitnici se spremaju na ekanje kod ulaza ili unutar komutacije Izlazni spremnici su potrebni kad je grupna koliina vea od 1 Propusna moc se moze pribliziti 100%

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija

Ubrazanje komutacije N puta

1

1

1

2

4 x 4

1

2

3

4

Paketi mogu biti komutirani jedan po jedan ka izlazima ako je ubrzanje komuacije N puta, neprimjenljivo za veliko N

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija

Odbacivanje paketa koji ne mogu biti komutirani

Jeadan od paketa se mora odbacitiAko je grupnakoliina = 2

1

1

1

2

4 x 4

1

2

3

4

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija

Spremanje paketa u rep koji se ne mogu komutirati

Dva od ovihPaketa morajuSe spremiti u rep ako je grup. kol = 1

1

1

1

2

4 x 4

1

2

3

4

2011/04 KS_10_8

KOMUTACIJSKA POLJA S VREMENSKOM PODJELOM

Komutacijska polja sa zajednikim medijem (na bazi sabirnice i prstena)

Komutacijska polja sa zajednikom memorijom (koncentrirana i distribuirana)

Kod arhitektura sa zajednikom memorijom i zajednikim medijem se promet sa svih ulaznih linija multipleksira u pojedinaan niz irine prenosnog kanala koja je N puta vea od irine prenosnog kanala pojedinane ulazne linije

2011/04 KS_10_8

Komutacijska polja sa zajednikom memorijom

U modelu komutacijskog polja sa zajednikom memorijom dolazee se elije konvertiraju iz serijske u paralelnu formu, te se sekvencijalno upisuju u RAM.

Redoslijed isitavanja iz memorije odreuje memorijski kontroler temeljei svoje odluke na sadraju elijske oznake unutarnjeg usmjeravanja.

Izlazne elije su demultipleksirane i konvertirane iz paralelne u serijsku formu. Ovaj pristup temelji se na izlaznom spremanju, gdje svi izlazni spremnici fiziki

pripadaju jednom zajednikom modulu spremnika. Prednost ovakve izvedbe je to ona podrava 100%-tnu propusnost pri visokim

vrijednostima dolaznog prometa. Dijeljeni spremnici minimiziraju broj spremnika potrebnih da odre zadani nivo

vjerojatnoe gubitka elije.

Komutacije sa dijeljenom memorijom Dual-port RAM Dolazne elije se konvert. iz

serijskih u paralelne Elegantno, ali memorijske

brzine & port brojai ne skaliraju dobro Baferi na izlazu 100% propusnost pri jakom

optereenju Minimizira bafere

Napr: CNET Prelude, Hitachi shared buffer s/w, AT&T GCNS-2000

Komutacije na bazi dijeljene memorije

q Hardver memorijskih interfejsa je skup => mnogo portova dijeli manje memorijskih interfejsaq Napr.: dual-port memorija

q Odvaja spore linije basa od kontrolera

2011/04 KS_10_8

KOMUTACIJSKO POLJE SA ZAJEDNIKIM MEDIJEM

U ovom modelu komutacijskog polja koristi se zajedniki medij izveden kao prsten, sabirnica ili dvostruka sabirnica preko koje se vri usmjeravanje.

Komutatori na bazi dijeljenog medija Dijele medij (tj. bus/ring

itd) umjesto memorije Medij mora biti N puta

brziAdresni filteri & izlazni

baferi, takodje iste brzine kao medij!

TDM + round robin Primjeri: IBM PARIS &

plaNET s/w, Fore Forerunner ASX-100, NEC ATOM

Komutatori s potpunom dostupnoscu Potpuna povezanost Broadcasting + adresni-filteri

Podesno za Multicasting Baferi na izlazima Ista brzina za sav hardver =>

skalabilan Kvadratni rast broja bafera/filtera s

brojem ulaza Knockout svic (AT&T) smanjen #

bafera: fiksno L (=8) bafera po izlazu + kruzni metod eliminacije paketa Mali rezidualni procenat

gubitka paketa (1/million) Primjeri: Fujitsu bus matrix, GTE

SPANet

2011/04 KS_10_8

Paketske komutacije sa prostornom raspodjelom

Vea komutacijska polja konstruisana su od nekoliko komutacijskih elemenata meusobno povezanih spojnim putevima.

Klasifikaciji mrea komutatora s obzirom na broj kaskada:

Jednoskaskadne (Jednostepene) mree Viekaskadne (Viestepene ) mree

Jednostepene krozbar: komutirane medjuveze

2N medija (tj. baseva), ALI Koristi prespojnike izmedju svakog ulaznog i izlaznog basa

umjesto broadcasting-a Ukupni broj potrebnih puteva = N+M Broj prospojnih tacaka = NxM Potrebna je arbitracija/rasporedjivanje u slucaju borbe za port

2011/04 KS_10_8

Jednostepena shuffle exchange mrea

Ovoj mrei potreban je povratni mehanizam kako bi se s odreenog ulaza dosegao eljeni izlaz, ukoliko je elija dola na ulaz komutacijskog elementa koji ne sadri odgovarajuu izlaznu liniju (taj mehanizam oznaen je isprekidanom linijom).

Oigledno je da elija moe proi kroz mreu i nekoliko puta, prije nego li dosegne svoje eljeno odredite. Stoga se ova mrea naziva jo i recirkulirajua mrea

2011/04 KS_10_8

Binarne operacije tipa povlaenja (shuffle) Izlaz p na vrhu lijevog stepena se vee na I(p) ulaz od desnog

stepena. Sve meuveze se numeriu od 0. Na izlazu komutatora odluuje se da li elija moe napustiti mreu

ili se mora vratiti na ulaz. Ovakav tip mree zahtijeva vrlo mali broj komutacijskih elemenata. Nema dobre performanse, osobiti u smislu kanjenja.

I(0)=0 I(1)=2 I(2)=4 I(3)=6 I(4)=1 I(5)=3 I(6)=5 I(7)=7

pk-1pk-2...p0-> pk-2...p0pk-1

2011/04 KS_10_8

Operacije Shuffle i Exchange Operacije Shuffle i Exchange (razmjena)

2011/04 KS_10_8

Viestepene mree Viestepene mree koriste se da bi se donekle izbjegli

nedostaci jednostepenih mrea i poboljale performanse veih komutacijskih polja.

Sastoje se od nekoliko stepena koji su, prema odreenoj shemi spajanja,meusobno povezani spojnim putevima.

Svi izlazi jedne kaskade zavravaju kao ulazi komutatora sljedee kaskade (i to svaki izlaz komutatora jedne kaskade na samo jedan ulaz njemu pridruenog komutatora sljedee kaskade).

Ovisno o broju puteva kojima se pojedini ulaz moe povezati s odreenim izlazom, ove se mree mogu podijeliti u podklase : Mree s jednostrukim putem Mree s viestrukim putevima

2011/04 KS_10_8

Viestepene mree S obzirom na parametar vremena donoenja odluke,

mogu se izdvojiti sljedea dva sluaja: Konekcijski mod jednom donesena odluka vrijedi itavo vrijeme

trajanja veze Nekonekcijski mod za svaku eliju mora se donositi nova odluka

o usmjeravanju. Usmjeravanje elija u ovim strukturama izvodi se pomou

dva parametra, a to su mjesto i vrijeme donoenja usmjeravajue odluke.

Ukoliko se razmatra parametar mjesta donoenja odluke, izdvajaju se dva sluaja: usmjeravajue informacija sadrana je unutar same elije

(samousmjeravanje) usmjeravajua informacija pohranjena je u tablici usmjeravanja

unutar pojedinog komutacijskog elementa

Viestepena komutaciona polja Kompromis izmedju iste vremenske i iste prostorne

komutacije Pokuaj kombinovanja prednosti jedne I druge

Jeftinija za realizaciju od vremenskeBolje performanse od prostorne

Tehnika: Limitirano dijeljenje Napr.: Banyan svic Svojstva

SkalabilnaSamo-rutirajua, tj., nemaju centralni kontrolerRepovi paketa omogueni, ali ne neophodni

Bitno: multistepeni komutatori dijele prospojne take koje su postale skup resurs

Multistepeni komutatori: manje prospojnih taaka

Problem: interno blokiranje & blokiranje na izlazima

NxN swi koga ine bxb elementi ima [logbN] elemenata sa N/b elemenata po stepenuKomutaciono polje je samorutirajueRekurzivnoMoe biti sinhrono ili asinhronoPravilna struktura podesna za VLSI izvedbu u ipu

2011/04 KS_10_8

Povezujue mree Poele sa povezivanjem multiprocesorskih struktura distribuirane, algoritmi samorutiranja regularana topoloka struktura povezivanja

Rearanzirajuce neblokiranje kod komutacije kanala znaci istokao interno neblokiranje kod komutacije paketaPrakticna razlika je u brzini !

Sistem sa gubicima : Nema ulaznih ni internih spremnika. Paketi se moda spremaju na izlazima ako je grupna kolicina veca od 1 Paketi se mogu odbaciti ako nastane konkurencija.

Vjerovatnoa gubitka moce biti proizvoljno mala

2011/04 KS_10_8

Mree s jednostrukim putem

U mreama s jednostrukim putem : jedan put izmeu bilo koja dva ulaza i izlaza.

Najzastupljenije mree s jednim spojnim putem jesu banyan, crossbar i delta komutacijske mree.

BLOKIRAJUE MREE banyan mree, delta mree NEBLOKIRAJUE MREE crossbar mree.BLOKIRAJUE KOMUTACIJSKE ARHITEKTURE Arhitekture komutatora koje pokazuju svojstvo i unutarnjeg i

izlaznog blokiranja elija nazivaju se blokirajue mree komutatora. Predstavnici ovih mrea koji se najee pimjenjuju za prouavanje

i procjenu performansi jesu: banyan mrea delta mrea

Banyan komutacija

Osnovni element = 2x2 svi, ulazne labele 0/1 Moe biti sinhrono I asinhrono

Asinhrono => paketi mogu stizati u bilo kojim vremenima Sinhroni banyan nudi DVOSTRUKU effektivnu propusnost!

Najgori je sluaj kad svi ulazi prime pakete sa istom labelom

2011/04 KS_10_8

Banyan klasa mrea

(a) shuffle-exchange (omega) mrea; (b) inverzna shuffle- exchange mrea; (c) banyan mrea; (d) baseline mrea

* Definicija: Sa internim blokiranjem

* Jedinstven put od ulaza do izlaza

* log2N stepena

2011/04 KS_10_8

Izomorfizam Banyan mreze mogu biti meusobno izomorfne.

Tada se jedna mrea moe transformisati u drugu zamjenom komutatora 2x2 u istom stepenu bez mjenjanja veza sa njima povezanim komutatorima. Primjer shuffle-exchange (Omega) mreza i banyan mreza.

Shuffle-exchange mrea banyan mrea

2011/04 KS_10_8

Samorutiranje

Samo-rutiranje u banyan mrei: 0-gornji, aJedinica na donji izlaz komutatora 2x2

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

101

100

101

101

100

100

000001

010011

100101

110111

Element komutacijeCilj: samorutirajue komutaciono poljeGraenje komplikovane mree iz prostih

elemenata

Bit komutiranja: ako je bit 0, alji paket na gornji izlaz, inae alji na donji izlazAko oba packeta idu na isti izlaz, baferuj ili

odbaci

2011/04 KS_10_8

Blokiranje

Interni i eksterni konflikti prilikom rutiranja u banyan mrei

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

01

000

100

000001

010011

100101

110111

000

100

000000

Eksterni konfliktJedan paket za odbaciti

Interni konflikt

Banyan Najjednostavnija samorutirajua rekurzivna mrea

Dva paketa idu na isti izlaz => izlazno blokiranje Moe se desiti blokiranje I ako idu na raliite izlaze iinterno blokiranje

Manje prospojnih taaka od krozbara Meutim postoje izvedivi ne-blokirajui rasporedi => pre-sortirati &

razmjestiti pakete da se dobiju ne-blokirajui rasporedi

2011/04 KS_10_8

Sprijeavanje blokiranja i gubitka elija

poveanjem brzine unutarnjih linkova u odnosu na brzinu vanjskih;

uvoenjem paralelnih mrea osiguravajui vie puteva od jednog ulaza do odreenog izlaza;

uvoenjem back-pressure mehanizma (upravljakih blokova) izmeu stepeneva, zadravajui prijenos blokiranih paketa;

postavljanjem spremnika u komutatore osiguravajui privremeno ekanje dok se ne stvore uslovi za nastavak usmjeravanja kroz komutacijsko polje;

koritenjem distribucijske mree ispred banyan mree u cilju ravnomjerne raspodjele optereenja po ulazima;

preusmjeravanje paketa preko dodatnih stepena osnovne mree.

Multi-stepene komutacije : Banyan Klju manje prospojnih taaka

nego u krozbaru 8x8 banyan: Rekurzivni dizajn

Na bazi prvog bita rutiraj eliju kroz prvi stepen, bilo preko gornje ili donje 4x4 mree,

zadnja 2 bita za rutiranje elije kroz mreu 4x4 na odgovarajui izlazni port.

Samo-rutiranje: izlazna adresa kompletno specifikuje rutu kroz mreu (rutiranje na bazi cifre)

Jednostavni elementi, skalabilna, paralelno rutiranje, elementi rade istom brzinom

Primjeri: Bellcore Sunshine, Alcatel DN 1100

Banyan mrea: drugo vienje

2011/04 KS_10_8

Vjerovatnoa blokiranja u banyan mrei

Mrea se sastoji od n = log2 N stepeneva Svaki stepen sadri N/2 komutatora, a broj bitova u usmjeravajuoj

oznaci za svaku eliju jednak je broju stepeneva. Kako je broj komutatora u mrei (N/2) log2 N i svaki moe biti u cross

ili bar stanju, ukupan broj razliitih stanja u mrei jednak je

Uzimajui u obzir da svako stanje odgovara uspostavljanju N unutarnje nezavisnih puteva i da postoji jedinstveni put izmeu bilo kojeg para ulaz/izlaz, ukupan broj istovremenih moguih realizacija permutacija tih konekcija iznosi

2011/04 KS_10_8

Vjerovatnoa blokiranja u banyan mrei Pretpostavlja se uniformna raspodjela saobraaja i da svaki paket sa

jednakom vjerovatnoom moe biti dostavljen na bilo koji izlaz. Zbog osobine jedinstvenog puta, ovo takoe znai da paket jednako vjerovatno moe biti proslijeen na bilo koji od dva izlazna linka svakog komutatorkog elementa.

Neka je Pm vjerovatnoa da je doao paket na ulaznu meuvezu u stepenu m+1.

Ulazno optereenje je Po=o. Neka se Pm umanjuje kako se m uveava i imamo sve vie i vie izgubljenih paketa. Ubacujui Pm+1 u izraz za Pm, posmatra se izlazna meuveza komutatorskog elementa u stepenu m+1, postoji paket na ovoj meuvezi samo ako je zadnji dolazei paket dostavljen.

Vjerovatnoa da paket nije dostavljen ni na jedan izlaz, iznosi (1 Pm/2). Prema tome imamo

Pored toga, moemo izraunati Plog2N i dobiti vjerovatnou gubitaka kao

2011/04 KS_10_8

Vjerovatnoa blokiranja u banyan mrei

Meutim, izraz za Ploss, u zatvorenoj formi, se nemoe dobiti na ovaj nain, jer Plog2N nije u zatvorenoj formi. Uvode se neke aproksimacije, pa se tretira m kao kontinualna promijenljiva, i razvja Pm+1 u Tajlorov red:

Ako je drugi izvod Pm po m, mali za n 2, tada (3.1) moe biti prikazano kao

Iz ovoga slijedi:

2011/04 KS_10_8

Vjerovatnoa blokiranja u banyan mreiIntegrirajui od m=0 i zamijenjujui Po= o, dobijamo

Ukupna vjerovatnoa gubitaka paketa je data sa

gdje je n=log2N. Maksimalna propusnost se postie za o=1, i iznosi

2011/04 KS_10_8

Vjerovatnoa blokiranja kad Banyan mrea Vjerovatnoa gubitaka raste brzo saporastom n. ak i u malim 44 komutatorima, vjerovatnoa gubitaka je vea od 0,5. Prema tome, ovakvi

komutatori nisu pogodni za komunikacione mree koje treba da obezbijede dobar kvalitet usluga

m + 1Pm Pm+1

1 2 3 4 5 6 7n = log2N

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Ploss = n / (n+4)

= 1

2011/04 KS_10_8

Delta mrea Delta mrea spada u klasu viestepenskih

samousmjeravajuih mrea (MIN-ova) s jednostrukim putem kao posebna implementacija banyan mree.

2011/04 KS_10_8

Blokiranje u delta mrei Ukoliko je b broj ulaza komutacijskog elementa, a N ukupan broj ulaza i

izlaza mree, tada je broj stepeneva mree n = logb N, dok je ukupan broj komutatora

Vjerojatnost dolaska j elija na ulaze komutatora bb na k-tom stepenu mree ima takoer binomnu razdiobu:

Vjerojatnost da e j elija biti usmjereno s ulaza na eljene izlaze promatranog komutatora;iznosi:

2011/04 KS_10_8

Blokiranje u delta mrei Vjerojatnost dolaska elija na ulaze komutatora (k+1)-vog stepena

mree jednaka:

2011/04 KS_10_8

Uslovi za neblokiranje kod banyan mrea Banyan mrea je neblokirajuca ako aktivni ulazix1, xm, (xi, > xj, if j > i) i njihovi ciljni izlazi

y1, ym zadovoljavaju :

1.) Razdvojeni i monotoni izlazi: y1 < y2 < < ym or ym > > y2 > y1

2.) Koncentrisani ulazi:

aktivan je ulaz , x xda takvo svako Za ji

2011/04 KS_10_8

Uslovi za neblokiranje kod banyan mrea

Primjer gdje je banyan mrea ne-blokirajua pri sortiranim ulazima

Ne-blokirajua sort-banyan mrea

000001010011100101110111

001010011110

000001010011100101110111

001010011110 Sorting

Network

Neblokirajui Batcher-Banyan

3

7

5

2

6

0

1

4

7

2

3

5

6

1

0

4

7

5

2

3

1

0

6

4

7

0

5

1

3

4

2

6

7

4

5

6

0

3

1

2

7

6

4

5

3

2

0

2

7

6

5

4

3

2

1

0

000001010011100101110111

Batcher Sorter Self-Routing Network

Baer mrea slui kao rasporeiva Batcher-Banyan mrea je blokirajua za multicast.

Blokiranje u Banyan ili: Sortiranje Mogue je izbjei blokiranje izborom redoslijeda dolaska paketa na

ulaznim portovima Ako se moe

Predstaviti pakete na ulazima sortirane po izlazu uhvati duplikate (koji idu.na isti izlazni o/p port) Ukloni nekoritene ulaze pred banyan uvesti stepen perfektnog razmjetanja Tad nee biti blokiranja

Primjer: [X, 010, 010, X, 011, X, X, X]: Sortiranje => [010, 011, 011, X, X, X, X, X] Odbaci duplikate => [010, 011, X, X, X, X, X, X] Razmjesti => [010, X, 011, X, X, X, X, X] Potrebne sort, shuffle, i trap mree

2011/04 KS_10_8

Batcher-ova sortirajua mrea Ona se bazira na proceduri sortiraj-objedini. Sortirajua mrea

NxN moe se konstruisatis iz dvije manje sortirajue mree N/2xN/2 i jedne N/2xN/2 objedinjujue mree.

2011/04 KS_10_8

Batcher-ova sortirajua mrea Uz pretpostavku da postoji metoda za konstrukciju

objedinjujuih mrea, mogue je konstruisati proizvoljno veliku sortirajuu mreu poevi sa sortirajuom mreom 2x2.

To je prosti komutator 2x2 koji se upravlja tako da element sa veom labelom izlazi na nii izlaz(na izlaz koji pokazuje strelica)

aiaj

min(ai, aj)max(ai, aj)

aiaj

min(ai, aj)max(ai, aj)

2011/04 KS_10_8

Batcher-ova sortirajua mrea

Tri-fazna shema za sort-banyan mreu ( korak 1: ispitivanje konflikta )

Banyanmreza

45i4i24i

2

445

ii

4

i

Sorting mrea

Izlazne destinacijei = neakt. izlazi

Sortirano zaglavlje. Svaki izlaz ispituje izlaz iznad njega na mogui konflikt

2011/04 KS_10_8


( Korak 2: potvrivanje paketa pobjednika )

Banyanmrea

2

445

ii

4

i

Potvrivanje put je inverzan ptu sortiranja unaprijed

2011/04 KS_10_8


( Korak 3: rutiranje pobjednikih paketa )

2

54

Koncentrisane i monotone izlazne adrese

4

2

5

Sortiranje na bazi stapanja Izgraditi sortere iz stapajuih mreaNeka se mogu stopiti dvije sortirane listeSortirano, stopi, rekurziraj

Ujedinjenje: Batcher-Banyan

2011/04 KS_10_8

Paketska komutacija

8x8 Batcher-banyan mrea

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

0 1

011

010

000001010011100101110111

010

011

Shuffle

Batcher (Bitonic Sort) mrea Banyan mrea

Adresa Bit aktivnostiMSB

BitAktivnosti

1 ako je neaktivan0 ako je aktivan

Skaliranje Banyan mrea: Izazovi1. Batcher-banyan mree veeg kapaciteta su fiziki

limitrane gustinom pakovanja kola I brojem input/output pinova na integrisanom kolu. Kod povezivanja vie ploa, kompleksnost su meuveza i disipacija snage ograniavaju broj ploa koje se mogu povezati

2. Cijeli skup od N elija mora se sinhronizovati u svakom stepenu

3. Kod veih kapaciteta je teko postii pouzdanost i raspoloivost

4. Pri svim modifikacijama za maksimizaciju propusnosti prostornih komutacionih mrea poveava se kompleksnost implementacije

Clos ne-blokirajue mree

2011/04 KS_10_8

Clos mrea Trostepenska mrea sastavljena od dva simetrina

vanjska stepena (s r identinih modula) i unutarnjeg stepena (od m kvadratinih modula).

Veze izmeu stepeneva izvedene su spajanjem j-tog izlaza i-tog modula promatranog stepena i i-tog ulaza j-tog modula sljedeeg stepena.

Cijela se mrea moe opisati s tri parametra r, n, m, pa ju moemo oznaiti s (m, n, r). Uz navedene paramtre moe se definirati i broj stepeneva s 2 (najee 2 ili 4).

Ukupan broj ulaza jednak je broju izlaza i iznosi N = n r , te ovakva struktura omoguava uspostavljanje m nezavisnih puteva izmeu bilo kojeg para laz/izlaz.

Clos mrea

Potrebni faktor ekspanzije = 2-1/N (ali ipak blokirajua za multicast)

2011/04 KS_10_8

Kopirajue mree Mree sa adresiranjem vie korisnika istovremeno naziva se

emisionom (broadcast ili multicast). Ona radi na taj nain to kopira (replicira) pakete i ini osnovni dio

multicast paketske komutacije. Rad multicast banyan mree je direkto uoptavanje normalne mree

tipa taka-taka. Paket koji dolazi na 2x2 komutator u multicast banyan mrei moe se

marrutirati na neku izlaznu meuvezu, ili se moe kopirati i poslati na obje izlazne meuveze.

Na slici 3.21 pokazana je multicast banyan mrea sa 8 ulaza, kod koje se paket, koji dolazi na ulaz 2 marrutira ka izlazima 2,6 i 7.

2011/04 KS_10_8

Kopirajue mree princip rada Samorutirajui algoritam koji emituje pakete na

viestruka odredita radi na slijedei nain: Paket koji se emituje sadri skup proizvoljnih

odredinih labela sa po n bita u svom zaglavlju. Ako je N broj ulaza i izlaza tada je n=log2N . Kad paket doe do komutatora u stepenu k,

marrutiranje i kopiranje paketa zavise od k-tih bita svih odredinih labela.

Ako su oni svi jedenaki 0 ili jednaki 1 tada se paket alje na nultu meuvezu (gornji izlaz) ili na donji izlaz respektivno.

Inae se paket i njegova kopija alju na oba izlaza, uz slijedeu modifikaciju informacije u zaglavlju: zaglavlje paketa poslanog na izlaz 0 ili izlaz 1 sadri one adrese od originalnog zaglavlja sa k-tim bitom jednakim 0 ili 1 respektivno.

2011/04 KS_10_8

Kopirajue mree princip rada

Multicast banyan mrea neblokirajua, tj. da zahtjevana paketska replikacija moe da se obavi ako su zadovoljena dva uslova:

aktivni ulazi su koncentrisani ako su x1,,xk aktivni ulazi i njima odgovarajui skupovi izlaza, tada vai

Y1Yk. (Uslov monotonije). Nejednakost Yi

2011/04 KS_10_8

SPREMNICI U PAKETSKOM VORU

Problem blokiranja elija unutar komutacijskih mehanizama otklanja se, ili barem ublauje, upotrebom spremnika unutar komutacijskih ATM vorova.

S obzirom na lokaciju smjetaja, razlikujemo: unutarnje spremnike smjeteni su unutar samog

komutatora vanjske spremnike smjetreni su izvan komutatora.

Vanjske spremnike, nadalje, klasificiramo na: ulazne spremnike smjeteni su na ulazima komutatora izlazne spremnike smjeteni su na izlazima komutatora ulazno-izlazne spremnike smjeteni su i na ulazima i na

izlazima komutatora krune(centralne) spremnike smjeteni su u povratnoj vezi

s izlaza na ulaz komutatora.

2011/04 KS_10_8

Analiza Pored prevoenja zaglavlja osnovne funkcije komutacionog vora

su:Komutacija, koja obezbjeuje da se svaki paket poalje na

odgovarajui izlaz iSkladitenje (buffering); Komutacija sa asinhronim nainom

prenosa znai da dolazak paketa u vor nije koordiniran, nita ne sprjeava dva ili vie paketa da dou u vor u istom odsjeku vremena, a koji trebaju da se proslijede na isti izlaz. Da bi se to omoguilo koristi se FIFO skladitenje vie od jednog paketa pretendenta na isti izlaz.

vor se sastoji od mnogo malih komutatacionih elemenata koji formiraju komutacionu mreu. Na komutacionu mreu se naslanjaju moduli interfejsa prema pretplatnicima ili drugim vorovima. Cijene software-a i modula interfejsa ine vei dio ukupne cijene vora, ali komutaciona mrea predstavlja kritini dio.

2011/04 KS_10_8

Analiza - prometa Prilikom projektovanja vorova pretpostavlja se da je telepromet

uniforman, da paketi koji dolaze na bilo koji ulaz dolaze po Brenoulli-jevom procesu, tj., da paket dolazi na neki ulaz u nekom vremenskom odsjeku sa vjerovatnoom p, i da je da vjerovatnoa nezavisna od vjerovatnoe dolaska nekog drugog paketa na nekom drugom ulazu i drugom vremenskom odsjeku. Tipina je praktina vrijednost p = 0.8. Svaki paket ima jednaku vjerovatnou da izie na bilo koji izlaz, ona je opet nezavisna od drugih ulaza i vremenskih odsjeaka.

Ove pretpostavke vrijede kada je na ulazima mnogo tokova manje brzine, te se uzimaju samo kao polazna osnova za projektovanje. Drugi tipovi prometa su:

Skokoviti (bursty) promet kod koga se grupe paketa pojavljuju istovremeno i postoji zavisnost vjerovatnoa pojavljivanja paketa u susjednim odsjecima vremena

Ne-uniformni promet god koga vjerovatnoe izlaska paketa na sve izlaze nisu jednake.

Pored toga, izlazei promet ne mora bit stataistiki isti kao ulazni Bernoulli-jev. Prema tome ova analiza ne mora vrijediti u realnoj mrei u kojoj promet prolazi kroz nekoliko vorova.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na ulazima

vor sa redom na ulazu sastoji se od prostorne komutacione mree, sa redom na svakom ulazu koji razrjeava konkurenciju

Najpoznatiji takav vor je predoruio Hui. Kod ovog vora konkurencija se razrjeava pomou tro-faznog algoritma. Prostorna komutaciona mrea se sastoji od Batcher-ove sortirajue mree nakon koje slijedi banyan mrea. Ona sortira pakete u rastuem redu adresa odredita i marrutira ih prema odgovarajuim izlazima.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na ulazima Faze algoritma su:1. Faza zahtjeva. Mali paketi koji se sastoje od para adresa izvor-

odredite se alju kroz sortirajuu mreu. Susjedni zahtjevi, sa istim odreditem se odbacuju tako da ne ostaje vie od jednog paketa sa istim odreditem.

2. Faza potvrde. alje se potvrda sa adresom odredita prema svakom ulazu (port) koji je pobijedio u konkurenciji, koja se marrutira kroz cijelu sort-banyan mreu.

3. Faza prenosa. paketi se prenose od strane uspjenih ulaza.Prve dvije faze predstavljaju nekorisnu ovojnicu koja se kompenzira

ubrzavanjem rada vora.Propusna mo ovakvog vora je ograniena na 58.6%, to se moe

demonstrirati analitiki. Pretpostavimo da je vor zasien, te da postoji barem po jedan paket u svakom redu. Svaki put kad se paket proslijedi na izlaz komutacione mree na njegovo mjesto na elu reda dolazi drugi paket. Neka je Bm(i) broj paketa sa odreditem i na elu svih redova u vremenskom odsjeku m koji nisu poslani zato to nisu bili izabrani. U jednom odsjeku vremena moe se poslati samo jedan paket. Neka je Am(i) broj paketa sa odreditem i koji se pomiu na elo svih redova vremenskom odsjeku m.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na ulazima Ove veliine su u relaciji Bm(i) = max(0, Bm-1(i) + Am(i) 1)To je isti oblik jednaine kakva opisuje red sa jednim posluiocem gdje bi Bm(i) bio

broj paketa u redu i u vremenskom odsjeku m, a Am(i) bi bio broj paketa koji dolaze u red u vremenskom odsjeku m. Drugim rjeima, moe se smatrati da svaki izlaz i ima virtualni red.

Posmatrajmo jedan od tih virtuelnih redova oznaen brojem i. Ako je Fm-1 broj paketa prenesenih kroz komutacionu mreu u vremenskom odsjeku m-1, tada je:

gdje je 0 k Fm-1 i

Brzina prenosa po izlazu je 0 = F/N. Kad N Am(i) postaje Poisson-ova raspodjela sa intenzitetom 0 . Tad se svaki virtualni rep kod svakok izlaza moe smatrati M/D/1 sistem sa srednjim vremenom ekanja

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na ulazima

Dakle glavni nedostatak vorova sa redovima na ulazima je niska propusnost, koja je uslovljena fenomenom blokiranja na elu linije. Ono nastaje kada paket na elu reda ne moe biti proslijeen na izlaz jer se paket iz drugog reda (ulaza) alje na taj izlaz. Ako bi se umjesto FIFO discipline koristila neka druga mogao bi se postii bolji rezultat, ali je kompleksnost vora vea.

Koritenjem gornjih jednaina dobije se:

Dakle, kombinovanjem posljednjih dviju jednaina, moe se pokazati da je, pod uslovom zasienja, propusnost vora

To vai za vrlo velike vrijednosti N.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na izlazima Ako bi veliina reda bila beskonana kanjenje i propusnost vora

bili bi optimalni, zato to nebi bilo niega to bi uslovljavalo usporavanje (kao to je bilo blokiranje na elu reda u sluaju vorova sa redovima na ulazima), osim neophodnog ekanja da se traeni izlaz oslobodi.

Viestruki paketi sa raznih ulaza mogu se smjestiti u red u istom odsjeku vremena. Da bi se to postiglo vor je ubrzan sa faktorom N, ili N linija moe da puni svaki izlazni red.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na izlazimaDa bi se uradio analitiki model ove arhitekture, posmatrajmo jedan rep na izlazu. Am je broj paketa koji dolaze u rep u vremenskom odsjeku m i Qm je duina repa. Ako je b maksimalni kapaicitet repa, ove veliine su u relaciji: Qm = min(max(0,Qm-1 + Am 1), b) Ako su Qm-1 i Am jednaki nuli, nijedan paket ne izlazi iz repa te je Qm-1 + Am 1 = -1, zato imamo potrebu za max. Proces dolazaka se opisuje binomnom raspodjelom vjerovatnoe:

Ovdje je qn = Pr(Qm = n), vjerovatnoa da postoji n paketa u repu. Ovo moe biti rijeeno koritenjem Markov-ljevog niza to daje:

gdje je n 2. Da bi se generisalo rjeenje q0 se postavlja na proizvoljnu vrijednost, naprimjer q0 = 1, te poslije izraunavanja q1,...,qb, rezultat se normalizuje:

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa redovima na izlazima

Propusna mo 0 = 1 q0a0 poto paket uvijek izlazi iz repa osim kada je rep prazan i ne dolaze novi paketi. Brzina gubljenja paketa je L = 1- 0/p. Kada su repovi konani, paketi mogu biti odbaeni (ili izgubljeni) kad naiu na pun rep. Zadovoljavajui kvalitet zahtjeva da ova vjerovatnoa bude vrlo mala, i ona zavisi od aplikacije.

Na slici je prikazana vjerovatnoa gubljenja paketa uz optereenje p = 0.9 kao funkcija veliine repa i veliine vora.

Moe se vidjeti da za dobijanje prihvatljive vjerovatnoe gubitka elija od 10**(-10) ili manje, za svaki pa i najmanji vor potrebno je imati veliinu repa od najmanje 50 paketa. Ova analiza je za uniformni ne-skokoviti promet, inae bi duina repova morala biti i vea za prihvatljive vjerovatnoe gubitka elija. Kad N,b srednje vrijeme ekanja jr p/2(1-p), isto kao kod M/D/1 repaVidi se da je za manje repove uspjeni paketi manje kasne, mada je vei broj izgubljenih paketa.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa zajednikim redovima U voru sa zajednikom memorijom za redove dolazei paketi se

smjetaju u prostor sredinje memorije i iitavaju kada je to potrebno. Po jedan red je rezervisan za svaki izlaz i svaki je neogranien, uz uslov da ukupna duina redova ne prevazilazi kapacitet memorije.

Ovakav nain dijeljenja predstavlja osnovnu prednost u odnosu na vorove sa redovima na izlazima. Za isti kapacitet memorije performanse su bolje, posebno u sluaju skokovitih i neujednaenih optereenja.

Osnovni nedostatak je u kompleksnosti upravljanja memorijom.

2011/04 KS_10_8

Analiza - vorovi sa zajednikim redovima

Kod modeliranja ovakve arhitekture, za N 16 se aproksimira vjerovatnoom da suma veliina redova pree kapacitet memorije Nb:

U sluaju centralnog memorijskog prostora svaki ulaz se mora upisati i svaki izlaz se mora iitati samo jednom unutar vremenskog odsjeka. Zato se zahtjeva da memorijski ciklus bude:

- PB je broj paralelnih bita koji ulaze ili izlaze sa bus-a podataka, - PC je beoj paralelnih memorijskih ipova - RB je brzina bita (155Mbps, 62Mbps ili vie) i - N je kapacitet komutacione mree vora.

Prema tome osnovni nedostatak ove arhitekture je to porast memorijske brzine zahtjeva porast kapaciteta komutacione mree, to nije praktino za vorove velikog kapaciteta.

Slide 1Slide 2Slide 3Slide 4Slide 5Slide 6Slide 7Slide 8Slide 9Slide 10Slide 11Slide 12Slide 13Slide 14Slide 15Slide 16Slide 17Slide 18Slide 19Slide 20Slide 21Slide 22Slide 23Slide 24Slide 25Slide 26Slide 27Slide 28Slide 29Slide 30Slide 31Slide 32Slide 33Slide 34Slide 35Slide 36Slide 37Slide 38Slide 39Slide 40Slide 41Slide 42Slide 43Slide 44Slide 45Slide 46Slide 47Slide 48Slide 49Slide 50Slide 51Slide 52Slide 53Slide 54Slide 55Slide 56Slide 57Slide 58Slide 59Slide 60Slide 61Slide 62Slide 63Slide 64Slide 65Slide 66Slide 67Slide 68Slide 69Slide 70Slide 71Slide 72Slide 73Slide 74Slide 75Slide 76Slide 77Slide 78Slide 79Slide 80Slide 81Slide 82Slide 83Slide 84Slide 85Slide 86Slide 87Slide 88Slide 89Slide 90

Documents

Komutacija paketa