lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל...

55
Lecture 5 #1 אאאאא אאאאא אאא! אאאא אאא אאא אא אאאאא אאאאאא אאא אאאאאא אאאאא אא אאאאאא אא אאאא אאאא אאא אאאאאא אאאא!

Post on 20-Dec-2015

225 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #1

! הבא לשבוע הודעה

נימצא לא אני הבא שבוע השיעור את יעביר אנדלמן ניר המתרגל חדש חומר ילמד לא! רשות נוכחות

Page 2: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

#2Lecture 5

Switching Units

Page 3: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #3

Types of switching elements

Telephone switches switch samples

Datagram routers switch datagrams

ATM switches switch ATM cells

INPUTS

OUTPUTS

Page 4: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #4

Repeaters, bridges, routers, and gateways Repeaters/Hubs: at physical level (L1) Bridges: at datalink level (L2)

based on MAC addresses discover attached stations by listening

Routers: at network level (L3) participate in routing protocols

Application level gateways: at application level (L7) treat entire network as a single hop

Gain functionality at the expense of forwarding speed for best performance, push functionality as low as

possible

Page 5: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #5

Types of services

Packet vs. circuit switches packets have headers and samples don’t

Connectionless vs. connection oriented connection oriented switches need a call

setup setup is handled in control plane by switch

controller connectionless switches deal with self-

contained datagramsConnectionless(router)

Connection-oriented(switching system)

Packetswitch

Internet router ATM switching system

Circuitswitch

Telephone switchingsystem

Page 6: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #6

Other switching unit functions Participate in routing algorithms

to build routing tables Next Lecture!

Resolve contention for output trunks buffer scheduling Previous Lecture!

Admission control to guarantee resources to certain streams

Page 7: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #7

Requirements

Capacity of switch is the maximum rate at which it can move information, assuming all data paths are simultaneously active

Primary goal: maximize capacity subject to cost and reliability constraints

Circuit switch must reject call if can’t find a path for samples from input to output goal: minimize call blocking

Packet switch must reject a packet if it can’t find a buffer to store it awaiting access to output trunk goal: minimize packet loss

Subgoal: Don’t reorder packets

Page 8: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #8

Internal switching

In a circuit switch, path of a sample is determined at time of connection establishment No need for a sample header--position in frame is enough

In a packet switch, packets carry a destination field Need to look up destination port on-the-fly

Datagram lookup based on entire destination address

Cell lookup based on VCI – used as an index to a table

Other than that, switching units are very similar

Page 9: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #9

Blocking in packet switches

Can have both internal and output blocking

Internal no path to output Example: head of line blocking.

Output output link busy

If packet is blocked, must either buffer or drop it

Page 10: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #10

Dealing with blocking

Overprovisioning internal links much faster than inputs

Buffers at input or output

Backpressure if switch fabric doesn’t have buffers,

prevent packet from entering until path is available

Parallel switch fabrics increases effective switching capacity

Page 11: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #11

Three generations of packet switches Different trade-offs between cost and

performance Represent evolution in switching

capacity, rather than in technology With same technology, a later generation

switch achieves greater capacity, but at greater cost

All three generations are represented in current products

Page 12: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #12

First generation switch

Most Ethernet switches and cheap packet routers

Bottleneck can be CPU, host-adaptor or I/O bus, depending

computer

queues in memory

CPU

linecard linecard linecard

Page 13: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #13

Second generation switch

Port mapping intelligence in line cards Bottleneck is the bus (or ring)

bus

computer

front end processorsor line cards

Page 14: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #14

Third generation switches

Third generation switch provides parallel paths (fabric)

NxNpacketswitchfabric

OLC

OLC

OLC

IN

ILC

ILC

ILC

OUT

Page 15: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #15

Third generation (contd.)

Features self-routing fabric output buffer is a point of contention

• unless we arbitrate access to fabric potential for unlimited scaling,

• as long as we can resolve contention for output buffer

Page 16: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

#16Lecture 5

Switching - Fabric

Page 17: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #17

Switching: abstract model

Number of connections: from few (4 or 8) to huge (100K)

Page 18: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #18

Internal Non-Blocking Types

Re-arrangeable Can route any permutation from inputs to outputs.

Strict sense non-blocking Given any current connections through the switch. Any unused input can be routed to any unused

output.

Wide sense non-blocking. There exists a specific routing algorithm, s.t., for any sequence of connections and releases, Any unused input can be routed to any unused

output, assuming all the sequence was served by the routing

algorithm.

Page 19: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #19

Multiplexors and demultiplexors Multiplexor: aggregates sessions

N input lines Output runs N times as fast as input

Demultiplexor: distributes sessions one input line and N outputs that run N

times slower Can cascade multiplexors

De-Mux

12

N

12

N

1 2 NMUX

Page 20: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #20

Time division switching

Key idea: when demultiplexing, position in frame determines output link

Time division switching interchanges sample position within a frame: Time slot interchange (TSI)

MUX

DEMUX

TSI

Page 21: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #21

Time Slot Interchange (TSI) : example

sessions: (1,3) (2,1) (3,4) (4,2)

4 3 2 13 1 4 2

1234

Read and write to shared memory in different order

Page 22: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #22

TSI

Simple to build. Multicast: easy (why?) Limit is the time taken to read and write to

memory For 120,000 telephone circuits

Each circuit reads and writes memory once every 125 ms.

Number of operations per second : 120,000 x 8000 x2 each operation takes around 0.5 ns => impossible with

current technology

Need to look to other techniques

Page 23: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #23

Space division switching

Each sample takes a different path through the switch, depending on its destination

Crossbar: Simplest possible space-division switch

Crosspoints can be turned on or off

inputs

outputs

Page 24: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #24

Crossbar - example

1

2

3

4

1 2 3 4

sessions: (1,2) (2,4) (3,1) (4,3)

Page 25: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #25

Crossbar

Advantages: simple to implement simple control strict sense non-blocking Multicast

Drawbacks number of crosspoints, N2

large VLSI space vulnerable to single faults

Page 26: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #26

Time-space switching

Precede each input trunk in a crossbar with a TSI

Delay samples so that they arrive at the right time for the space division switch’s schedule Crosspoint: 4 (not 16)

memory speed : x2 (not x4)

2 1

4 3

MUX

MUX

1

2

3

4

TSI

TSI

1 2

4 3

DeMux DeMux

Page 27: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #27

Finding the schedule

Build a routing graph nodes - input links session connects an input and output

nodes. Feasible schedule Computing a schedule

compute perfect matching.12

34

12

34

Page 28: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #28

Time-Space: Example

2 1

4 3TSI

2 1

3 4

31

24

Internal speed = double link speed

time 1

time 2

Page 29: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #29

Time-space-time (TST) switching Allowed to TSI both on input and output Gives more flexibility => lowers call

blocking probability

TSI

TSI

TSI

TSI

TSI TSITSITSI

Page 30: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #30

Circuit switching - Space division graph representation

transmitter nodes receiver nodes internal nodes

Feasible schedule edge disjoint paths.

cost function number of crosspoints (complexity of AxB is

AB) internal nodes

Page 31: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #31

Crossbar - example

1

2

3

4

1 2 3 4

Page 32: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #32

Another Example

Page 33: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #33

Another Example

sessions: (1,3) (2,6) (3,1) (4,4) (5,2) (6,5)

Page 34: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #34

Clos Network

Clos(N, n , k) : N - inputs/outputs; cross-points: 2 (N/n)nk + k(N/n)2

nxk (N/n)x(N/n) kxn

N=6n=2k=2

3x3

3x3

2x2

2x2

2x2

2x2

2x2

2x2N

k

Page 35: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #35

Clos Network - strict sense non-blocking Holds for k 2n-1 Proof:

Consider an idle input and output Input box connected to at most n-1 middle layer

switches output box connected to at most n-1 middle layer

switches There exists an ”unused" middle switch good for

both.

n x k

k x n

n-1

n-1

Page 36: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #36

Example

Clos(8,2,3)

N=8n=2k=3

4x4

4x4

3x2

3x2

3x2

2x3

2x3

2x3

2x3 4x4 3x2

Need to route a new call

Page 37: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #37

Clos Network

nxk (N/n)x(N/n) kxn

N=6n=2k=2

3x3

3x3

2x2

2x2

2x2

2x2

2x2

2x2

Why is k=n internally blocking?

Page 38: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #38

Clos Network - re-arrangable

Holds for k n Proof:

Consider the routing graph. find a perfect matching. route the perfect matching through a

single middle switch! remaining network is Clos(N-N/n,n-1,k-1)

summary: smaller circuit weaker guarantee

Multicast ?

12

34

12

34

Page 39: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #39

Recursive Construction: basis

The basic element:

The two states:

The dimension: r=0

Page 40: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #40

Recursive Construction: Benes Network

r-1 dimension N/2 size

r-1 dimension N/2 size

Page 41: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #41

Example 16x16

Page 42: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #42

Benes Networks

Symmetry Size:

F(N) = 2(N/2)*4 + 2F(N/2) = O(N log N) Rearrangable

Clos network with k=2 n=2 Proof I:

Build routing graph. Find 2 matchings route one in the upper Benes and the other

in the lower.

Page 43: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #43

Greedy permutation routing

Start with an arbitrary node i1 set i1 to upper.

At the output, o1 , a new constraint, set o2 to lower.

Continue until no new constraint. Completing a cycle.

Continue until done. Solve for the upper and lower Benes

recursively.

Page 44: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #44

Example: Benes Network for r=2

level 0 switches level 2r switches

I1

I2

12

34

56

78

Page 45: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #45

Example

level 0 switches level 2r switches

I1

I2

12

34

56

78

1 2 3 4 5 6 7 81 5 6 8 4 2 3 7

( )

Page 46: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #46

Example

level 0 switches level 2r switches

I1

I2

12

34

56

78

1 2 3 4 5 6 7 81 5 6 8 4 2 3 7

( )

Page 47: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #47

Example

level 0 switches level 2r switches

I1

I2

12

34

56

78

1 2 3 4 5 6 7 81 5 6 8 4 2 3 7

( )

Page 48: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #48

Example

level 0 switches level 2r switches

I1

I2

12

34

56

78

1 2 3 4 5 6 7 81 5 6 8 4 2 3 7

( )

Page 49: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #49

Strict Sense non-Blocking

N/2 x N/2

N/2 x N/2

.

.

.

.

.

.N/2 x N/2

Page 50: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #50

Properties

Size: F(N) = 2N*6 + 3F(N/2) = O( N1.58 )

strict sense non-blocking Clos network with k=3 n=2

Better parameters: n=sqrt{N}, k=2sqrt{N}-1 recursive size sqrt{N} x sqrt{N} Circuit size N log2.58 N

Page 51: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #51

Cantor Networks

m copies of Benes network. For m = log N its strict sense non-

blocking Network size N log2 N Example

Page 52: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #52

Cantor Network

m=4

Page 53: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #53

Proof Sketch:

Benes network: • 2 log N -1 layers, • N/2 nodes in layer.• Middle layer= layer log N -1

Consider the middle layer of the Benes Networks. There are Nm/2 nodes in in all of them combined. Bound (from below) the number of nodes

reachable from an input and output. If the sum is more than Nm/2:

There is an intersection there has to be a route.

Page 54: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #54

Proof Sketch:

Let A(k) = number of nodes reachable at level k.

A(0)=m A(1)= 2A(0)-1 A(2)=2A(1)-2 A(k)=2A(k-1) - 2k-1 = 2k A(0) - k 2k-1

A(log N -1) = Nm/2 - (log N -1) N/4 Need that: 2A(log N -1) > Nm/2.

2[Nm/2 - (log N -1) N/4] > Nm/2. Hold for m> log N-1.

Page 55: Lecture 5#1#1 הודעה לשבוע הבא ! שבוע הבא אני לא נימצא המתרגל ניר אנדלמן יעביר את השיעור לא ילמד חומר חדש נוכחות

Lecture 5 #56

Advanced constructions

There are networks of size O(N log N). the constants are huge!

Basic paradigm also applies to large packet switches.