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) χρόνος εγκατάστασης (set-up time): ανά κύκλωμα (για μεταγωγή κυκλώματος ή μεταγωγή εικονικού κυκλώματος) ρυθμαπόδοση (throughput): # γραμμών, ρυθμοί πολυπλοκότητα (complexity): # crosspoints (για μεταγωγή κυκλώματος), μέγεθος buffer (για μεταγωγή πακέτου)

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.

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).

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-1 ενδιάμεσους μεταγωγείς. Άρα, υπάρχει ένας ενδιάμεσος μεταγωγέας ελεύθερος. Θεώρημα: αν , ο μεταγωγέας Clos είναι RNB.

Η πολυπλοκότητα ενός μεταγωγέα Clos (παράδειγμα) NxN μεταγωγέας 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!

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

Κάθε μεταγωγέας μπορεί ξανά να αποσυνθεθεί ... T(N): # των 2x2 μεταγωγέων στο NxN Benes. Είναι Ένας 2x2 μεταγωγέας απαιτεί 4 crosspoints . Άρα η βέλτιστη τάξη για το πλήθος των crosspoints είναι Παράδειγμα: , σε αντιδιαστολή με τα , που απαιτεί ένα crossbar.

Δρομολόγηση σε ένα δίκτυο Benes Έστω C ένα 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 S επιθυμεί σύνδεση με είσοδο (για παράδειγμα) του T, σύνδεσέ τις μέσω του L. Πήγαινε στο βήμα 1. Εφάρμοσε τον αλγόριθμο αναδρομικά στα U και L.

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.

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

Βασικοί σχεδιασμοί Κοινός buffer 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.

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

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

Multistage Interconnection Networks for building high-speed switches

Generalization of the