Prepn an, switching. Propojovac probl em. PV 169 Z aklady prenosu dat. Prepnac, prepnan a st' Metody prepn an

Transkript

1 Propojovac probl em Prepn an, switching PV 169 Z aklady prenosu dat Jan Staudek Jak propojit dvoubodov ymi spoji mnoho zarzen? Kazd e zarzen s kazd ym? { Nerealistick e, neefektivn,... resen Hvezdicovou st? { Jedno pred avac centrum, drah e resen pro velk e ste, dlouh e spoje, uzk y prol v centru,... Sbernic? { Kapacita prenosu pro velk e ste nepostacuje, nerealistick e, neefektivn,... resen Ð Û Å«Æ ±²³ µ ¹º»¼½¾ Ý Verze : podzim 2018 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 1 Prepnac, prepnan a st' Metody prepn an Resenm je pouzit prepnac u (switch), resp. technologii prepn an (switching) Prepnac (Switch) je zprostredkujc hardware nebo software docasne propojujc komunikujc zarzen V prepnan e sti nekter e prepnac uzly pripojuj komunikujc zarzen, nekter e pouze smeruj toky sign al u prepnan ych spojen Tri fundament aln metody prepn an { prepn an okruh u, prepn an paket u (datagramy, virtu aln okruhy) a prepn an zpr av V PV169 se zajm ame o prepn an okruh u a virtu alnch okruh u Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 2 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 3

2 Prepojov an a vrstvy RM OSI Prepn an ve fyzick e vrstv e aplikuje se pouze prepn an okruh u prepnace umoz nuj aby se srily urcenou prenosovou cestou sign aly Prepn an ve vrstv e datov eho spoje pouzv a se prepn an paket u ve variante prepn an virtu alnch okruh u roli paketu (bloku dat) na urovni vrstvy datov eho spoje hraje r amec/bu nka (frame/cell) Prepn an v st'ov e vrstv e pouzv a se prepn an paket u jak ve variante prepn an datagram u (Internet), tak i ve variante prepn an virtu alnch okruh u Prepn an virtu alnch okruh u je perspektivn i pro Internet Prepn an v aplikacn vrstv e Jedinou moznost je prepn an zpr av (napr. ), nen vsak zvykem takto ste (s em) naz yvat Prepn an okruh u vytv aren re aln ych okruh u, dedikovan ych spoj u mezi zdrojem a clem rzen a implementace se odehr av a ve fyzick e vrstve okruhy jsou udrzovan e po celou dobu spojen typick a technika pro,,real-time prenosy"{ telefonie,... Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 4 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 5 St' s prepn anm okruh u St' s prepn anm okruh u Mnozina prepnac u propojen ych fyzick ymi spoji Spojen mezi 2 stanicemi je dedikovanou cestou tvorenou 1/vce spoji Kazd e spojen pouzv a na dedikovan e ceste pouze 1 dedikovan y kan al Pro delen spoje na kan aly se pouzvaj techniky FDM/TDM Propojen 8 telefon u v mal em prostoru komunikuj hlasov ymi 4 khz kan aly kazd y spoj pouzv a FDM pro propojen az dvou kan al u telefon 1 je propojen s telefonem 7, 2 s 5, 3 s 8, 4 s 6 propojen se v case men pod rzenm prepnace Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 6 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 7

3 St' s prepn anm okruh u Propojen dvou vzd alen ych urad u pronajat ym spojem T1 Dva prepnace 4x8 (4 vstupy na 2x4 v ystupy), 4 v ystupy jsou napojeny na vstupy pro komunikaci uvnitr uradu, 4 v ystupy jsou urceny pro komunikace mezi urady Tri f aze prepn an okruh u Ustanoven spojen, Connect volajc pred a pozadavek na ustanoven spojen sv emu prepnaci s adresou volan eho jeho prepnac nalezne kan al vedouc smerem k volan emu pozadavek se posl a opakovane mezi prepnaci na ceste k volan emu jakmile volan y potvrd schopnost komunikace, potvrzen se vrac zpetne po nalezen e ceste a kan aly se rezervuj (kapacity FDM/TDM, porty, vyrovn avac pameti,... ) adresa { id v sti urcen e spr avcem, telefonn cslo,... Prenos dat po ustanoven e cest e, Data Transfer z adn a paketizace sign alu, z adn e adresov an Rusen spojen, Disconnect prslusn ym pozadavkem poslan ym po ceste se kan aly uvol nuj Spojen m uze zrusit volajc i volan y uzel Pozadavky mohou mt formu sign alov ych prvk u, balck u rdcch dat,... Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 8 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 9 Efektivnost a zpozd en st s prepn anm okruh u Zpozd en st s prepn anm okruh u Kan aly jsou prid elen e spojen od ustanoven do zrusen spojen a nelze je sdlet, pokud se nepren as data, jejich kapacitu nelze vyuzt Zpozden v sti s prepn anm okruh u je minim aln Cesta v sti s prepn anm okruh u pren as rychlost 1 Mb/s. Pro ustanoven a zrusen okruhu se prenese bit u. Komunikujc uzly jsou ve vzd alenosti km. Sign al se sr rychlost m/s. Zpozd en ustanovenm a zrusenm okruhu Ustanoven pozaduje obousmernou komunikaci, zrusen spojen jednosmernou komunikaci: 3 (5 000 km/( m/s))+3 (1000 b/1 Mb/s)=75 ms+3 ms=78 ms Celkov e zpozd en = zpozd en ustanovenm a zrusenm okruhu + zpozd en srenm sign alu + doba vysl an Prenos b: = 104 ms, rezie = 78/104, 75 % Prenos 1 Mb: = ms, rezie = 78/1103, 7 % Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 10 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 11

4 Prepnac okruh u, konceptu aln model Propojuje n vstup u s m v ystupy docasn e ustanovovan ymi cestami Prostorov e prepnace okruh u, smyckov y prepnac okruh u Propojuje n zarzen spoji v pln e duplexnm rezimu Pocty vstup u a v ystup u se mohou lisit Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 12 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 13 Prostorov e prepnace okruh u, krzov y prepnac Krzov y prepnac (crossbar switch) Prostorov e prepnace okruh u, vcestavov y prepnac Vcestavov y prepnac (multistage switch) kvadratick a slozitost, 1K vstup u na 1K v ystup u 1M propojovacch bod u v praxi telefonie se ukazuje, ze 75 % prop. bod u by lezelo ladem kombinace krzov ych prepnac u ve vce krocch { stavech cast e resen { vnitrn stavy maj m ene prepnac u nez prvn a posledn stav Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 14 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 15

5 Vcestavov y prepnac, blokov an Vcestavov y prepnac, prklad prepnace (typu 3:2:3) stav, kdy vsechny mezilehl e prepnace jsou obsazen e vstup nelze propojit s v ystupem v telefonii odpovd a stavu indikovan em obsazovacm t onem pri nedostupnosti ustredny cena za mens pocet propojovacch bod u v krzov em prepnaci k blokov an dojt nem uze zvysov an poctu stav u pri dan em m : n { redukuje potrebn y pocet propojovacch bod u { zvysuje pravd epodobnost vzniku blokov an vcestavov y prepnac obvykle pozaduje cca 35 % propojovacch bod u stejn e mocn eho krzov eho prepnace krzov y prepnac vyzaduje 225 propojovacch bod u a umoz nuje uzavrt az 15 soucasn ych spojen prepnac typu (3:2:3) vyzaduje 78 propojovacch bod u 3 (5 2) + 2 (3 3) + 3 (2 5) = 78 V kazd em vstupnm prepnaci lze uzavrt az 2 soucasn a spojen, tj. celkem lze uzavrt az 6 soucasn ych spojen. Blokovac faktor = 6/15, tj. 40 %, vyzaduje 35 % prop. bod u v uci krzov emu prepnaci 15x15 (78/225) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 16 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 17 Vcestavov y prepnac, prklad prepnace (typu 10:6:10) Prepnac na b azi casov eho multiplexingu prepnac rozd eluje vstupy do casov ych dl u pomoc TDM vstup vysl a k adresovan emu v ystupnmu zarzen rdic jednotka prepnace Dve b azov e formy prepn an v casov em multiplexingu krzov y prepnac vyzaduje prop. bod u a umoz nuje uzavrt az 100 soucasn ych spojen prepnac typu (10:6:10) vyzaduje prop. bod u (10 (10 6) + 6 (10 10) + 10 (6 10) = 1 800) V kazd em vstupnm prepnaci lze uzavrt az 6 soucasn ych spojen, tj. celkem lze uzavrt az 60 soucasn ych spojen. Blokovac faktor = 60/100, tj. 60 % a vyzaduje 18 % prop. bod u v uci krzov emu prepnaci 100x100 V ymena casov ych dl u TDM sbernice Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 18 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 19

6 V ymena casov ych dl u V ymena casov ych dl u, implementace TSI Necht' jsou stanice 1, 2, 3 a 4 propojeny TDM st Necht' probhaj duplexn v ymeny dat 1 3, 2 4 Souc ast TSI jsou vstupy, v ystupy, RAM a element arn procesor D elky vyrovn avacch pamet v RAM jsou shodn e Pln se sekvencne, vypisuj se dle pl anu prepojov an Zkr acen doby prepojov an zajist princip houpackov eho vyrovn av an (v dobe plnen jedn e v. p. se vypisuje prpadne jiz naplnen a v. p.) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 20 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 21 Prepnac na b azi casov eho multiplexingu, TDM sb ernice Kombinov an casov eho a prostorov eho prepn an Prostorov e prepn an klad { rychlost negativa { potreba hodne propojovacch bod u Casov e prepn an klad { potreba m ene propojovacch bod u negativa { ukl ad an a v yber do/z RAM zp usobuje prodlevy Kompromisn resen { kombinace obou forem V kazd em casov em dlu je ke sbernici pripojen y 1 vstup a 1 v ystup Duplexn spoje a du aln prepnace umozn plne duplexn provoz Time-Space-Time Switch, TST Switch Time-Space-Space-Time Switch, TSST Switch Space-Time-Time-Space Switch, STTS Switch... Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 22 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 23

7 Kombinace casov eho a prostorov eho multiplexingu Time-Space-Time Switch, TST Switch Prepn an paket u technika v stch prim arn e urcen ych pro prenos dat data jsou formovan a do paket u (blok u) a pakety jsou pren asen e jako samostatn e jednotky mezi zdrojem a (nesousednm) clem na urovni datov eho spoje se pakety naz yvaj r amce nebo bu nky, frames, cells prenosy paket u v case sdl spoje mezi sousednmi uzly st e Varianty techniky prepn an paket u napr. CS prepn a vstup 3 na v ystup 7 Doba prepn an 12 vstup u na 12 v ystup u se v pr umeru zkr at na 1/3 v uci prepojov an jedin ym TSI 12x12 datagramov a sluzba { typicky poskytovan a st'ovou vrstvou nespojovan a sluzba,,,best eort", mimo z ajem PV 169 virtu aln okruhy { spojovan a sluzba typicky poskytovan a vrstvou datov eho spoje, predmet studia PV 169 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 24 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 25 St e s prepn anm paket u, datagramy V datagramov ych stch se neres se z adn a rezervace zdroj u pro prenos paket u, zdroje se prid eluj na poz ad an dynamicky St e s prepn anm paket u, virtu aln okruhy Kombinace vybran ych vlastnost prepn an okruh u a datagram u F azi prenosu dat predch az f aze ustanoven virtu alnho okruhu, Po f az prenosu dat n asleduje f aze zrusen virtu alnho okruhu Zdroje pro f azi prenosu dat (okruhy) se prideluj behem ustanovov an okruhu Kazd y paket sebou nese adresu, tou ale nen clov a koncov a adresa, ale identikace prst dlc cesty smerem k clov e koncov e adrese Vsechny pakety dan eho spojen se pren as po stejn e ceste ustanoven e pro toto spojen virtu aln okruhy se ustanovuj mezi koncov ymi syst emy pomoc prepnac u na urovni vrstvy datov ych spoj u, jedn a se v podstate o mix vrstvy datov ych spoj u a st'ov e vrstvy Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 26 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 27

8 S te s p rep nan m paketu, virtualn okruhy Adresovan virtualn ch okruhu, 2 virtual circuit identifer (VCI) globaln X jedine cna identikace koncoveho systemu, nap r. IP adresa X pou z va se pouze ve fazi ustanoven virtualn ho okruhu 2 lokaln { Virtual-Circuit Identifier, VCI X v ramc ch implementuj c ch svym p renosem v mediu virtualn okruh se globaln (koncove) adresy zdroje a c le p renosu neuvad ej X v t echto ramc ch se uvad c slo identikuj c virtualn okruh, ktery p rep na c pou z va pro realizaci spojen { VCI X VCI identikuje p r slu snost p rena seneho ramce k virtualn mu okruhu X ka zdy p rep na c ma svoji vlastn jedine cnou mno zinu VCI Jan Staudek, FI MU Brno Adresovan virtualn ch okruhu, 2 2 PV169 { P rep nan, switching 28 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { P rep nan, switching 29 P rep nac tabulky v p rep nac ch virtual circuit identifer (VCI) jeden spoj (fyzicky kanal) mezi dv ema uzly mu ze poskytovat medium pro soub ez ny p renos v ce virtualn mi okruhy v p renosovem mediu lze technikami FDM/TDM udr zovat v ce fyzickych kanal u Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { P rep nan, switching 30 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { P rep nan, switching 31

9 Prenos dat mezi koncov ymi uzly Tri f aze zivota virtu alnho okruhu Ustanoven virtu alnho okruhu (setup) Zdroj a cl pomoc sv ych glob alnch adres pomohou prepnac um si vytvorit prepnac tabulky s VCI pro ustanoven spojen { virtu alnho okruhu Prenos dat (data transfer) vsechny pakety vyslan e v r amci jednoho spojen, jsou pren asen e stejnou cestou Zrusen virtu alnho okruhu (teardown) Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 32 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 33 Typy virtu alnch okruh u Trval y virt aln okruh (permanent virtual circuit) (PVC) Prepnac tabulky nastav trvale oper ator ste Analogie dedikovan emu neprepnan emu telefonnmu spoji Pro duplexn spojen se ustanovuj dva PVC Ustanoven y PVC existuje i kdyz zdroj a cl nekomunikuj V yhradne 2-bodov e spojen Zarucen a rychlost prenosu dat, odpad a f aze ustanoven a rusen VC Typy virtu alnch okruh u Prepnan y virtu aln okruh (switched virtual circuit) (SVC) Ustanovuje se dynamicky na z adost koncov eho uzlu st (prepnaci) Z adost { protokolov y r amce setup request frame, obsahuje glob aln identikaci koncov ych uzl u Z adost inici alne generuje koncov y uzel z adajc o spojen s... Prepnac pri prijet setup request frame funguje jako smerovac (router) Pri pr uchodu setup request frame st si prepnace vytv arej inici aln obsahy z aznam u v prepnacch tabulk ach Vytvoren e spojen se zadateli potvrd clov y koncov y uzel protokolov ym potvrzovacm r amcem (acknowledgment frame) Pri pr uchodu acknowledgment frame st si prepnace dotv arej n aln obsahy z aznam u v prepnacch tabulk ach Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 34 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 35

10 Ustanoven SVC { pozadavek Ustanoven SVC { potvrzen, Zrusen spojen I: { z adost o spojen A{B prich az z portu 1, { I prideluje j prvn voln y vstupn VCI { 14 { smerovac funkce v I prikazuje z adost poslat na port 3 { jeste nezn a v ystupn VCI, ten se dozv z acknowledgment frame Zrusen spojen zasl an protokolov eho r amce teardown reguest do SVC protivn a strana zrusen potvrd a prepnace koriguj prepnac tabulky Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 36 Jan Staudek, FI MU Brno PV169 { Prepnan, switching 37