Switched Network

Switching
여러 devices가 존재할 때, 각 device들을 one-to-one으로 연결하기 위해 사용

Three Methods of Switching

• Circuit switching: 주로 analog에서 사용
• Packet switching: Internet에서 사용

Circuit Switched Networks

두 stations 간에 하나 또는 이상의 links로 만들어진 path
한 link에는 FDM or TDM을 사용하는 여러 개의 channels로 이루어져 있고, 각 connection은 각 link에서의 하나의 channel만 사용
$\rarr$ A $\rarr$ B로의 통신을 위해서는 중간 구간에서의 통신을 위한 channels를 모두 확보해야 한다.

Circuit Switching

전화망에 사용, channel이 이미 모두 할당되어 사용 가능한 channel이 없다면, 통신이 불가능
$\rarr$ 통신을 위한 channel이 모두 확보되었다면, 통신 이후 release (사용하지 않는 time or frequency의 낭비 방지)

Three Phases

• Circuit establishment
• Data transmission
• Circuit Disconnection

장점

• 전송 delay가 없고, 네트워크 투명성 제공

단점

• 두 stations은 동시에 준비되어 있어야 한다
• Call setup delay가 발생
• link capacity의 비효율적인 사용 (통신하지 않을 때는 결국 자원의 낭비)

Packet Switching

data를 packet단위로 나누어 전송하는 방식

Datagram Approach

Datagram: 전송하고자 하는 data 단위

• 각 packet을 독립적으로 처리
• IP protocol을 사용하기 위한 Connectionless 접근 방식
• Header & Payload로 구성되어, Header에 상대(Peer)와의 통신에 필요한 정보(주소 정보 포함)를 저장
• packet의 순서는 변할 수 있다.(Out of Order Packet Delivery) $\rarr$ network 상황에 따라 path가 변화하기 때문
• Routing management (Routing table 사용)
  
  
• 수신측 X에서는, buffering을 수행
  • overflow로 인한 packet loss 발생 가능

Datagram Network

Total delay = 3T(Transmission time) + 3$\pi$(Propagation delay time) + W1 + W2(Waiting time)

Virtual Circuit Network

circuit-switched network & datagram network와 유사

Packet Switching

• link's transmission capacity는 packet을 가진 사용자들에 의해서만 공유
• Buffer overflow가 packet loss를 유발할 수 있다.
• QoS가 저하될 수 있으므로 적절한 control scheme이 필요

Virtual Circuit Network의 특징

Packet Switching Network에서 Virtual Circuit을 따라하고자 하는 네트워크

• Packet switching의 경우, 위와 같은 상황에서 B로 packet을 전송하기 위해 각 Switch에 도착할 때마다, Link protocol을 사용하기 위해 Link layer로 이동하고, Network layer로 전달해 도착 주소를 확인해야 하는 번거로움이 존재

이러한 번거로운 과정을 없애기 위해

• 미리 도착 주소에 대한 정보를 packet에 저장
• Switch에서는 아래와 같은 table 정보를 가지고 있게 되어 RT look up & Network layer로의 전달 및 판단 과정이 불필요해짐

Virtual Circuit Approach

SVC(Switched Virtual Circuit, 필요할 때 도착정보들을 생성) & PVC(Permanent Virtual Circuit, 이미 도착정보에 대한 table이 생성)으로 구현

도착정보: VCI(Virtual Circuit Identifier)

Switch and table for a virtual circuit network
처음에는 모든 도착정보를 알 수 없음!

• RT에 기반하여 table을 set up, data를 전달하는 과정에서의 response들을 통해 아래와 같은 table을 생성

Structure of Circuit Switches

Circuit Switching은 space-division switch or time-division switch 두 가지를 사용할 수 있다.

Space-Division

• Crossbar switch가 대표적인 예

Crossbar switch

3 inputs & 4 outputs

• 하지만 input과 output이 많아지면 crosspoint 또한 증가한다는 문제

Multistage switch

Crossbar switch에서 crosspoint가 증가하는 문제 해결

• N x N처럼 보이지만 실제 crosspoint의 수는 적다.

Time Division Switch

Time Slot Interchange(TSI)를 하는 경우와 하지 않는 경우로 나뉜다.

TSI: time slot을 변경

Structure of Packet Switches

Routers가 수행, Switching fabric: 얼마나 빨리 packet을 내보내느냐? (PPS)

Input/Output port

서로 반대 역할 수행 가능

Input port

• Physical-layer processor: 신호 level의 protocol 사용
• Data-link-layer processor: Link level의 protocol 사용
• Queue: Packet level의 data buffering

Output port

Switching fabrics

router의 핵심 기능

memory: packet이 memory로 복사, 전달
bus: packet이 bus를 통해 전달
interconnection network: multistage switch를 사용, parallel하게 여러 planes로 사용하여 speed & scale up

Input port queuing

Head Of Line blockinig problem
blocked된 긴 data로 인해, 뒤의 짧은 data들이 input port에서 switch fabric을 통해 이동하지 못하는 문제

Output port queuing

Buffering

• Buffer가 가득 찬 경우, 어떤 data를 drop해야 할 지? (DROP policy)
• 또한 network congestion으로 인해 data loss 발생 가능

Scheduling Discipline

어떤 datagrams을 선택하여 먼저 처리할지? (우선순위 scheduling)