Chapter 8. SWITCHING

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◆ Switching

여러 장치들이 연결되어 있을 때, 어디로 갈 지 임시적 연결을 해주는 장치.

 

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◆ Switch의 종류

이중에서 우리가 다룰 것은,

ㆍCircuit-Switch

     1계층 스위치로 주로 사용

      FDM, TDM 에서 사용

     전화기의 1계층 스위치

 

ㆍPacket-Switch

    - Datagram Switch

     3계층 스위치로 주로 사용

     인터넷의 3계층 스위치(라우터)

    - Virtual-circuit Switch 

     2계층 스위치로 주로 사용

     WAN의 2계층 스위치

 

 

※ 계층별로 스위칭하는 방법이 다름!!

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◆ Efficiency vs Delay

스위치에 들어가기 전에, 스위치에서의 Efficiency와 Delay부터 알아볼 것.

 

ㆍEfficiency

동시에 같은 path 쓸 수 있는가?
- 내가 전화하고 있으면 다른 사람은 연결 못함 -> 효율성 떨어짐

 

ㆍDelay

내가 보내려는 것을 즉각적으로 보낼 수 있는가?
- 그러나 그중에 다른 사람이 들어오지는 못하기 때문에, 내가 말하는 대로 실시간으로 전달됨 -> delay 없음

 

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◆ Circuit-Switch
: 전화기

전용 path 존재.

3단계 존재.

 

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Circuit-Switch 방식의 3단계 (3 Phase)

• 위쪽 초록색 : Setup Phase(예약 및 확정)
• 가운데 하늘색 : Data transfrer
• 아래쪽 초록색 : Teardown Phase

 

1. Setup Phase

: 컬러링

-연결을 위한 준비 단계.

모든 스위치가 내가 연결하려는 장치와 연결하고 있지 않으면, 내가 잡아서 전용 path 만듦.

(스위치들을 거쳐가면서 그 장치로 가는 path를 reserve(예약)하고 acknowledgement(확정)함.)

 

2. Data transfer

: 전화 통화중

-전용 path로 데이터를 보냄

 

3. Teardown Phase

: 전화 끊음

-다 보냈다는 걸 의미하는 frame을 보내면 연결이 끊어짐

(reserve된 라인들을 free(해제)해줌.)

 

 

▶ Efficiency : 안좋음. 내가 path를 전용으로 사용하면 다른 사람들은 연결 못함!

▶ Delay : 좋음. 다른 사람들이 방해하지 않으므로 내 데이터를 실시간으로 전송할 수 있음! 순서 안바뀜.

 

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◆ Packet-Switch
: 패킷별로 나눠서 보내지는 스위치

내가 보내는 데이터가 일정한 크기 또는 다양한 크기로 쪼개져서 전송될 필요가 있는 경우!! (=> 효율 굿)

'예약' 개념 없음

 

Pakcet-Switch 종류

• Datagram Switch
• Virtual-circuit Switch

 

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■ Datagram Switch
: 인터넷 라우터

주소 존재.

 

내 Data가 어떤 단위로 쪼개져서 전송됨.

쪼개진 packet에 내가 가야할 목적지의 주소들을 넣어줌!!

-> 스위치가 라우팅 테이블을 바탕으로 혼잡상태, 에러 .. 등을 고려해서 어디로 갈 지 정해줌!

그러나 packet마다 가는 데 걸리는 시간이 다양하기 때문에, 순서가 바뀔 수 있음.

 

 

▶ Efficiency : 좋음. 여러명이서 동시에 path를 사용할 수 있음!!

▶ Delay : 어디로 갈 지 결정하는 시간이 조금씩 필요하긴 함.

 

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■ Virtual-citcuit Switch (VCS)
: WAN

3단계 존재

주소 존재

 

아이디어 : Circuit-Switch 장점 + Datagram-Switch 장점

setup phase를 거쳐 한 길로 가게 하지만, 전용 path는 아님!(주소 사용)

=> 즉, 순서가 일정하고 효율이 굿!

 

 

VCI (VirtualCircuit Identifier)

데이터가 어디서 왔고, 어디로 가는지를 기억하기 위해서 스위치에서 패킷마다 번호(VCI)를 할당해서 관리함.

(한 path를 여럿이서 공유하기 때문에 구분자가 필요함!!)

 

 

 

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Virtual-circuit Switch 방식의 3단계 (3 Phase)

1. Setup Phase

- Setup request : 아직 Outgoing VCI 확정 안함. 목적지까지 갔다가 돌아올 때 결정됨

 

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- Setup acknowledgement : OK 이 길로 가! 라고 확정되면 돌아오면서 최종적으로 VCI 번호 세팅

 

2. Data transfer

- 확정된 하나의 길로 데이터를 보냄

 

3. Teardown Phase

- 스위치 연결 끊음

 

 

▶ Efficiency : 좋음. soruce/desination이 같은 모든 패킷이 같은 path 사용함. 순서도 안바뀜

▶ Delay : set up 단계에서 path를 결정해줬기 때문에 거의 없음. 몇 번인지 확인해주는 시간이 좀 있을 수 있지만, 아예 다른 path로 가는 Datagram Switch보다는 훨씬 안정적임!

 

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◆ Circuit - Switch의 구조
: 실제 스위치는 물리적으로 어떻게 생겼는가?

두 가지 형태가 있다.

1. Space-division switching

2. Time-division switching

 

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■ Space-division switching

ㆍCrossbar switch

n개의 input과 m개의 output을 가진 그리드 형식으로 연결.

연결 가능한 모든 곳을 연결했으므로, 링크에 문제가 생기더라도 우회가 가능하다!

 

 

ㆍMultistage switch

stage를 그룹화해서 연결하면 개수가 줄어듦!!

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■ Time-division switching
: TDM에서 사용하는 스위치 - TSI (Time-Slot Interchange)

TDM 후에 순서를 바꿔서 다른 데다가 보내주고 싶을 때 사용하는 스위치.

 

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◆ Packet - Switch의 구조

 

※ Switching fabric 부분에는 Crossbar switch가 가장 많이 쓰임.

 

 

중요한 것은

1. banyan swtich

 

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■ A banyan switch

Multistage switch에서, 2개씩만 Multi -> 2진수 쓸 수 있음!!

 

원래 8 * 8 = 64개 Cross point 필요했음. (input 8개, output 8개)

이 방법 채택하면, (2*2)*4 + (2*2)*4 + (2*2)*4  = 48 개의 Multistage switch만 있으면 됨!!

 

=> Cross point의 숫자도 줄이면서, 굉장히 효율적으로 찾아갈 수 있다는 장점!!