Switching jaringan Komputer

Sumber : Data Communications and Networking By Behrouz A.Forouzan.Edisi Ke Empat
Chapter8


Switching
Jaringan adalah sekumpulan perangkat yang terhubung. Setiap kali kami memiliki banyak perangkat, kami punya masalah bagaimana menghubungkan mereka untuk membuat komunikasi antara satu komputer ke komputer yang lainnya. Satu Solusinya adalah dengan membuat koneksi point-to-point antara setiap pasangan perangkat (mesh topologi), atau antara perangkat pusat dan setiap perangkat lain (topologi bintang). metode ini tidak praktis dan boros ketika diterapkan ke jaringan yang sangat besar. Jumlah dan panjang tautan memerlukan terlalu banyak infrastruktur agar hemat biaya, dan sebagian besar tautan itu akan selalu menganggur. Topologi lainnya menggunakan koneksi multipoint, seperti bus, dikesampingkan karena jaraknya antara perangkat dan jumlah perangkat meningkat di luar kapasitas media dan peralatan.

Solusi yang lebih baik adalah beralih. Jaringan yang diaktifkan terdiri dari serangkaian yang saling terkait node, yang disebut switch. Switch adalah perangkat yang mampu menciptakan koneksi sementara antara dua atau lebih perangkat yang terhubung ke switch. Di jaringan yang diaktifkan, beberapa di antaranya node terhubung ke sistem akhir (komputer atau telepon, misalnya). Lainnya hanya digunakan untuk routing. Gambar 8.1 menunjukkan jaringan yang dialihkan.

Gambar 8.1 Switched network

/

Sistem akhir (perangkat komunikasi) diberi label A, B, C, D, dan seterusnya, dan switch diberi label I, II, III, IV, dan V. Setiap switch terhubung ke beberapa tautan.

hal 213

214.  CHAPTER 8 SWITCHING

Secara tradisional, tiga metode switching di antaranya adalah : switching sirkuit, packet switching, dan pengiriman pesan. switching sirkuit dan packet  switching biasanya paling banyak digunakan hari ini. yang ketiga telah dihapus dalam komunikasi umum tetapi masih memiliki aplikasi jaringan.  kemudian Kami dapat membagi jaringan saat ini menjadi tiga kategori besar: jaringan circuit-switched, jaringan packet-switched, dan pesan-switched. Jaringan packet-switched dapat dibagi menjadi dua subkategori-jaringan virtual-circuit dan jaringan datagram

ditunjukkan pada Gambar 8.2.

Gambar 8.2 Taksonomi jaringan diaktifkan

Kita dapat mengatakan bahwa rangkaian jaringan  virtual memiliki beberapa karakteristik umum dengan jaringan circuit-switched dan datagram. pertama kali kita membahas circuit-switched jaringan, kemudian jaringan datagram, dan akhirnya jaringan sirkuit virtual.

  Hari ini kecenderungan dalam packet switching adalah menggabungkan jaringan datagram dan virtualcircuit jaringan. Jaringan mengarahkan paket pertama berdasarkan ide pengalamatan datagram, tetapi kemudian jaringan virtual-circuit membagi sisa paket yang berasal dari yang sama sumber dan pergi ke tujuan yang sama. Kami akan melihat beberapa jaringan ini di masa depan.

  Dalam pengalihan pesan, setiap switch menyimpan seluruh pesan dan meneruskannya ke saklar berikutnya. Meskipun, kami tidak melihat perpindahan pesan di lapisan bawah, masih digunakan di beberapa aplikasi seperti surat elektronik (e-mail). Kami tidak akan membahas topik ini dalam buku ini.

CHAPTER 8.1 JARINGAN SIRCUIT-SWITCHED

Jaringan circuit-switched terdiri dari satu set switch yang terhubung dengan tautan fisik.

Koneksi antara dua stasiun adalah jalur khusus yang dibuat dari satu tautan atau lebih. Namun, setiap koneksi hanya menggunakan satu saluran khusus pada setiap tautan. Setiap tautan biasanya dibagi menjadi n saluran dengan menggunakan FDM atau TDM seperti yang dibahas pada Bab 6

Jaringan circuit-switched terbuat dari satu set switch yang terhubung dengan tautan fisik, di mana setiap tautan dibagi menjadi n saluran.

Gambar 8.3 menunjukkan jaringan circuit-switched trivial dengan empat switch dan empat tautan. Setiap tautan dibagi menjadi n (n adalah 3 dalam gambar) saluran dengan menggunakan FDM atau TDM.

CHAPTER 8.1 JARINGAN SIRKUIT-SWITCH .215

Gambar 8.3 Jaringan circuit-switched trivial

Kami telah menunjukkan secara eksplisit  simbol multiplexing untuk menekankan pembagian tautan ke saluran meskipun multiplexing dapat secara implisit termasuk dalam sakelar lain.

Sistem akhir, seperti komputer atau telepon, terhubung langsung ke A. Kami menunjukkan dua sistem akhir untuk kesederhanaan. Ketika sistem akhir A membutuhkan untuk berkomunikasi dengan sistem akhir M, sistem A perlu meminta koneksi ke M itu harus diterima oleh semua switch serta  M  itu sendiri. Ini disebut fase pengaturan; sirkuit (saluran) dicadangkan pada setiap tautan, dan kombinasi sirkuit atau saluran mendefinisikan jalur khusus. Setelah jalur khusus yang terbuat dari sirkuit terhubung dimana (saluran) didirikan, transfer data dapat dilakukan. Setelah semua data ditransfer,sirkuit harus turun.

Kami perlu menekankan beberapa poin di sini:

- Circuit switching berlangsung di lapisan fisik.

- Sebelum memulai komunikasi, stasiun harus membuat reservasi untuk sumber daya untuk digunakan selama komunikasi. Sumber daya ini, seperti saluran (bandwidth di FDM dan slot waktu di TDM), ganti buffer, waktu pemrosesan switch, dan switch port input / output, harus tetap didedikasikan selama seluruh durasi transfer data sampai fase teardown. 

- Data yang ditransfer antara dua stasiun tidak lebih (transfer layer fisik dari sinyal). Data adalah aliran kontinyu yang dikirim oleh stasiun sumber dan diterima oleh stasiun tujuan, meskipun mungkin ada periode yang silence.

- Tidak ada pengalamatan yang terlibat selama transfer data. Switch mengalihkan data berdasarkan bandwidth yang diduduki (FDM) atau slot waktu (TDM). Tentu saja, ada pengalamatan yang digunakan selama fase pengaturan, seperti yang akan kita lihat pada bab berikutnya.

 Dalam switching sirkuit, sumber daya harus disediakan selama fase pengaturan; sumber daya tetap didedikasikan untuk seluruh durasi transfer data sampai fase teardown.

216.  CHAPTER 8 SWITCHING

Contoh 8.1

Sebagai contoh sederhana, mari kita gunakan jaringan circuit-switched untuk menghubungkan delapan telepon dalam skala kecil daerah. Komunikasi melalui saluran suara 4-kHz. Kami berasumsi bahwa setiap tautan menggunakan FDM untuk menghubungkan maksimal dua saluran suara. Bandwidth setiap tautan kemudian 8 kHz. Gambar 8.4 menunjukkan situasinya. Telepon 1 terhubung ke telepon 7; 2 hingga 5; 3 hingga 8; dan 4 hingga 6. Tentu saja situasi dapat berubah ketika koneksi baru dibuat. Switch mengontrol koneksi.

Gambar 8.4 Jaringan circuit-switched yang digunakan dalam Contoh 8.1

Contoh 8.2

Sebagai contoh lain, jaringan circuit-switched yang menghubungkan komputer dalam dua remote kantor perusahaan swasta. Kantor-kantornya terhubung menggunakan saluran T-l yang disewa dari komunikasi penyedia layanan. Ada dua 4 X 8 (4 input dan 8 output) switch di jaringan ini. Untuk setiap switch, empat port output dilipat ke port input untuk memungkinkan komunikasi antara komputer di kantor yang sama. Empat port output lainnya memungkinkan komunikasi antara kedua kantor. Gambar 8.5 menunjukkan situasinya.

Gambar 8.5 Jaringan circuit-switched yang digunakan dalam Contoh 8.2

CHAPTER 8.1 JARINGAN SIRKUIT BERALIH   .217

Tiga Fase

Komunikasi sebenarnya dalam jaringan circuit-switched membutuhkan tiga fase: koneksi setup, transfer data, dan teardown koneksi.

Tahap Penyiapan

Sebelum keduanya berkomunikasi (atau beberapa pihak dalam panggilan konferensi) dapat berkomunikasi, A rangkaian khusus (kombinasi saluran dalam tautan) perlu dibuat. Sistem akhir biasanya terhubung melalui jalur khusus ke switch, jadi pengaturan koneksi berarti membuat saluran khusus di antara switch. Misalnya, pada Gambar 8.3, ketika sistem A perlu terhubung ke sistem M, ia mengirimkan permintaan pengaturan yang menyertakan alamat sistem M, untuk beralih I. Beralih Saya menemukan saluran antara itu sendiri dan beralih IV yang dapat didedikasikan untuk tujuan ini. Ganti Saya kemudian mengirim permintaan untuk beralih IV, yang menemukan saluran khusus antara dirinya dan switch III. Switch III menginformasikan sistem M dari niat sistem A saat ini.

Pada langkah selanjutnya untuk membuat koneksi, sebuah pengakuan dari kebutuhan sistem M untuk dikirim ke arah yang berlawanan dengan sistem A. setelah sistem A menerimanya maka setatus  koneksi itu yang ditetapkan.

Perhatikan bahwa pengalamatan end-to-end diperlukan untuk membuat koneksi antara dua sistem akhir. Ini dapat berupa, alamat komputer yang ditetapkan oleh administrator dalam jaringan TDM, atau nomor telepon dalam jaringan FDM.

Data Transfer Phase

Setelah pembentukan sirkuit khusus (saluran), kedua pihak dapat mentransfer data.

Teardown Phase

Ketika salah satu pihak perlu memutus sambungan, sebuah sinyal dikirim ke setiap sakelar untuk dibebaskan sumber daya.

Efisiensi

Dapat dikatakan bahwa jaringan circuit-switched tidak seefisien dua jenis jaringan lainnya  karena sumber daya dialokasikan selama seluruh durasi sambungan. Sumber daya ini tidak tersedia untuk koneksi lain. Di jaringan telepon, orang biasanya mengakhiri komunikasi ketika mereka menyelesaikan percakapan mereka. Namun, dalam jaringan komputer, komputer dapat dihubungkan ke komputer lain bahkan jika tidak ada aktivitas untuk waktu yang lama. Dalam hal ini, memungkinkan sumber daya untuk dikhususkan berarti koneksi lain di ambil alih.

Delay/Menunda

Meskipun jaringan circuit-switched biasanya memiliki efisiensi rendah, penundaan dalam tipe ini jaringan minimal. Selama transfer data, data tidak tertunda di setiap switch; 

sumber daya dialokasikan untuk durasi koneksi. Gambar 8.6 menunjukkan gagasan tentang penundaan dalam jaringan circuit-switched ketika hanya dua switch yang terlibat.
Seperti yang ditunjukkan Gambar 8.6, tidak ada waktu menunggu di setiap sakelar. Penundaan total sudah jatuh tempo ke waktu yang dibutuhkan untuk membuat koneksi, mentransfer data, dan memutus sambungan.

218.  CHAPTER 8 SWITCHING

Gambar 8.6 Delay in a circuit-switched network(Keterlambatan dalam jaringan circuit-switched)

Penundaan itu yang disebabkan oleh pengaturan pada jumlah dari empat bagian itu: waktu propagasi dari sumber permintaan komputer slope of the first gray box (kemiringan kotak abu-abu pertama), waktu transfer sinyal permintaan height of the first gray box (tinggi kotak abu-abu pertama), waktu propagasi dari pengakuan dari tujuan komputer slope of the second gray box (kemiringan kotak abu-abu kedua), dan waktu transfer sinyal dari pengakuan height of the second gray box (ketinggian kotak abu-abu kedua). Penundaan karena transfer data adalah jumlah dari dua bagian: waktu propagasi slope of the colored box (kemiringan kotak berwarna) dan waktu transfer data height of the colored box (tinggi kotak berwarna),yabisa sangat panjang. Kotak ketiga menunjukkan waktu yang dibutuhkan untuk merobek di sirkuit. Kami telah menunjukkan kasus di mana penerima meminta pemutusan sambungan, yang menciptakan penundaan maksimum.

Teknologi Switched Sirkuit di Jaringan Telepon

Seperti yang akan kita lihat di Bab 9, perusahaan telepon sebelumnya telah memilih sirkuit yang terhubung untuk beralih di lapisan fisik; hari ini kecenderungannya bergerak menuju teknik switching lainnya. Misalnya, nomor telepon digunakan sebagai alamat global, dan sistem pensinyalan (disebut SS7) digunakan untuk pengaturan dan pembongkaran fase.

Beralih pada lapisan fisik di telepon tradisional

jaringan menggunakan pendekatan circuit-switching.

8.2 JARINGAN DATAGRAM

Dalam komunikasi data, kita perlu mengirim pesan dari satu sistem ke sistem yang lain. Jika pesan akan melewati jaringan packet-switched, ia perlu dibagi ke dalam paket ukuran tetap atau variabel. Ukuran paket ditentukan oleh jaringan dan protokol yang mengatur.

Dalam switching paket, tidak ada alokasi sumber daya untuk paket. Ini artinya tidak ada bandwidth yang dipesan pada tautan, dan tidak ada waktu pemrosesan terjadwal Dalam komunikasi data, kita perlu mengirim pesan dari satu sistem ke sistem yang lain. Jika pesan akan melewati jaringan packet-switched, ia perlu dibagi ke dalam paket variabel ukuran tetap .

CHAPTER 8.2 JARINGAN DATAGRAM  .219

Ukuran paket ditentukan oleh jaringan dan protokol yang mengatur. Dalam paket switching , tidak ada alokasi sumber daya untuk paket. Ini artinya tidak ada bandwidth yang dipesan pada tautan, dan tidak ada waktu pemrosesan terjadwal untuk setiap paket. Sumber daya dialokasikan sesuai permintaan. Alokasi dilakukan pada firstcome, pertama dilayani pada dasar. Ketika sebuah saklar menerima paket, tidak peduli apa sumbernya atau tujuan, paket harus menunggu jika ada paket lain yang sedang diproses. Seperti sistem lain dalam kehidupan sehari-hari kita, kurangnya reservasi ini dapat menyebabkan keterlambatan. Misalnya, jika kami tidak memiliki reservasi di restoran, kami mungkin harus menunggu.

Dalam jaringan packet-switched, tidak ada reservasi sumber daya;

sumber daya dialokasikan sesuai permintaan.

Dalam jaringan datagram, setiap paket diperlakukan secara independen dari semuanya. Bahkan jika paket adalah bagian dari transmisi multi-rangkap, jaringan memperlakukannya seolah-olah itu hanya sendirian. Paket dalam pendekatan ini disebut sebagai datagrams.

Datagram switching biasanya dilakukan pada lapisan jaringan. Kami secara singkat membahas jaringan datagram di sini sebagai perbandingan dengan jaringan circuit-switched dan virtual-circuitswitched. Dalam Bagian 4 dari teks ini, kita membahas lebih rinci.

Gambar 8.7 menunjukkan bagaimana pendekatan datagram digunakan untuk mengirim empat paket stasiun A ke stasiun X. Switch dalam jaringan datagram secara tradisional disebut sebagai router. Itulah mengapa kami menggunakan simbol yang berbeda untuk setiap switch dalam gambar.

Gambar 8.7 Sebuah jaringan datagram dengan empat switch (router)

Dalam contoh ini, keempat paket (atau datagrams) milik pesan yang sama, tetapi dapat menempuh jalan yang berbeda untuk mencapai tujuan mereka. Hal ini karena tautan mungkin terlibat dalam membawa paket dari sumber lain dan tidak memiliki bandwidth yang diperlukan untuk membawa semua paket dari A ke X. Pendekatan ini dapat menyebabkan datagram transmisi untuk tiba di tempat tujuan mereka menjadi rusak dengan penundaan yang berbeda antar paket. Paket mungkin juga hilang atau menurun karena kurangnya sumber daya. Dalam kebanyakan protokol, itu adalah tanggung jawab dari protokol lapisan atas untuk menyusun ulang datagram atau meminta datagram yang hilang sebelum meneruskannya ke aplikasi.

Jaringan datagram kadang-kadang disebut sebagai jaringan tanpa sambungan. Itu Istilah connectionless di sini berarti bahwa switch (packet switch) tidak menyimpan informasi tentang status koneksi. Tidak ada fase setup atau teardown. Setiap paket diperlakukan sama oleh sebuah saklar terlepas dari sumber atau tujuannya.

220.  CHAPTER 8 SWITCHING

Tabel Routing

Jika tidak ada fase setup atau teardown, bagaimana paket diarahkan ke tujuan mereka dalam jaringan datagram? Dalam jenis jaringan ini, setiap switch (atau switch paket) memiliki routing tabel yang didasarkan pada alamat tujuan. Tabel routing bersifat dinamis dan diperbarui secara berkala. Alamat tujuan dan penerusan yang sesuai port output dicatat dalam tabel. Ini berbeda dari tabel sirkuit yang terhubung jaringan di mana setiap entri dibuat ketika fase pengaturan selesai dan dihapus ketika fase teardown selesai. Gambar 8.8 menunjukkan tabel routing untuk a beralih.

Gambar 8.8 Tabel routing dalam jaringan datagram

Beralih dalam jaringan datagram menggunakan tabel routing yang didasarkan pada alamat tujuan.

Alamat tujuan

Setiap paket dalam jaringan datagram membawa header yang berisi, di antara informasi lain,alamat tujuan paket. Ketika switch menerima paket, ini alamat tujuan diperiksa; tabel routing dikonsultasikan untuk menemukan yang sesuai port tempat paket harus diteruskan. Alamat ini, tidak seperti alamat dalam jaringan virtual-circuit-switched, tetap sama selama seluruh perjalanan paket.

Alamat tujuan di header paket di jaringan datagram

tetap sama selama seluruh perjalanan paket.

Efisiensi

Efisiensi jaringan datagram lebih baik daripada jaringan circuit-switched; sumber daya hanya dialokasikan ketika ada paket yang akan ditransfer. Jika suatu sumber mengirim sebuah paket dan ada penundaan beberapa menit sebelum paket lain dapat dikirim, sumber daya dapat dialokasikan selama menit ini untuk paket lain dari sumber lain.

CHAPTER 8.3 JARINGAN VIRTUAL-CIRCUIT .221

Delay/Penundaan

Mungkin ada penundaan yang lebih besar dalam jaringan datagram dari pada di jaringan sirkuit virtual.  Meskipun tidak ada fase penyiapan dan pembongkaran, setiap paket mungkin mengalami penundaan pada A beralih sebelum diteruskan. Selain itu, karena tidak semua paket dalam pesan tentu melakukan perjalanan melalui switch yang sama, penundaan tidak seragam untuk paket-paket pesan. Gambar 8.9 memberikan contoh keterlambatan dalam jaringan datagram untuk satu paket tunggal.

Gambar 8.9 Penundaan dalam jaringan datagram

Paket berjalan melalui dua switch. Ada tiga waktu transmisi (3T), tiga penundaan propagasi (kemiringan 3't bukan garis), dan dua waktu tunggu (WI + w2) 'Kami abaikan waktu pemrosesan di setiap sakelar. Penundaan totalnya 

Total delay = 3T + 3t + WI + W2

Jaringan Datagram di Internet

Seperti yang akan kita lihat di bab-bab selanjutnya, Internet telah memilih pendekatan datagram beralih ke lapisan jaringan. Ia menggunakan alamat universal yang didefinisikan dalam jaringan layer untuk merutekan paket dari sumber ke tujuan.

Beralih di Internet dilakukan dengan menggunakan datagram

pendekatan untuk beralih paket pada lapisan jaringan.

8.3 JARINGAN VIRTUAL-CIRCUIT

Jaringan virtual-circuit adalah persilangan antara jaringan circuit-switched dan sebuah datagram jaringan. Ini memiliki beberapa karakteristik dari keduanya.

1. Seperti dalam jaringan circuit-switched, ada fase setup dan teardown sebagai tambahan

ke fase transfer data.

2. Sumber daya dapat dialokasikan selama fase pengaturan, seperti dalam jaringan circuit-switched, atau sesuai permintaan, seperti dalam jaringan datagram. 

3. Seperti dalam jaringan datagram, data yang terkemas dan setiap paket membawa alamat di header. Namun, alamat di header memiliki yurisdiksi lokal (itu menentukan apa yang harus menjadi saklar berikutnya dan saluran di mana paket sedang mengotori), bukan yurisdiksi end-to-end. Pembaca dapat menanyakan bagaimana saklar tahu di mana mengirim paket jika tidak ada alamat tujuan akhir yang dibawa oleh sebuah paket.

Jawabannya akan jelas ketika kita membahas pengidentifikasi sirkuit virtual di bagian bab berikutnya.

4. Seperti dalam jaringan circuit-switched, semua paket mengikuti jalur yang sama yang ditetapkan selama koneksi.

5. Jaringan virtual-circuit biasanya diimplementasikan pada layer data link, sementara jaringan circuit-switched diimplementasikan pada layer fisik dan jaringan datagram

di lapisan jaringan. Tapi ini bisa berubah di masa depan.

222.  BAB 8 SWITCHING
Gambar 8.10 adalah contoh dari jaringan sirkuit virtual.
Jaringan telah mengubahnya dan mengijinkan lalu lintas dari sumber ke tujuan. Sumber atau tujuan dapat berupa komputer, sakelar paket, jembatan, atau perangkat lain yang menghubungkan jaringan lain.

Gambar 8.10 Jaringan rangkaian-virtual

Addressing

Dalam jaringan sirkuit virtual, dua jenis pengalamatan terlibat: global dan lokal (Pengidentifikasi sirkuit virtual).

Global Addressing

Sumber atau tujuan harus memiliki alamat global-alamat yang unik dalam lingkup jaringan atau internasional jika jaringan adalah bagian dari jaringan internasional. Namun, kita akan melihat bahwa alamat global dalam jaringan sirkuit virtual hanya digunakan untuk membuat pengidentifikasi sirkuit virtual, seperti yang dibahas selanjutnya.

Virtual-Circuit Identifier

Pengidentifikasi yang benar-benar digunakan untuk transfer data disebut pengidentifikasi sirkuit virtual (Vel). Sebuah vel, tidak seperti alamat global,sejumlah sirkuit kecil yang hanya memiliki lingkup switch; digunakan oleh bingkai antara dua switch. Ketika sebuah bingkai tiba di sebuah saklar, ia memiliki VCI; ketika ia pergi, ia memiliki VCl yang berbeda. Gambar 8.11 menunjukkan bagaimana VCI dalam suatu data bingkai berubah dari satu beralih ke yang lain. Perhatikan bahwa VCI tidak perlu menjadi angka yang besar karena setiap switch dapat menggunakan set VCls uniknya sendiri.

BAGIAN 8.3 JARINGAN VIRTUAL-CIRCUIT  .223

Gambar 8.11 Pengenal rangkaian-virtual

Tiga Fase

Seperti dalam jaringan circuit-switched, sumber dan tujuan harus melalui tiga fase dalam jaringan sirkuit virtual: setup, transfer data, dan teardown. Dalam pengaturan fase, sumber dan tujuan menggunakan alamat global mereka untuk membantu beralih membuat tabel entri untuk koneksi. Pada fase teardown, sumber dan tujuan menginformasikan beralih untuk menghapus entri yang sesuai. Transfer data terjadi antara keduanya fase. Kami pertama membahas transfer data phase.

Fase Transfer Data

Untuk mentransfer frame dari sumber ke tujuannya, semua switch harus memiliki tabel entri untuk sirkuit virtual ini. Tabel, dalam bentuknya yang paling sederhana, memiliki empat kolom. Ini berarti sakelar itu menyimpan empat informasi untuk setiap rangkaian virtual yang sudah diatur. Kami tunjukkan nanti bagaimana switch membuat entri tabel mereka, tetapi untuk saat ini kita berasumsi bahwa setiap saklar memiliki tabel dengan entri untuk semua sirkuit virtual aktif. 

Gambar 8.12 menunjukkan saklar dan tabelnya yang sesuai.

Gambar 8.12 menunjukkan frame tiba di port 1 dengan VCI 14. Ketika frame

tiba, switch terlihat di meja untuk mencari port 1 dan VCI 14. Ketika ditemukan, switch tahu untuk mengubah VCI ke 22 dan mengirimkan frame dari port 3.

  Gambar 8.13 menunjukkan bagaimana sebuah frame dari sumber A mencapai tujuan B dan bagaimana itu VCI berubah selama perjalanan. Setiap switch mengubah VCI dan mengarahkan frame.

  Fase transfer data aktif sampai sumber mengirim semua frame ke tujuan. Prosedur di switch sama untuk setiap frame pesan. Proses ini menciptakan sirkuit virtual, bukan sirkuit sungguhan, antara sumber dan tujuan.

Tahap Penyiapan

Pada fase pengaturan, switch menciptakan entri untuk sirkuit virtual. Sebagai contoh, anggaplah sumber A perlu membuat sirkuit virtual untuk B. Dua langkah diperlukan: permintaan pengaturan dan pengakuan.

224.  BAB 8 SWITCHING

Gambar 8.12 Switch dan tabel dalam jaringan sirkuit virtual

Gambar 8.13 Pengalihan data sumber-ke-tujuan dalam jaringan rangkaian virtual

BAGIAN 8.3 JARINGAN VIRTUAL-CIRCUIT  .225

Gambar 8.14 Pengaturan permintaan dalam jaringan sirkuit virtual

Permintaan Penyiapan Bingkai permintaan pengaturan dikirim dari sumber ke tujuan.

Gambar 8.14 menunjukkan prosesnya. 

a. Sumber A mengirim bingkai pengaturan untuk beralih 1.

b. Beralih 1 menerima bingkai permintaan penyiapan. Ia tahu bahwa bingkai pergi dari A ke    B keluar melalui port 3. Bagaimana switch telah memperoleh informasi ini adalah sebuah titik

tercakup dalam bab-bab selanjutnya. Saklar, dalam fase pengaturan, bertindak sebagai saklar paket;memiliki tabel routing yang berbeda dari tabel switching. 

Untuk saat ini,kita berasumsi bahwa ia tahu port output. Switch membuat entri di tabelnya untuk sirkuit virtual ini, tetapi hanya mampu mengisi tiga dari empat kolom. Tombol menugaskan port masuk (1) dan memilih VCI masuk yang tersedia (14) dan port keluar (3). Itu belum tahu VCI yang keluar, yang akan ditemukan selama langkah pengakuan. Saklar kemudian meneruskan frame melalui port 3 untuk beralih 2.

c. Beralih 2 menerima bingkai permintaan penyiapan. Peristiwa yang sama terjadi di sini seperti pada beralih 1; tiga kolom tabel selesai: dalam hal ini, port masuk (l),

VCI masuk (66), dan port keluar (2).

d. Beralih 3 menerima bingkai permintaan penyiapan. Sekali lagi, tiga kolom selesai:

port masuk (2), VCI masuk (22), dan port keluar (3).

e. Tujuan B menerima bingkai pengaturan, dan jika sudah siap menerima bingkai dari A,

itu menetapkan VCI ke frame yang masuk yang berasal dari A, dalam hal ini 77. Ini

VCI memungkinkan tujuan mengetahui bahwa frame berasal dari A, dan bukan sumber lain.

Pengakuan Sebuah bingkai khusus, yang disebut bingkai pengakuan, selesai

entri dalam tabel pengalihan. 

Gambar 8.15 menunjukkan prosesnya.

226.   BAB 8 SWITCHING

Gambar 8.15 Pengaturan pengakuan dalam jaringan sirkuit virtual

a. Tujuan mengirim pengakuan untuk beralih 3. Pengakuan membawa alamat sumber dan tujuan global sehingga switch mengetahui entri mana di meja harus diselesaikan. Bingkai juga membawa VCI 77, dipilih oleh tujuan sebagai VCI yang masuk untuk frame dari A. Switch 3 menggunakan VCI ini untuk menyelesaikan keluar Kolom VCI untuk entri ini. Perhatikan bahwa 77 adalah VCI yang masuk untuk tujuan B, tetapi

VCI keluar untuk beralih 3.

b. Beralih 3 mengirim pengakuan untuk beralih 2 yang berisi VCI yang masuk dalam

tabel, dipilih pada langkah sebelumnya. Switch 2 menggunakan ini sebagai VCI keluar dalam tabel.

c. Beralih 2 mengirim pengakuan untuk beralih 1 yang berisi VCI yang masuk dalam

tabel, dipilih pada langkah sebelumnya. Switch 1 menggunakan ini sebagai VCI keluar dalam tabel.

d. Akhirnya beralih 1 mengirim pengakuan ke sumber A yang berisi yang masuk

VCI dalam tabel, dipilih pada langkah sebelumnya.

e. Sumber menggunakan ini sebagai VCI keluar untuk frame data yang akan dikirim ke tujuan B.

Fase Teardowil

Pada fase ini, sumber A, setelah mengirim semua frame ke B, mengirim bingkai khusus yang disebut a permintaan teardown. Tujuan B merespons dengan bingkai konfirmasi teardown. Semua switch menghapus entri yang sesuai dari tabel mereka.

Efisiensi

Seperti yang kami katakan sebelumnya, reservasi sumber daya dalam jaringan sirkuit virtual dapat dibuat selama pengaturan atau dapat diminta selama fase transfer data. Dalam kasus pertama, penundaan untuk setiap paket adalah sama; dalam kasus kedua, setiap paket mungkin mengalami penundaan yang berbeda. Ada satu keuntungan besar dalam jaringan sirkuit virtual bahkan jika alokasi sumber daya adalah permintaan. Sumber dapat memeriksa ketersediaan sumber daya, tanpa benar-benar menyimpannya. Pertimbangkan keluarga yang ingin makan di restoran. Meskipun restoran mungkin tidak menerima reservasi (alokasi tabel sesuai permintaan), keluarga dapat menelepon dan mencari tahu waktu tunggu. Ini dapat menghemat waktu dan usaha keluarga.

Dalam switching sirkuit virtual, semua paket milik sumber dan tujuan yang sama

menempuh jalan yang sama; tetapi paket mungkin tiba di tempat tujuan

dengan penundaan yang berbeda jika alokasi sumber daya sesuai permintaan.

Delay in Virtual-Circuit Networks (Keterlambatan dalam Jaringan Sirkuit Virtual)

Dalam jaringan rangkaian virtual, ada penundaan satu kali untuk setup dan penundaan satu kali untuk teardown. Jika sumber daya dialokasikan selama fase pengaturan, tidak ada waktu tunggu untuk masing-masing paket. Gambar 8.16 menunjukkan penundaan untuk paket yang melakukan perjalanan melalui dua switch dalam jaringan sirkuit virtual.

  Paket tersebut berjalan melalui dua switch (router). Ada tiga transmisi kali (3T), tiga kali propagasi (3't), transfer data digambarkan oleh miring garis, penundaan pengaturan (termasuk transmisi dan propagasi dalam dua arah),dan penundaan teardown (yang termasuk transmisi dan propagasi dalam satu arah).

Kami mengabaikan waktu pemrosesan di setiap tombol. Waktu tunda total adalah

Total delay = 3T + 3't + delay setup + penundaan teardown

BAGIAN 8.4 STRUKTUR A SWITCH  .227

Gambar 8.16 Keterlambatan dalam jaringan sirkuit virtual

Teknologi Switched Circuit dalam WAN

Seperti yang akan kita lihat di Bab 18, jaringan sirkuit virtual digunakan dalam WAN yang diaktifkan sebagai Frame Relay dan jaringan ATM. Lapisan tautan data dari teknologi ini baik cocok untuk teknologi sirkuit virtual.

Beralih pada lapisan tautan data dalam WAN yang dialihkan biasanya

diimplementasikan dengan menggunakan teknik sirkuit virtual.

8.4 STRUKTUR A SWITCH

Kami menggunakan switch dalam jaringan circuit-switched dan packet-switched. Di bagian ini, kami diskusikan struktur switch yang digunakan di setiap jenis jaringan.

Struktur Saklar Sirkuit

Peralihan sirkuit saat ini dapat menggunakan salah satu dari dua teknologi: saklar ruang-divisi atau saklar pembagian waktu.

Switch Ruang-Divisi

Dalam switching ruang-divisi, jalur di sirkuit dipisahkan satu sama lain secara spasial. Teknologi ini awalnya dirancang untuk digunakan dalam jaringan analog tetapidigunakan saat ini di jaringan analog dan digital. Ini telah berkembang melalui sejarah panjang banyak desain.

228 BAB 8 SWITCHING

Crossbar Switch Switch crossbar menghubungkan n input ke output m dalam grid, menggunakan microswitches elektronik (transistor) pada setiap titik silang (lihat Gambar 8.17). Jurusan Keterbatasan desain ini adalah jumlah titik persimpangan yang diperlukan. Untuk menghubungkan n input ke m output menggunakan saklar palang membutuhkan crosspoint n xm. Misalnya, untuk terhubung 1000 input ke 1000 output membutuhkan switch dengan 1.000.000 crosspoint. Sebuah mistar gawang dengan jumlah persimpangan ini tidak praktis. Saklar seperti itu juga tidak efisien karena statistik menunjukkan bahwa, dalam praktiknya, kurang dari 25 persen titik persimpangan digunakan waktu tertentu. Sisanya menganggur.

Gambar 8.17 Sakelar palang dengan tiga input dan empat output

Multistage Switch Solusi untuk pembatasan switch palang adalah multistage switch, yang menggabungkan switch crossbar dalam beberapa (biasanya tiga) tahapan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.18. Dalam satu saklar palang, hanya satu baris atau kolom (satu jalur) aktif untuk koneksi apa pun. Jadi kita perlu crosspoint N x. Jika kami bisa mengizinkan beberapa jalur di dalam saklar, kita dapat mengurangi jumlah titik persimpangan. Setiap titik silang di tahap tengah dapat diakses oleh beberapa titik silang dalam yang pertama atau tahap ketiga.

Gambar 8.18 Switch multistage

BAGIAN 8.4 STRUKTUR SWITCH   .229

Untuk mendesain switch tiga tahap, kami mengikuti langkah-langkah ini:

1. Kami membagi jalur input N ke dalam grup, masing-masing dari n baris. Untuk setiap kelompok, kami menggunakan satu palang ukuran n x k, di mana k adalah jumlah palang di tengah panggung. Dengan kata lain, tahap pertama memiliki N / n crossbars of n x k crosspoints.

2. Kami menggunakan k palang, masing-masing ukuran (N / n) x (N / n) di tengah panggung.

3. Kami menggunakan N / n crossbars, masing-masing ukuran k x n pada tahap ketiga.

Kita dapat menghitung jumlah total titik persimpangan sebagai berikut:

Dalam switch tiga tahap, jumlah total titik silang adalah

yang jauh lebih kecil dari jumlah titik persimpangan dalam saklar satu tahap (N2).

Contoh 8.3

Desain switch tiga tahap, 200 x 200 (N = 200) dengan k = 4 dan n = 20.

Solution

Pada tahap pertama kami memiliki N / n atau 10 crossbars, masing-masing berukuran 20 x 4. Pada tahap kedua, kami punya 4 crossbars, masing-masing ukuran 10 x 10. Pada tahap ketiga, kami memiliki 10 crossbars, masing-masing ukuran 4 x 20. Jumlah total crosspoint adalah 2kN + k (N / n) 2, atau 2000 crosspoints. Ini adalah 5 persen dari jumlah titik persimpangan dalam satu tahap switch (200 x 200 = 40.000).

  Saklar multitahap dalam Contoh 8.3 memiliki satu blok pemblokiran selama periode

lalu lintas padat: Seluruh gagasan peralihan multistage adalah untuk berbagi lintas titik masuk

crossbars tingkat menengah. Berbagi dapat menyebabkan kurangnya ketersediaan jika sumber daya terbatas dan semua pengguna menginginkan koneksi pada saat yang bersamaan. Pemblokiran mengacu pada waktu ketika satu input tidak dapat terhubung ke output karena tidak ada jalur yang tersedia di antara mereka-semua switch antara yang mungkin ditempati.

  Dalam switch satu tahap, pemblokiran tidak terjadi karena setiap kombinasi

input dan output memiliki titik silang sendiri; selalu ada jalan. (Kasus di mana dua

input mencoba untuk menghubungi output yang sama tidak dihitung. Jalan itu tidak terhalang; output hanya sibuk.) Pada saklar multistage yang dijelaskan pada Contoh 8.3, hanya 4 dari 20 input pertama yang dapat menggunakan switch pada satu waktu, hanya 4 dari 20 input kedua yang dapat menggunakan switch pada satu waktu, dan sebagainya. di. Sejumlah kecil palang di tengah panggung menciptakan pemblokiran.

  Dalam sistem besar, seperti yang memiliki 10.000 input dan output, jumlah

tahap dapat ditingkatkan untuk mengurangi jumlah titik persimpangan yang diperlukan. Seperti jumlahnya tahap meningkat, namun, kemungkinan pemblokiran meningkat juga. Banyak orang mengalami pemblokiran pada sistem telepon umum setelah bencana alam ketika panggilan dilakukan untuk memeriksa atau meyakinkan kerabat jauh melebihi jumlah reguler yang memuat sistem.

230.  BAB 8 SWITCHING

Clos menyelidiki kondisi nonblocking di switch multistage dan muncul dengan rumus berikut. Dalam tombol non-pemblokiran, jumlah tahap menengah switch harus minimal 2n - 1. Dengan kata lain, kita perlu memiliki k 2 2n - 1.

Perhatikan bahwa jumlah titik persimpangan masih lebih kecil daripada dalam satu tahap beralih. Sekarang kita perlu meminimalkan jumlah titik persimpangan dengan N tetap dengan menggunakan kriteria Clos. Kita bisa mengambil turunan dari persamaan sehubungan dengan n (satu-satunya variabel) dan temukan nilai n yang membuat hasilnya nol. Nilai n ini harus sama dengan atau lebih besar dari (N / 2) 1/2. Dalam hal ini, jumlah total titik persimpangan lebih besar dari atau sama dengan 4N [(2N) 112 -1]. Dengan kata lain, jumlah minimum crosspoint sesuai dengan kriteria Clos sebanding dengan N3 / 2.

Menurut kriteria Clos:

n = (NI2) 1/2

k> 2n-1

Jumlah total titik persimpangan 2 4N [(2N) 1/2 -1]

Contoh 8.4

Mendesain ulang switch tiga tahap sebelumnya, 200 x 200, menggunakan kriteria Clos dengan minimum jumlah titik persimpangan. 

Solution

 Kami membiarkan n = (200/2) 1/2, atau n = 10. Kami menghitung k = 2n - 1 = 19. Pada tahap pertama, kami memiliki 200/10, atau 20, crossbars, masing-masing dengan lOX 19 crosspoints. Di tahap kedua, kami memiliki 19 crossbars, masing-masing dengan 10 X 10 titik silang. Pada tahap ketiga, kami memiliki 20 crossbars masing-masing dengan 19 X 10 titik persimpangan. Jumlah total titik persimpangan adalah 20 (10 X 19) + 19 (10 X 10) + 20 (19 X 1O)) 9500. Jika kita menggunakan saklar satu tahap, kita membutuhkan 200 X 200 = 40.000 titik persimpangan. Nomor titik-silang dalam switch tiga tahap ini adalah 24 persen dari switch satu tahap. Lebih poin diperlukan dari pada Contoh 8.3 (5 persen). Ekstra crosspoint diperlukan untuk mencegah pemblokiran.

Sebuah saklar multistage yang menggunakan kriteria Clos dan jumlah minimum crosspoint masih membutuhkan sejumlah besar titik persimpangan. Misalnya, untuk memiliki 100.000 input / output beralih, kita butuh sesuatu yang mendekati 200 juta titik persimpangan (bukan 10 miliar). Ini Artinya, jika perusahaan telepon perlu menyediakan saklar untuk menghubungkan 100.000 telepon di kota, dibutuhkan 200 juta titik persimpangan. Jumlahnya bisa dikurangi jika kita terima pemblokiran. Saat ini, perusahaan telepon menggunakan pengalihan pembagian waktu atau kombinasi switch ruang dan waktu, seperti yang akan kita lihat sebentar lagi.

Switch Time-Division

Perpindahan time-division menggunakan time-division multiplexing (TDM) di dalam switch. Itu teknologi paling populer disebut pertukaran waktu-slot (TSI).

Time-Slot Interchange Gambar 8.19 menunjukkan sistem yang menghubungkan empat jalur input ke empat jalur output. Bayangkan setiap baris input ingin mengirim data ke jalur output

sesuai dengan pola berikut:

BAGIAN 8.4 STRUKTUR SWITCH  .231

Gambar 8.19 Pertukaran slot waktu

Sosok ini menggabungkan multiplexer TDM, demultiplexer TDM, dan TSI yang terdiri memori akses acak (RAM) dengan beberapa lokasi memori. Ukuran masing-masing

lokasi sama dengan ukuran satu slot waktu. Jumlah lokasi sama sebagai jumlah input (dalam banyak kasus, jumlah input dan output adalah sama). RAM terisi dengan data yang masuk dari slot waktu dalam urutan yang diterima. Slot adalah kemudian dikirim dalam suatu pesanan berdasarkan keputusan unit kontrol.

Kombinasi Saklar Waktu dan Ruang-Divisi 

Ketika kita membandingkan pembagian ruang dan pembagian waktu, beberapa fakta menarik muncul. Keuntungan dari switching ruang-divisi adalah bahwa itu seketika. Kerugiannya adalah jumlah titik persimpangan yang diperlukan untuk membuat pembagian ruang-divisi dapat diterima di hal pemblokiran.

Keuntungan dari pembagian waktu-divisi adalah bahwa ia tidak membutuhkan crosspoint. Kerugiannya, dalam kasus TSI, adalah bahwa memproses setiap koneksi menciptakan penundaan. Setiap slot waktu harus disimpan oleh RAM, lalu diambil dan diteruskan.

  Dalam opsi ketiga, kami menggabungkan teknologi pembagian ruang dan pembagian waktu ke Manfaatkan yang terbaik dari keduanya. Menggabungkan dua hasil dalam switch yang dioptimalkan baik secara fisik (jumlah titik persimpangan) dan secara temporal (jumlahnya) keterlambatan). Switch multistage semacam ini dapat dirancang sebagai waktu-ruang-waktu (TST) beralih.

Gambar 8.20 menunjukkan saklar TST sederhana yang terdiri dari dua tahap waktu dan satu tahap ruang dan memiliki 12 input dan 12 output. Alih-alih satu saklar time-division, itu membagi input menjadi tiga kelompok (masing-masing empat input) dan mengarahkan mereka ke tiga kali lipat susun. Hasilnya adalah bahwa penundaan rata-rata adalah sepertiga dari apa yang akan dihasilkan dari penggunaan satu pertukaran celah waktu untuk menangani semua 12 input.

Tahap terakhir adalah bayangan cermin dari tahap pertama. Tahap tengah adalah spacedivision switch (palang) yang menghubungkan kelompok TSI untuk memungkinkan konektivitas antara semua pasangan input dan output yang mungkin (misalnya, untuk menghubungkan input 3 dari grup pertama ke output 7 dari grup kedua).