Réseaux à commutation

Chapitre 11
Commutation de circuits et
commutation de paquets
11-1
Contenu
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Réseaux de communication commutateurs
Réseaux de commutateurs de circuits
Concepts de commutateurs de circuits
Principes de commutateurs de paquets
X.25
relai de frame
11-2
Réseaux de commutateurs
11-3
Réseaux de commutateurs
• La transmission sur de longues distances est
réalisée par un réseau de nœuds commutateurs
• Les nœuds ne traitent pas les données
• Les stations sont les destinations
– Ordinateurs, terminaux, téléphones, etc.
• Un ensemble de nœuds et connections forme un
réseau de communication
• Les données sont routées en les commutant de
nœud en nœud
11-4
Les nœuds
• Un nœud ne peut se connecter qu’aux autres
nœuds ou à des stations
• Les liaisons nœud à nœud sont faites en
général par multiplexage
• Un réseau est en général partialement
connecté
– Quelques connexions redondantes sont désirables par
mesure de fiabilité
• Il existe deux différentes technologies de
commutation
– La commutation de circuits
– La commutation de paquets
11-5
Un réseau simple de commutation
11-6
Commutation de circuits
• Parcours de communication dédié entre
deux stations
• En trois phases
– Etablissement de la connexion
– Transfert
– Déconnexion
• Il faut avoir une capacité de commutation et
de canal pour établir une connexion
• Il faut avoir un processus intelligent pour
réaliser le routage
11-7
Commutation de circuits (II)
• Inefficacité
– La capacité du canal est dédiée durant la connexion
– En absence de données, cette capacité est gaspillée
• La mise en connexion prend du temps
• Une fois établie le transfert est transparent
• Développé pour le trafic vocal (téléphone)
11-8
Circuit trivial de réseau de commutateurs
Un circuit de réseau de commutateurs est un ensemble de
commutateurs connectés par des liaisons physiques, où chaque
liaison est divisée en n canaux (obtenues par FDM ou TDM).
Dans les circuits de
commutateurs,
les
ressources doivent
êtres
réservées
durant la phase de
configuration,
où
elles
resteront
dédiées
pendant
toute la durée du
transfert de données
jusqu’à ce que la fin
de la communication.
11-9
Exemple
un circuit de réseau de commutateurs connecte 8 téléphones dans une petite
superficie. La communication se fait par des canaux vocaux de 4-kHz. Assumons
que chaque liaison utilise FDM pour connecter un maximum de deux canaux
vocaux. La largeur de bande de chaque liaison est alors 8 kHz. Le téléphone 1 est
connecté au téléphone 7; le 2 au 5; le 3 au 8; et le 4 au 6. De toute évidence, la
situation peut changer lorsque de nouvelles connexions se font. Le commutateur
contrôle les connexions.
11-10
Exemple
un circuit de réseau de commutateurs qui connectes des ordinateurs d’une
compagnie privée entre deux édifices éloignés. Les édifices sont connectés à l’aide
de lignes T-1 sous licences. Il y a deux 4 × 8 (4 entrées et 8 sorties) commutateurs
sur ce réseau. Pour chaque commutateur on a quatre ports de sorties regroupés dans
les ports d’entrées pour permettre la communication entre les ordinateurs du même
édifice. Quatre autres ports de sorties permettent la communication entre les deux
édifices.
11-11
Délais du circuit de réseaux de
commutateurs
11-12
Composantes de télécommunication
•
Abonné:
– Tout appareil attaché au réseau
•
Ligne d’abonné:
– Loupe locale ou d’abonné
– Connectée au réseau
– Quelques km à quelques
dizaines de km
•
Echangeur
– Centres de commutation
– End office – supporte les
abonnés
•
Troncs
– Branches entre les échangeurs
– Multiplexés
11-13
Réalisation du circuit
11-14
Concepts de circuit de commutation
• Commutateur numérique
– Fournit un parcours de signal
transparent entre les appareils
• Interface de réseau
• Unité de contrôle
– Etablit les connexions
• Généralement sur demande
• Traite et accuse réception
des requêtes
• Détermine si la destination
est disponible
• Construit le parcours
– Maintien la connexion
– Déconnexion
11-15
Blocage ou Non-blocage
• Blocage
– Un réseau n’est pas apte à connecter des
stations par ce que tous les parcours sont
occupés
– Utilisé dans les systèmes vocaux
• Appels de courtes durés
• Non-blocage
– Permet la connexion de toutes stations (par
paires) en un coup
– Utilisé dans certaines connections de données
11-16
Principes de commutation de paquets
• Les données sont transmises en petits
• Le circuit de commutation
paquets
est conçu pour la voix
– Typiquement 1000 octets
– Les ressources sont
– Les longs messages sont subdivisés
dédiées durant un appel
en séries de paquets
particulier
– Chaque paquet contient une portion
– La plus part du temps la
des données certaines informations
connexion de données est
de contrôle
en attente
• L’information de contrôle
– Le débit de données est
– Au moins celle du routage
fixe
(adressage)
• Les deux extrémité
• Les paquets sont reçus et sauvegardés
opèrent au même débit
brièvement (tampon) puis transmis au
nœud suivant
– Sauvegarde et acheminement
11-17
Usage des Paquets
11-18
Usage des Paquets
Dans les communications de données nous
envoyons des messages aux extrémités d’un
système. Si le message passe par un réseau à
commutation de paquets, il nous faut le diviser
en paquets de tailles fixes ou variables. Cette
taille est déterminée par le réseau et le protocole
de gouvernance.
11-19
Avantages
• Efficacité de la ligne
– Une liaison singulière de nœud à nœud peut être partagées
par plusieurs paquets dans le temps
– Les paquets sont mis en queue et transmis aussi vite que
possible
• Conversion de débit de données
– Chaque station se connecte au nœud local suivant son
propre débit
– Des tampons de nœuds sont utilisés si une égalisation de
débits est nécessaire
• Les paquets sont acceptés même si le réseau est occupé
– La livraison peut être ralentie
• Un système de priorités peut être utilisé
11-20
Techniques de commutation
• La station subdivise un long message en
paquets
• Les paquets sont envoyés un à la fois sur le
réseau
• Les paquets sont manipulés de deux façons
– En datagramme
– En circuit virtuel
11-21
Datagramme
Il n’y a pas de réservation de ressource dans un
réseau à commutation de paquets, les ressources
sont attribués sur demande.
11-22
Datagramme
• Chaque paquet est traité
indépendamment
• Les paquets peuvent
prendre n’importe quelle
route utilisable
• Les paquets peuvent
arriver en désordre
numérique
• Des paquets peuvent
disparaitre
• Le récepteur à la
responsabilité de
rassembler les paquets et
de recouvrir ceux qui
manquent
11-23
Datagramme
Le commutateur d’un réseau à
datagrammes utilise une table de
routage réalisée à partir des
adresses de destination.
L’adresse de destination, dans
l’entête du paquet, reste la même
tout au long du voyage du paquet.
11-24
Délais du réseau à datagrammes
11-25
Datagramme
Remarque
Dans l’internet la commutation est
réalisée par l’utilisation de datagrammes
dans l’approche de commutation par
paquets au niveau de la couche de
réseaux.
11-26
Réseaux à circuits virtuels
Un réseau à circuits virtuels est un intermédiaire
entre un circuit de réseau à commutateurs et un
réseau de datagrammes. Il possèdent des
caractéristiques appartenant aux deux.
11-27
Circuits virtuels
• Des routes sont préétablies
avant l’envoie des paquets
• Des appels de requêtes et
d’acceptation de paquets
établissent la connexion
(handshake)
• Chaque paquet contient un
identificateur de circuit virtuel
au lieu d’une adresse de
destination
• Aucune décision de routage
n’est nécessaire par paquet
• Une requête de libération
détruit le circuit
• Ce n’est pas une chemin dédié
11-28
Identificateur de circuit virtuel
• Chaque paquet contient un identificateur de circuit
virtuel à la place d’une adresse de destination
11-29
Tables et commutateurs dans
un réseau à circuits virtuels
11-30
Transfert de données,
source-à-destination, dans un réseau
à circuits virtuels
11-31
Requête de configuration dans
un réseau à circuits virtuels
11-32
Accusé de configuration dans un
réseau à circuits virtuels
11-33
Circuit virtuel
Remarque
Dans la commutation à circuits virtuels,
tous les paquets appartenant à la même
source et allant vers la même destination
emprunte le même chemin; mais les
paquets peuvent arriver à la destination
avec des délais différents si l’allocation
des ressources est faite sur demande.
11-34
Délais du circuit virtuel
11-35
Circuit virtuel
Remarque
La commutation dans la couche de
liaison de données dans un WAN à
commutation est normalement réalisée
par des techniques de circuits virtuels.
11-36
Circuits virtuels vs. datagrammes
• Circuits virtuels
– Peut fournir le séquençage et le contrôle d’erreurs
– Les paquets sont acheminés plus rapidement
• Pa de décision de routage à prendre
– Moins fiable
• La perte d’un nœud cause la perte de tous les
circuits qui le traversent
• Datagrammes
– Pas de phase d’appel de configuration
• Meilleurs lorsqu’il y a peu de paquets
– Plus fiable flexible
• Le routage est une option pour éviter les parties
congestionnées du réseau
11-37
Commutation de circuits vs. Paquets
• Performance
– Délais de propagation
– Temps de transmission
– Délais de nœud
11-38
Commutation de circuits vs. Paquets
11-39
Structure d’un commutateur
Les commutateurs sont utilisés dans les
réseaux à commutation de circuits et à
commutation de paquets. Dans cette
section, nous décrivons la structure du
commutateur de chacun de ces types de
réseaux.
11-40
Commutateur de division d’espace
• Développé pour un environnement analogue
• Parcours physiques séparés
• Commutateur d’intersections (Crossbar)
– Le nombre de points d’intersections croit tel qu’il est le
carré du nombre des stations
– La perte des points d’intersections empêche la connexion
– Utilisation inefficace des points d’intersections
• Quand toutes les stations sont connectées, seulement quelques
points d’intersections sont utilisés
– Processus de non-blocage
11-41
Commutateur de division d’espace
11-42
Commutateur de division d’espace
Commutateur d’intersections ayant trois entrées et quatre sorties
11-43
Commutateur multi-étages
• Réduit le nombre de
points d’intersections
• Plusieurs chemins à
travers le réseau
– Accroit la fiabilité
• Contrôle plus complexe
• Peut être du type
blocage
11-44
Commutateur multi-étages
Dans un commutateur à trois étages, le nombre total
d’intersections est 2kN + k(N/n)2 qui est beaucoups plus petit que
le nombre d’intersections d’un commutateur à un étage (N2).
11-45
Chemins de commutation
11-46
Commutation de divisions temporel
• Les systèmes numériques modernes
dépendent des contrôles intelligents
d’éléments de divisions d’espace et
temporel
• On utilise le multiplexage de division
temporel pour obtenir la commutation.
• Deux méthodes populaires
– L’inter-change de slot temporel (TSI)
– Le bus TDM
11-47
Le bus TDM
11-48
L’inter-change de slots temporel
11-49
Multiplexage de division temporel, avec
ou sans l’inter-change de slot temporel
11-50
Les composantes de commutation de
paquets
11-51
Le port d’entrée
11-52
Le port de sortie
11-53