Commutation

Commutation

Introduction la commutationLe concept de rseau commutation est n de la ncessit de mettre en relation un utilisateur avec nimporte quel autre utilisateur (relation de 1 1 parmi n ou interconnexion totale) et de limpossibilit de crer autant de liaisons point point quil y a de paires potentielles de communicants.

Ainsi, pour raliser linterconnexion totale de 2 stations, il suffit dune liaison, pour 3 stations 3 liens... Dune manire gnrale, dans un rseau de N stations, pour relier la station N aux N 1 stations dj connectes il faut (N 1) liens. Soit, pour les N stations, N(N1) liens. En comptant de cette manire, on commet lerreur de compter deux fois chaque lien (le lien de A vers B est le mme que le lien de B vers A). Le nombre total de liens ncessaires dans un systme de N noeuds est donc de:

Linterconnexion totale.

Si on applique cette formule au rseau tlphonique, compte tenu quil existe environ 300.106 abonns dans le monde et que chaque abonn peut tre mis en relation avec nimporte quel autre abonn, la terminaison de rseau chez chaque abonn devrait comporter 45.1015 lignes !Ce chiffre montre, sil en tait besoin, la ncessit de trouver un systme qui permette, partir dune simple ligne de raccordement (liaison dabonn), datteindre simplement tout autre abonn du rseau par simple commutation dun circuit vers cet abonn. Ce systme porte le nom de rseau commutation, dans le rseau illustr par la figure suivante, le commutateur met en relation les utilisateurs A et B.

Principe dun rseau commutation.

La commutation de circuitsDans la commutation de circuits, un lien physique est tabli par juxtaposition de diffrents supports physiques afin de constituer une liaison de bout en bout entre une source et une destination (figure suivante). La mise en relation physique est ralise par les commutateurs avant tout change de donnes et est maintenue tant que les entits communicantes ne la librent pas expressment. Le taux de connexion est important, alors que le taux dactivit peut tre faible.

Rseau commutation de circuits ou spatiale.La constitution dun chemin physique, emprunt par la suite par toutes les donnes transfres, garantit lordonnancement des informations. Elles sont reues dans lordre o elles ont t mises. Cependant, les deux entits correspondantes doivent tre prsentes durant tout lchange de donnes, il ny a pas de stockage intermdiaire. Les dbits de la source et du destinataire doivent tre identiques. Les abonns monopolisent toute la ressource durant la connexion. Dans ces conditions, la facturation est gnralement dpendante du temps et de la distance (exemple : le Rseau Tlphonique Commut ou RTC).

Dans ce contexte o la ressource est rare vis--vis de la demande potentielle (si simultanment tous les abonns du rseau dsiraient joindre un autre abonn...), il est indispensable de rechercher des techniques particulires pour optimiser le partage des ressources, cest lobjectif des techniques de commutation. Selon la technique employe pour relier deux utilisateurs, on distingue la commutation de circuits, de messages ou de paquets.Un rseau commutation assure une connectivit totale. Dans ses conditions, la topologie logique ou interconnexion totale, vue du ct des utilisateurs, est diffrente de la topologie physique relle.

Consquence de la commutation sur la vision du rseau.

En commutation de circuits, la rgulation de trafic est ralise la connexion, sil ny a plus de ressource disponible, de bout en bout, la connexion est refuse. Pour viter davoir sur dimensionner les rseaux, la commutation de messages, ntablit aucun lien physique entre les deux systmes dextrmit. Le message est transfr de noeud en noeud et mis en attente si le lien internoeud est occup (figure 8.13). Chaque bloc dinformation (message) constitue une unit de transfert (fichier, cran de terminal...) achemine individuellement par le rseau.Le message est mmoris, intgralement, par chaque noeud, et retransmis au noeud suivant ds quun lien se libre. Le transfert ralis, le lien est libr. Assurant une meilleure utilisation des lignes, la commutation de messages autorise un dimensionnement des rseaux commutation de messages infrieur celui des rseaux commutation de circuits. En cas de fort trafic, il ny a pas blocage du rseau mais seulement un ralentissement (attente de la libration dun lien). La mmorisation intermdiaire de lintgralit des messages ncessite des mmoires de masse importantes et augmente le temps de transfert. Les rseaux commutation de messages ne sont pas adapts aux applications interactives.

La commutation de messages

Principe commutation de message

Les rseaux commutation de messages assurent, par rapport la commutation de circuits : le transfert, mme si le correspondant distant est occup ou non connect ; la diffusion dun mme message plusieurs correspondants ; le changement de format des messages ; ladaptation des dbits et ventuellement des protocoles.La commutation de messages ne permet quun change simplex et asynchrone, elle est plus un service quune technique rseau. La commutation de messages est aujourdhui le support logique des rseaux de tlex et des systmes de messagerie modernes.

PrincipeLa commutation de paquets utilise une technique similaire la commutation de messages. Le message est dcoup en fragments (paquets) de petite taille. Chaque paquet est achemin dans le rseau indpendamment du prcdent. Contrairement la commutation de messages, il ny a pas de stockage dinformation dans les noeuds intermdiaires. Chaque noeud, recevant un paquet, le rmet immdiatement sur la voie optimale. De ce fait, le squencement des informations nest plus garanti. Pour reconstituer le message initial, le destinataire devra, ventuellement, rordonnancer les diffrents paquets avant deffectuer le rassemblage.La commutation de paquets

Principe de commutation de paquet

Ce mode de transfert optimise lutilisation des ressources, les paquets de diffrentes sources sont multiplexs sur un mme circuit. Cependant, chaque paquet doit contenir les informations ncessaires son acheminement ou un label identifiant le flux (multiplexage par tiquette). La ressource offerte est banalise et non attribue une communication particulire comme dans la commutation de circuits

le multiplexage des sources dans le rseauLa commutation de paquets et le multiplexage par tiquette sont des techniques similaires.Elles se diffrencient essentiellement par le fait que lune admet des units de donnes de taille variable (commutation de paquets), lautre des units de donnes de taille fixe (multiplexage par tiquette). Le multiplexage par tiquette est aussi nomm commutation de cellules. Cette dernire technique est utilise par le protocole ATM

PerformanceSupposons que dans le rseau illustr par la figure, tous les paquets dun mme message empruntent la mme route. En admettant que le temps de transfert sur le support et que le temps de traitement soient nuls, seul le temps dmission des paquets sur le support intervient pour dterminer les performances.

performance dun rseau commutation de paquetsLe message de longueur L (en bits) est dcoup en p paquets mis sur les diffrents supports un mme dbit de D bit/s. linstant t0, le paquet 1 est mis sur le lien 1. Ce paquet est reu par le noeud 1 t0 + tp o tp est le temps de transmission dun paquet. En admettant que le temps de traitement dans le noeud soit nul, le paquet est rmis immdiatement sur le noeud 2, pendant que le paquet 2 est mis sur le lien 1...Si N est le nombre de noeuds, le paquet 1 arrive destination :

(N + 1)tpSi p est le nombre de paquets, le dernier paquet est mis :(p 1)tpLe dernier paquet arrive (ce qui correspond la fin du transfert) :(p 1)tp + (N + 1)tpSoit encore,tp(p + N)En posant tp = L/pD, on obtient le temps de traverse du rseau (Tp) :T p = (L/pD)(p + N)Ou encoreT p = L/D(1 + N/p)Cependant, cette formule ne prend pas en compte les donnes protocolaires (H) quil convient dajouter chaque paquet, do

La courbe de la figure suivante traduit graphiquement ce rsultat. Les valeurs sont exprimes par rapport la commutation de messages (p = 1 et N > 0), en formulant les hypothses suivantes :L = 1 500 octets, N = 5.

Evolution du temps de transit en fonction du nombre de paquets.Discussion Le temps de transit dans le rseau est dautant plus faible que le facteur N est petit. Ce qui conduit rechercher des routes qui minimisent le nombre de noeuds traverss (algorithmes de routage) et augmenter le maillage du rseau (augmentation de la probabilit de trouver une route plus directe). Linfluence de la taille de len-tte de service est non ngligeable, la figure compare les performances en fonction dun en-tte ATM (5 octets), IPV4 (20 octets) et IPV6 (40 octets).Cette approche conduit dfinir un rapport optimal entre la charge utile du bloc de donnes et les donnes de services.

Notons quen cas derreur, en commutation de messages, le message est intgralement retransmis, en commutation de paquets seul le paquet erron ou, si on utilise un mcanisme danticipation tous les paquets depuis le paquet erron dans la fentre sont retransmis.

Notions de trafic

Dfinition de l'intensit du traficL'intensit du trafic (usuellement appel trafic) d'un organe de tlcommunications [ligne d'abonn, jonctions, rcepteur de signalisation, ...] est dfinie comme le rapport entre la dure d'occupation et la dure d'observation.L'unit de trafic est l'erlang (E) [mathmaticien danois A.K. Erlang]. - Par exemple une ligne d'abonn occupe 1 temps T1 (de manire continue ou discontinue) pendant une dure T2 coule un trafic:A = T1/T2 E. Le trafic maximum est videmment = 1E pour une ligne.Considrons un exemple de N lignes entre 2 commutateurs et une dure d'observation T. Si ti= somme des temps pendant lesquels i parmi les N lignes sont occupes simultanment, on a :

ti/T est la proportion de temps pendant lequel i lignes sont occupes simultanment; on dduit de (3) un second concept de l'intensit du trafic.L'intensit du trafic est le nombre moyen d'quipements occups simultanment pendant la dure d'observation.Si la priode d'observation T est suffisamment longue pour qu'on puisse ngliger l'effet des appels en cours au dbut ou la fin de la priode T, si h est la dure moyenne d'occupation d'un appel et si est le nombre moyen d'appels par unit de temps, on a:A = .hOn a dduit en 3me concept (formule de Little): l'intensit du trafic est approximativement gale au nombre moyen d'appels pendant une priode gale la dure moyenne d'occupation d'un appel.Trafics coul et offertLes concepts ci-dessus s'appliquent au trafic coul ["carried traffic" : Ac].Le trafic offert Ao serait le trafic coul mesur si le nombre de serveurs tait infini.Exemple:- trafic offert (b) = 1,94 E (n>= 5 circuits)- trafic coul (c) = 1,73 E (n = 4 circuits)

On dfinit aussi le trafic offert = nombre moyen de tentatives d'appels pendant une priode gale la dure moyenne d'occupation d'un appel (sous-entendu russi).Une tentative d'appel peut tre russie ["successfull"] (au plan technique) c'est--dire que le rseau a russi mettre l'appelant en liaison avec l'appel ( la connexion de bout en bout est techniquement tablie); elle est considre comme efficace ("effective") si elle donne lieu taxation (taxation de la dure de conversation !).On a ainsi la rpartition globale suivante :- tentative d'appel - appel non-russi (ex : dfaillance, blocage) - appel russi (1) appel avec rponse ("answer") (2) appel sans rponse ("no answer") (3) appel avec occupation ("busy")(1) est efficace ; (2) et (3) ne sont pas efficaces (sauf si on taxe la tentative d'appel ....).- trafic perdu ("lost") : AL = Ao - Ac.

Ordres de grandeur des trafics offerts pour diffrents types de demandeLa plupart des trafics sont exprims en bidirectionnel : il s'agit dans ce cas de la somme des trafics dpart et arrive. C'est ce qu'on observe pratiquement sur une ligne d'abonn, bidirectionnelle par nature, l'abonn tant tantt la partie appelante (trafic de dpart: "originating"), tantt la partie appele (trafic l'arrive : "terminating").- ligne d'abonn rsidentiel : O,04 O,06 E (bid.)- ligne professionnelle : O,1 O,2 E (bid.)- jonction vers PABX: 0,7 E (trafic unidirectionnel l'arrive sur le PABX).- poste mobile (GSM) = 0,03 E (bid.)- capacit en traffic dune cellule GSM : x E/mLes diffrents types d'appel / de flux de trafic

Fonctionnalits- Un commutateur local ne fait pas les appels transit.- Un commutateur de transit ne fait que les appels transit- Un commutateur combin ou universel fait tous les types d'appels.