CS-534    Packet Switch Architecture


COURSE CONTENT   (Spring 2000):

Point-to-point links versus shared media.
Serial links, parallel links, throughput calculation.
Circuit switching: time-division multiplexing, time/space switching,
    add-drop multiplexors, inverse multiplexing, introduction to
    multi-stage fabrics.
Packet switching - basic concepts: throughput on-demand, output
    contention, internal blocking, head-of-line blocking, buffering,
    cut-through versus store-and-forward, partitioned versus shared
    link capacity, statistical multiplexing, scheduling, flow control.
Switch generations: datapath, control; 1st & 2nd generation switches
    (processor, bus, memory, I/O cards); third generation switches.
Buffer memory architectures: wide, interleaved, pipelined memory;
    single-queue versus multi-queue buffers, partitioned versus
    shared space, fixed-size versus variable-size packet queues.
Queueing architectures: crosspoint/output queueing, knock-out, shared
    buffering; input queueing, input buffering, internal speed-up;
    performance; scheduling for input buffered switches.
Switching fabric architectures: crossbars, multi-stage networks;
    hypercube, banyans, fat trees; strictly or rearrangeably
    non-blocking fabrics, static and adaptive routing, multi-path
    fabrics; sorting networks, deflection routing, recirculation;
    bufferless versus buffered fabrics.
Flow control: static/dynamic, lossy/lossless, implicit/explicit,
    end-to-end/hop-by-hop, rate/credit, indiscriminate/per-flow;
    wormhole routing, QFC; switching fabrics w. internal backpressure.
Routing table lookup and flow classification hardware.
Scheduling for QoS: fairness, per-flow queueing, fast weighted
    round-robin schedulers.


Εισαγωγικό Σημείωμα - Αρχιτεκτονική Μεταγωγέων Πακέτων

Το μάθημα αυτό βρίσκεται ανάμεσα στο "hardware" και στα "δίκτυα".
Ασχολείται με την αρχιτεκτονική των μεταγωγέων (switches) και
δρομολογητών (routers) πακέτων, των δομικών λίθων δηλαδή από τους
οποίους κατασκευάζονται τα σημερινά δίκτυα υψηλής ταχύτητας.
Ένα σημαντικό μέρος του μαθήματος έχει μιάν αναλογία προς την
"αρχιτεκτονική υπολογιστικών συστημάτων" (ΗΥ-425): εξετάζει την
οργάνωση των ψηφιακών κυκλωμάτων που υλοποιούν τους μεταγωγείς,
την αλληλεπίδραση των κυκλωμάτων αυτών με το λογισμικό και με τα
μηνύματα που δρομολογούν, τις εναλλακτικές αρχιτεκτονικές και το
κόστος και την επίδοση καθεμιάς.  Ένα άλλο σημαντικό μέρος του
μαθήματος εξετάζει θέματα τοπολογίας του δικτύου διασύνδεσης.
Το μάθημα μελετά με όσο το δυνατόν πιό ενιαίο τρόπο τη δομή των
ενεργών στοιχείων των δικτύων SAN, LAN, MAN, WAN, του Internet,
των δικτύων ψηφιακής τηλεφωνίας, και των δικτύων διασύνδεσης
πολυεπεξεργαστών, αναδεικνύοντας την κοινή βάση πίσω απ' όλες
αυτές τις φαινομενικά ανόμοιες τεχνολογίες επικοινωνίας.
Μελετώνται πάντως μόνον τα δίκτυα που αποτελούνται από συνδέσμους
σημείου-προς-σημείο, μίας κατεύθυνσης (unidirectional, point-to-point
links), και όχι δίκτυα κοινόχρηστου μέσου (shared medium).

-----------------------------------------------------------------------

WEB SITE:
    * http://archvlsi.ics.forth.gr/~kateveni/534
MAILING LIST:
    * hy534-list@csd.uoc.gr
INSTRUCTORS:
    * Manolis Katevenis, http://archvlsi.ics.forth.gr/~kateveni
    * George Stamoulis, gstamoul@ics.forth.gr
TEACHING ASSISTANT:
    * Aristides Nikologiannis, anikol@ics.forth.gr
SCHEDULE:
    * Lectures: Tuesdays and Thursdays, 15:15 - 17:00, Room: Lamda-206
    * Frontistirio: Mondays, 15:15 - 17:00, Room: Lamda-206

PREREQUISITES:
    * CS-225 "Computer Organization"
    * CS-335 "Computer Networks"
    * useful background: CS-425 (computer architecture), CS-422 (VLSI)
CREDIT UNITS:
    * four (4).
THEMATIC AREAS:
    * A "Computer Architecture and Digital Systems"
    * B "Computer Networks and Digital Communications"
    * C "Parallel and Distributed Systems"
FREQUENCY:
    * Normally offered once every 2 years, preferably in fall semester.

GRADING:
    * 15 % from the exercises;
    * 15 % from the presentations of a couple of papers;
    * 20 % from the midterm exam;
    * 50 % from the final exam.

BIBLIOGRAPHY:
    * S. Keshav: "An Engineering Approach to Computer Networking",
        Addison Wesley, 1997, ISBN 0-201-63442-2.
    * IEEE/ACM Transactions on Networking,
    * IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC),
    * IEEE Transactions on Communications,
    * Magazines: IEEE Communications, IEEE Network.
    * Conferences: ACM SIGCOMM, IEEE INFOCOM, IEEE GLOBECOM.