E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
1
EE 586 Communication andSwitching Networks
Lecture 3
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Chapter 1: introduction
our goal:
get feel andterminology
more depth, detaillater in course
approach:
use Internet asexample
overview:
history
whats the Internet?
whats a protocol?
network edge; hosts, access net,physical media
network core: packet/circuitswitching, Internet structure
performance: loss, delay,throughput
security
protocol layers, service models
underline_base
1-2
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
underline_base
example:
1 Mb/s link
each user:
100 kb/s when active
active 10% of time
circuit-switching:
10 users
packet switching:
with 35 users, probability >10 active at same time is lessthan .0004
packet switching allows more users to use network!
N
users
1 Mbps link
Q: how did we get value 0.0004?
Q: why 35?
Q:  what happens if > 35?
…..
desktop_computer_stylized_medium
desktop_computer_stylized_medium
1-3
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
Packet switching versus circuit switching
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Quantitative analysis
Assumptions:
Independent users with identical behavior
Each transmission is independent from previous
Define
𝑝= probability of sending a packet
𝑛= total number of users
𝑘= number of active users
Find the probability of no collision

Prob(1 active user) 

Prob(2 active user)
…
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-4
underline_base
Binomial
Distribution
= Prob(𝑘≤10)
=    𝑛 1  (1−𝑝) 𝑛−1 𝑝
=    𝑛 2  (1−𝑝) 𝑛−2  𝑝 2
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Plot Prob(k  T) for different T
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-5
underline_base
Y-axis:
𝑃 𝑘≤𝑇 =
 𝑖=0 𝑇    𝑛 𝑖  (1−𝑝) 𝑛−𝑖   𝑝 𝑖 
Think about this as the percentage of time when the link has no more than T active users.
with 35 users,probability > 10 activeat same time is lessthan .0004
The more oversubscribed, theless often that your link will beidle with few users.
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Also great for bursty data
resource sharing
simpler, no call setup
excessive congestion possible: packet delay and loss
protocols needed for reliable data transfer, congestioncontrol
Q: How to provide circuit-like behavior?
bandwidth guarantees needed for audio/video apps
still an unsolved problem (chapter 7)
Is packet switching a slam dunk winner?
underline_base
Packet switching versus circuit switching
1-6
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
End systems connect to Internet via access ISPs (InternetService Providers)
Residential, company and university ISPs
Access ISPs in turn must be interconnected.
So that any two hosts can send packets to each other
Resulting network of networks is very complex
Evolution was driven by economics and national policies
Lets take a stepwise approach to describe current Internetstructure
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-7
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
Question: given millions of access ISPs, how to connect themtogether?
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-8
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
Option: connect each access ISP to every other access ISP?
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
connecting each access ISPto each other directly doesntscale: O(N2) connections.
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-9
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
Option: connect each access ISP to a global transit ISP? Customerand provider ISPs have economic agreement.
globalISP
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-10
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
But if one global ISP is viable business, there will be competitors….
ISP B
ISP A
ISP C
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-11
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
But if one global ISP is viable business, there will be competitors….  which must be interconnected
ISP B
ISP A
ISP C
IXP
IXP
peering link
Internet exchange point
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-12
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
… and regional networks may arise to connect access nets toISPS
ISP B
ISP A
ISP C
IXP
IXP
regional net
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-13
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Internet structure: network of networks
underline_base
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
access
net
… and content provider networks  (e.g., Google, Microsoft,Akamai ) may run their own network, to bring services, contentclose to end users
ISP B
ISP A
ISP B
IXP
IXP
regional net
Content provider network
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
1-14
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
underline_base
Real Internet routes
what do real Internet route look like?
traceroute program: provides delaymeasurement from source to router along end-end Internet path towards destination.  For all i:
sends three packets that will reach router i on pathtowards destination
router i will return packets to sender
sender times interval between transmission and reply.
3 probes
3 probes
3 probes
desktop_computer_stylized_medium
desktop_computer_stylized_medium
1-15
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)
E l e c t r i c a l    &   C o m p u t e r
Department of
Electrical & Computer Engineering
Real Internet routes
1  cs-gw (128.119.240.254)  1 ms  1 ms  2 ms
2  border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145)  1 ms  1 ms  2 ms
3  cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130)  6 ms 5 ms 5 ms
4  jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129)  16 ms 11 ms 13 ms
5  jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136)  21 ms 18 ms 18 ms
6  abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9)  22 ms  18 ms  22 ms
7  nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46)  22 ms  22 ms  22 ms
8  62.40.103.253 (62.40.103.253)  104 ms 109 ms 106 ms
9  de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129)  109 ms 102 ms 104 ms
10  de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50)  113 ms 121 ms 114 ms
11  renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54)  112 ms  114 ms  112 ms
12  nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13)  111 ms  114 ms  116 ms
13  nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102)  123 ms  125 ms  124 ms
14  r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110)  126 ms  126 ms  124 ms
15  eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54)  135 ms  128 ms  133 ms
16  194.214.211.25 (194.214.211.25)  126 ms  128 ms  126 ms
17  * * *
18  * * *
19  fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142)  132 ms  128 ms  136 ms
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
* means no response (probe lost, router not replying)
trans-oceanic
link
underline_base
1-16
3 delay measurements from
gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
(modified by Cheung for EE586; based on K&R original)