El documento describe dos técnicas principales de conmutación en telecomunicaciones: conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. La conmutación de circuitos establece un canal dedicado entre dos estaciones durante una sesión, mientras que la conmutación de paquetes envía la información en paquetes individuales que pueden tomar rutas diferentes a su destino. Cada técnica tiene ventajas e inconvenientes dependiendo del tipo de tráfico a transmitir.

1. Conmutación de Circuitos & paquetes TELECOMUNICACIONES

2. RESUMEN DEFINICIONES

3. Conmutación de circuitos (circuitswitching)La conmutación de circuitos es un tipo de comunicación que establece o crea un canal dedicado (o circuito) durante la duración de una sesión. Después de que es terminada la sesión (e.g. una llamada telefónica) se libera el canal y éste podrá ser usado por otro par de usuarios. El ejemplo más típico de este tipo de redes es el sistema telefónico la cual enlaza segmentos de cable para crear un circuito o trayectoria única durante la duración de una llamada o sesión. Los sistemas de conmutación de circuItosson ideales para comunicaciones que requieren que los datos/información sean transmitidos en tiempo real. Conmutación de paquetes (packetswitching)En los sistemas basados en conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es ensamblada en paquetes. Cada paquete es entonces transmitido individualmente y éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-ensamblados.

4. Mientras que la conmutación de circuitos asigna un canal único para cada sesión, en los sistemas de conmutación de paquetes el canal es compartido por muchos usuarios simúltaneamente. La mayoría de los protocolos de WAN tales como TCP/IP, X.25, FrameRelay, ATM, son basados en conmutación de paquetes. La conmutación de paquetes es más eficiente y robusto para datos que pueden ser enviados con retardo en la transmisión (no en tiempo real), tales como el correo electrónico, paginas web, archivos, etc.

5. En el caso de aplicaciones como voz, video o audio la conmutación de paquetes no es muy recomendable a menos que se garantize un ancho de banda adecuado para enviar la información. Pero el canal que se establece no garantiza esto, debido a que puede existir tráfico y nodos caídos durante el recorrido de los paquetes. Estos son factores que ocasionen que los paquetes tomen rutas distintas para llegar a su destino. Por eso se dice que la ruta que toman los paquetes es "probabilística", mientras que en la conmutación de circuitos, esta ruta es "determinística". Existen dos vertientes en la conmutación de paquetes:» Virtual CircuitPacketSwitching (e.g. X.25, FrameRelay)» DatagramSwitching (e.g. Internet)

6. En general puede decirse que ambas técnicas de conmutación pueden emplearse bajos los siguientes criterios: Conmutación de circuitos:Tráfico constante Retardos fijos Sistemas orientados a conexión Sensitivos a pérdidas de la conexión Orientados a voz u otras aplicaciones en tiempo real Conmutación de paquetes:Tráfico en ráfagas Retardos variables Orientados a no conexión (pero no es una regla) Sensitivos a pérdida de datos Orientados a aplicaciones de datos

7. Conmutación de Circuitos

8. Conmutación de Circuitos La conmutación de circuitos se usa en redes telefónicas públicas. La técnica de conmutación de circuitos se desarrolló para tráfico de voz aunque también puede gestionar tráfico datos de forma no muy eficiente. 8

9. En la conmutación de circuitos se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones, en donde, se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso exclusivo en el circuito durante la conexión. 9

10. La transmisión es transparente, ya que, una vez establecida la conexión es como si estuviesen directamente conectados los dispositivos 10

11. Introducción El servicio telefónico básico permite la comunicación de voz entre dos puntos situados en cualquier punto de la red telefónica nacional o internacional. Este servicio apareció originalmente para transmisión de voz, actualmente hace posible también la transmisión de datos, como un servicio de valor añadido. 11

12. ¿Cómo funciona? En la conmutación de circuitos se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones, en donde, se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso exclusivo en el circuito durante la conexión. 12

13. Multiplexado El ancho de banda disponible se multiplexa(TDM, FDM). Ancho de Banda disponible se divide entre el número de usuarios: ineficiente con baja carga. 13

15. Las líneas de telégrafo solo podía enviar un mensaje a la vez.

16. No servía para mensajes urgentes.14

17. Un poco de historia Debido a estos problemas y con la finalidad de aumentar el ancho de banda de las líneas telegráficas, Alexander Graham Bell, consigue el ancho de banda suficiente para pasar el espectro de voz humana. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 15

18. Un poco de historia Así aparecen los primeros teléfonos que permitían la comunicación punto a punto. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 16

19. Un poco de historia Esto se convierte en un problema cuando todos quieren tener un teléfono. N*(N-1)/2 Para N = 4 necesitamos 6 enlaces. Para N = 100 necesitamos 4950 enlaces. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 17

20. Conmutación de Circuitos La solución al enorme incremento de enlaces de comunicación fue la aparición de las centrales locales, que usaban un panel de conmutación. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 18

21. Conmutación de Circuitos Es aplicado a la telefonía, opera a nivel físico de OSI. B A TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 19

22. Conmutación de Circuitos Es aplicado a la telefonía, opera a nivel físico de OSI. B A TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 20

23. Centrales de Conmutación Central paso a paso Central manual TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 21

24. Conmutación de Circuitos Ventajas: La transmisión se realiza en tiempo real, siendo adecuado para comunicación de voz y video. Acaparamiento de recursos. Los nodos que intervienen en la comunicación disponen en exclusiva del circuito establecido mientras dura la sesión. No hay contención. Una vez que se ha establecido el circuito las partes pueden comunicarse a la máxima velocidad que permita el medio, sin compartir el ancho de banda ni el tiempo de uso. El circuito es fijo. Dado que se dedica un circuito físico específicamente para esa sesión de comunicación, una vez establecido el circuito no hay pérdidas de tiempo calculando y tomando decisiones de encaminamiento en los nodos intermedios. Cada nodo intermedio tiene una sola ruta para los paquetes entrantes y salientes que pertenecen a una sesión específica. Simplicidad en la gestión de los nodos intermedios. Una vez que se ha establecido el circuito físico, no hay que tomar más decisiones para encaminar los datos entre el origen y el destino. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 22

25. Desventajas Retraso en el inicio de la comunicación. Se necesita un tiempo para realizar la conexión, lo que conlleva un retraso en la transmisión de la información. Acaparamiento (bloqueo) de recursos. No se aprovecha el circuito en los instantes de tiempo en que no hay transmisión entre las partes. Se desperdicia ancho de banda mientras las partes no están comunicándose. El circuito es fijo. No se reajusta la ruta de comunicación, adaptándola en cada posible instante al camino de menor costo entre los nodos. Una vez que se ha establecido el circuito, no se aprovechan los posibles caminos alternativos con menor coste que puedan surgir durante la sesión. Poco tolerante a fallos. Si un nodo intermedio falla, todo el circuito se viene abajo. Hay que volver a establecer conexiones desde el principio. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 23

26. Conmutación de Circuitos Diversos aspectos importantes de las redes de conmutación de circuitos han cambiado de forma drástica con el incremento de la complejidad y digitalización de las redes de telecomunicaciones públicas, haciendo que las técnicas de encaminamiento jerárquico hayan sido reemplazadas por otros no jerárquicas, más flexibles y potentes, que permiten mayor eficiencia y flexibilidad TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 24

28. Transferencia de datos

29. Cierre del circuitoTELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 25

30. Establecimiento del circuito Cuando un usuario quiere obtener servicios de red para establecer una comunicación se deberá establecer un circuito entre la estación de origen y la de destino. En esta etapa dependiendo de la tecnología utilizada se pueden establecer la capacidad del canal y el tipo de servicio. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 26

31. Transferencia de datos Una vez que se ha establecido un circuito puede comenzar la transmisión de información. Dependiendo del tipo de redes y del tipo de servicio la transmisión será digital o analógica y el sentido de la misma será unidireccional o full dúplex. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 27

32. Cierre del Circuito Una vez que se ha transmitido todos los datos, una de las estaciones comienza la terminación de la sesión y la desconexión del circuito. Una vez liberado los recursos utilizados por el circuito pueden ser usados por otra comunicación. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 28

33. Elementos de la Conmutación de Circuitos TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 29

35. 6 a 7 km. de distancia (usuario a la central)

36. Gran cantidad de cableado

37. Red que transporta poco tráfico

38. 2 hilosTELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 30

40. Buena calidad

41. Alto tráfico

42. 4 hilosTELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 31

43. Central telefónica de conmutación Es el nodo que establece, mantiene y termina las conexiones (llamadas) entre 2 usuarios. Se encarga de la señalización así como de facilitar la información sobre su progreso. Utilizan conceptos de conmutación a nivel físico del modelo OSI para encaminar adecuadamente las llamadas. Utilizan técnicas de multiplexación para enviar varias conversaciones a través de las troncales. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 32

44. Conmutación de Mensajes

46. Datos del usuario. Depositados por el interesado.

47. Caracteres SYN. (Caracteres de Sincronía).

48. Campos de dirección. Indican el destinatario de la información.

49. Caracteres de control de comunicación.

50. Caracteres de control de errores. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 34

51. Además de los campos citados, el mensaje puede contener una cabecera que ayuda a la identificación de sus parámetros (dirección de destino, enviante, canal a usar, etc.). TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 35

52. La conmutación de mensajes se basa en el envío de mensaje que el terminal emisor desea transmitir al terminal receptor aun nodo o centro de conmutación en el que el mensaje es almacenado y posteriormente enviado al terminal receptor o a otro nodo de conmutación intermedio, si es necesario. Este tipo de conmutación siempre conlleva el almacenamiento y posterior envío del mensaje lo que origina que sea imposible transmitir el mensaje al nodo siguiente hasta la completa recepción del mismo en el nodo precedente. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 36

53. El tipo de funcionamiento hace necesaria las existencias de memorias de masas intermedias en los nodos de conmutación para almacenar la información hasta que ésta sea transferida al siguiente nodo. Así mismo se incorpora los medios necesarios para la detección de mensajes erróneos y para solicitar la repetición de los mismos al nodo precedente. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 37

54. Esquema de la Conmutación de Mensajes TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 38

55. Uso principal Este método era el usado por los sistemas telegráficos, siendo el más antiguo que existe. Para transmitir un mensaje a un receptor, el emisor debe enviar primero el mensaje completo a un nodo intermedio el cual lo encola en la cola donde almacena los mensajes que le son enviados por otros nodos. Luego, cuando llega su turno, lo reenviará a otro y éste a otro y así las veces que sean necesarias antes de llegar al receptor. El mensaje deberá ser almacenado por completo y de forma temporal en el nodo intermedio antes de poder ser reenviado al siguiente, por lo que los nodos temporales deben tener una gran capacidad de almacenamiento. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 39

56. Ventajas Se multiplexan mensajes de varios procesos hacia un mismo destino, y viceversa, sin que los solicitantes deban esperar a que se libere el circuito El canal se libera mucho antes que en la conmutación de circuitos, lo que reduce el tiempo de espera necesario para que otro remitente envíe mensajes. No hay circuitos ocupados que estén inactivos. Mejor aprovechamiento del canal. Si hay error de comunicación se retransmite una menor cantidad de datos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 40

57. Desventajas Se añade información extra de encaminamiento (cabecera del mensaje) a la comunicación. Si esta información representa un porcentaje apreciable del tamaño del mensaje el rendimiento del canal (información útil/información transmitida) disminuye. Mayor complejidad en los nodos intermedios: Ahora necesitan inspeccionar la cabecera de cada mensaje para tomar decisiones de encaminamiento. También deben examinar los datos del mensaje para comprobar que se ha recibido sin errores. También necesitan disponer de memoria (discos duros) y capacidad de procesamiento para almacenar, verificar y retransmitir el mensaje completo. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 41

58. Conmutación de Paquetes

59. Topología de las redes de paquetes

60. Topología en bus Red cuya topología se caracteriza por tener un único canal de comunicaciones (denominado bus, troncal o backbone) al cual se conectan los diferentes dispositivos. De esta forma todos los dispositivos comparten el mismo canal para comunicarse entre sí. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 44

61. Ventajas y Desventajas del Bus Ventajas Facilidad de implementación y crecimiento. Simplicidad en la arquitectura. Desventajas Longitudes de canal limitadas. Un problema en el canal usualmente degrada toda la red. El desempeño se disminuye a medida que la red crece. El canal requiere ser correctamente cerrado (caminos cerrados). Altas pérdidas en la transmisión debido a colisiones entre mensajes. Es una red que ocupa mucho espacio. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 45

62. Topología en Anillo Topología de red en la que cada estación está conectada a la siguiente y la última está conectada a la primera. Cada estación tiene un receptor y un transmisor que hace la función de repetidor, pasando la señal a la siguiente estación. En este tipo de red la comunicación se da por el paso de un token o testigo, que se puede conceptualizar como un cartero que pasa recogiendo y entregando paquetes de información, de esta manera se evitan eventuales pérdidas de información debidas a colisiones. Cabe mencionar que si algún nodo de la red deja de funcionar, la comunicación en todo el anillo se pierde. En un anillo doble, dos anillos permiten que los datos se envíen en ambas direcciones. Esta configuración crea redundancia (tolerancia a fallos). 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 46

63. Topología en anillo 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 47

64. Ventajas y desventajas del anillo Ventajas Simplicidad de arquitectura. Facilidad de implementación y crecimiento. Desventajas Longitudes de canales limitadas. El canal usualmente degradará a medida que la red crece. Lentitud en la transferencia de datos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 48

65. Topología en estrella Una red en estrella es una red en la cual las estaciones están conectadas directamente a un punto central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a través de éste. Dado su transmisión, una red en estrella activa tiene un nodo central activo que normalmente tiene los medios para prevenir problemas relacionados con el eco. Se utiliza sobre todo para redes locales. La mayoría de las redes de área local que tienen un enrutador (router), un conmutador (switch) o un concentrador (hub) siguen esta topología. El nodo central en estas sería el enrutador, el conmutador o el concentrador, por el que pasan todos los paquetes. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 49

66. Topología en estrella 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 50

67. Ventajas y Desventajas de la topología en estrella Ventajas Tiene los medios para prevenir problemas. Si una PC se desconecta o se rompe el cable solo queda fuera de la red esa PC. Fácil de agregar, reconfigurar arquitectura PC. Fácil de prevenir daños o conflictos. Permite que todos los nodos se comuniquen entre sí de manera conveniente. El mantenimiento resulta mas económico y fácil que la topología bus Desventajas Si el nodo central falla, toda la red se desconecta. Es costosa, ya que requiere más cable que las topologías bus o anillo. El cable viaja por separado del hub a cada computadora 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 51

68. Topología en árbol Topología de red en la que los nodos están colocados en forma de árbol. Desde una visión topológica, la conexión en árbol es parecida a una serie de redes en estrella interconectadas salvo en que no tiene un nodo central. En cambio, tiene un nodo de enlace troncal, generalmente ocupado por un hub o switch, desde el que se ramifican los demás nodos. Es una variación de la red en bus, la falla de un nodo no implica interrupción en las comunicaciones. Se comparte el mismo canal de comunicaciones. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 52

69. Ventajas El Hub central al retransmitir las señales amplifica la potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal. Permite conectar mas dispositivos. Permite priorizar las comunicaciones de distintas computadoras. Se permite conectar más dispositivos gracias a la inclusión de concentradores secundarios. Permite priorizar y aislar las comunicaciones de distintas computadoras. Cableado punto a punto para segmentos individuales. Soportado por multitud de vendedores de software y de hardware. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 53

70. Desventajas Se requiere más cable. La medida de cada segmento viene determinada por el tipo de cable utilizado. Si se viene abajo el segmento principal todo el segmento se viene abajo con él. Es más difícil su configuración. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 54

71. Topología en árbol 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 55

72. Topología en Malla La topología en malla es una topología de red en la que cada nodo está conectado a todos los nodos. De esta manera es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos. Si la red de malla está completamente conectada, no puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias conexiones con todos los demás servidores. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 56

73. Topología en malla 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 57

74. Ventajas de la topología en malla Es posible llevar los mensajes de un nodo a otro por diferentes caminos. No puede existir absolutamente ninguna interrupción en las comunicaciones. Cada servidor tiene sus propias comunicaciones con todos los demás servidores. Si falla un cable el otro se hará cargo del trafico. No requiere un nodo o servidor central lo que reduce el mantenimiento. Si un nodo desaparece o falla no afecta en absoluto a los demás nodos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 58

75. Desventajas de la topología en malla Esta red es costosa de instalar ya que requiere de mucho cable. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 59

76. Datagramas y Circuitos Virtuales

77. Datagrama Un datagrama es un fragmento de paquete que es enviado con la suficiente información como para que la red pueda simplemente encaminar el fragmento hacia el Equipo Terminal de Datos (ETD) receptor, de manera independiente a los fragmentos restantes. Esto no garantiza que los paquetes lleguen en el orden adecuado o que todos lleguen a destino. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 61

78. Protocolos basados en datagramas: IPX, UDP, IPoAC, CL. Los datagramas tienen cabida en los servicios de red no orientados a la conexión (como por ejemplo UDP o Protocolo de Datagrama de Usuario). 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 62

79. Agrupación lógica de información que se envía como una unidad de capa de red a través de un medio de transmisión sin establecer con anterioridad un circuito virtual. Los datagramas IP son las unidades principales de información de Internet. Los términos trama, mensaje, paquete de red y segmento también se usan para describir las agrupaciones de información lógica en las diversas capas del modelo de referencia OSI y en los diversos círculos tecnológicos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 63

80. Como funciona El servicio de datagramas ofrece una conexión no estable entre una máquina y otra. Los paquetes de datos son simplemente enviados o difundidos (broadcasting) de una máquina a otra, sin considerar el orden en que estos llegan al destino, o si han llegado todos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 64

81. El uso de datagramas no incrementa tanto el trafico de la red como el uso de sesiones, aunque pueden echar abajo una red si se usan indebidamente . Los datagramas, por tanto, son empleados para enviar rápidamente sencillos bloques de datos a una o más máquinas. El servicio de datagramas comunica usando las primitivas simples mostradas en la siguiente tabla. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 65

82. Primitivas del servicio de Datagramas 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 66

83. Circuito Virtual Un circuito virtual (VC por sus siglas en inglés) es un sistema de comunicación por el cual los datos de un usuario origen pueden ser transmitidos a otro usuario destino a través de más de un circuito de comunicaciones real durante un cierto periodo de tiempo, pero en el que la conmutación es transparente para el usuario.Un ejemplo de protocolo de circuito virtual es el ampliamente utilizado TCP (Protocolo de Control de Transmisión). 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 67

84. Ventajas respecto a la conmutación de circuitos Eficiencia de la línea. Se comparten enlaces formando colas. Los enlaces entre nodos pueden usarse continuamente. Cada nodo se conecta a la red a su propia velocidad. Los paquetes son aceptados incluso cuando la red está ocupada. Técnicas de buffering o de colas. Se pueden utilizar prioridades (a mas prioridad, menos retardo). TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 68

85. Técnica de conmutación La estación divide los mensajes largos en varios paquetes. Tiene mucha importancia en cálculos de CIR etc. La estación los envía secuencialmente Los paquetes se tratan de dos maneras: Datagramas Circuitos Virtuales TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 69

86. Características de los Datagramas Cada paquete es tratado independientemente. Los paquetes pueden tomar cualquier ruta. Los paquetes pueden llegar desordenados. Algún paquete puede perderse. El nodo destino debe reordenar paquetes y solicitar paquetes perdidos (si la red ofrece servicio orientado a conexión). Se gestiona por colas. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 70

87. Características del Circuito Virtual Se establece una ruta fija antes de enviar cualquier paquete Paquetes de llamada y aceptación establecen la conexión. Cada paquete contiene un identificador de circuito virtual en vez de una dirección destino. No se toman decisiones de enrutado para cada paquete. En datagramas sí. Un paquete de liberación libera el camino. No son rutas dedicadas pues se siguen utilizando colas. La misma ruta la pueden establecer distintos Circuitos Virtuales. Puede haber varios circuitos virtuales entre un mismo origen y destino. Se gestiona por tablas. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 71

88. Comparación Datagramas - Circuitos Virtuales Circuitos Virtuales: La red proporciona secuenciamiento y control de errores. Los paquetes se reenvían mas rápidamente (no es necesario un procesamiento de rutas). Menos fiable (si un nodo falla, fallan todos los CV de ese nodo). Datagramas: No hay fase de establecimiento. Mas flexible. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 72

89. Ventajas Si hay error de comunicación se retransmite una cantidad de datos aun menor que en el caso de mensajes. En caso de error en un paquete solo se reenvía ese paquete, sin afectar a los demás que llegaron sin error. Comunicación interactiva. Al limitar el tamaño máximo del paquete, se asegura que ningún usuario pueda monopolizar una línea de transmisión durante mucho tiempo (microsegundos), por lo que las redes de conmutación de paquetes pueden manejar tráfico interactivo. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 73

90. Aumenta la flexibilidad y rentabilidad de la red. Se puede alterar sobre la marcha el camino seguido por una comunicación (p.ej. en caso de avería de uno o más enrutadores). Se pueden asignar prioridades a los paquetes de una determinada comunicación. Así, un nodo puede seleccionar de su cola de paquetes en espera de ser transmitidos aquellos que tienen mayor prioridad. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 74

91. Desventajas Mayor complejidad en los equipos de conmutación intermedios, que necesitan mayor velocidad y capacidad de cálculo para determinar la ruta adecuada en cada paquete. Duplicidad de paquetes. Si un paquete tarda demasiado en llegar a su destino, el host receptor(destino) no enviara el acuse de recibo al emisor, por el cual el host emisor al no recibir un acuse de recibo por parte del receptor este volvera a retransmitir los ultimos paquetes del cual no recibio el acuse, pudiendo haber redundancia de datos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 75

92. Si los cálculos de encaminamiento representan un porcentaje apreciable del tiempo de transmisión, el rendimiento del canal (información útil/información transmitida) disminuye. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 76

93. Estructura de Conmutadores

94. Conmutadores Los conmutadores son sofisticados dispositivos que, nos permiten reducir la saturación de nuestras redes, a base de "segmentar" las mismas, reduciendo el número de puestos o nodos conectados a cada segmento, y ampliando por tanto el ancho de banda disponible para cada uno de ellos. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 78

95. Los conmutadores (switches), son, en cierto modo, puentes multipuerto, aunque pueden llegar a tener funciones propias de encaminadores. Incrementan la capacidad total de tráfico de la red dividiéndola en segmentos mas pequeños, y filtrando el tráfico innecesario, bien automáticamente o bien en función de filtros definidos por el administrador de la red, haciéndola, en definitiva, más rápida y eficaz. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 79

96. Cuando un paquete es recibido por el conmutador, éste determina la dirección fuente y destinataria del mismo; si ambas pertenecen al mismo segmento, el paquete es descartado; si son direcciones de segmentos diferentes, el paquete es retransmitido (a no ser que los filtros definidos lo impidan). La diferencia fundamental, teóricamente, entre puentes y conmutadores, es que los puentes reciben el paquete completo antes de proceder a su envío al puerto destinatario, mientras que un conmutador puede iniciar su reenvío antes de haberlo recibido por completo; ello redunda, evidentemente, en una mejora de prestaciones. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 80

97. Características Los conmutadores ofrecen la posibilidad de realizar transferencias simultáneas entre diferentes pares de puertos, a la velocidad de la red. En cualquier caso, el número máximo de transferencias simultáneas que un conmutador puede realizar, es una de las características fundamentales para determinar sus prestaciones reales. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 81

98. Así, un conmutador de 24 puertos, puede simultanear 12 "conversaciones", y si estas son Ethernet (10Mbps), su capacidad total será de 120Mbps; en el caso de que la combinación de su hardware/software no permita dicha capacidad teórica, se produce su bloqueo interno, y por tanto, podríamos hablar de un conmutador defectuosamente diseñado. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 82

99. Funciones Determinar que el paquete ha sido recibido. Verificar que el paquete no contiene errores. Actualizar las estadísticas de recepción. Determinar si el paquete ha de sufrir bridging o routing. Determinar el destino del paquete. Ejecutar el algoritmo de bridging. Verificar las tablas y aprender las direcciones. Realizar el filtrado lógico. Seguridad: grupos de trabajo, bloqueo de direcciones, ... Ejecutar el algoritmo de routing. Buscar en las tablas de routing. Actualizar la cabecera MAC. Actualizar la cabecera IP. Verificar casos especiales. Spanning-Tree. ARP. RIP. TCP/Telnet. SNMP. ICMP PING. Guiar el paquete hacia la interfaz de transmisión apropiada. Proporcionar los buffers "limpios" a la interfaz de recepción. Actualizar las estadísticas de transmisión. Determinar cuando ha sido completada la transmisión. Verificar que no hay errores. Actualizar las estadísticas de errores. Reclamar los buffers de transmisión. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 83

100. Conmutación de Paquetes

101. Funciones Cada nodo intermedio realiza las siguientes funciones: Almacenamiento y retransmisión (store and forward): hace referencia al proceso de establecer un camino lógico de forma indirecta haciendo "saltar" la información de origen al destino a través de los nodos intermedios. Control de ruta (routing): hace referencia a la selección de un nodo del camino por el que deben retransmitirse los paquetes para hacerlos llegar a su destino. Los paquetes en fin, toman diversas vías, pero nadie puede garantizar que todos los paquetes vayan a llegar en algún momento determinado. En síntesis, una red de conmutación de paquetes consiste en una "malla" de interconexiones facilitadas por los servicios de telecomunicaciones, a través de la cual los paquetes viajan desde la fuente hasta el destino. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 85

102. Conmutación de Paquetes La conmutación de paquetes es una técnica de conmutación que nos sirve para hacer un uso eficiente de los enlaces físicos en una red de computadoras. Un paquete es un grupo de información que consta de dos partes: los datos propiamente dichos y la información de control, en la que está especificado la ruta a seguir a lo largo de la red hasta el destino del paquete. Mil octetos es el límite de longitud superior de los paquetes, y si la longitud es mayor el mensaje se fragmenta en otros paquetes. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 86

103. Conmutación de Paquetes TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 87

105. Si los mensajes son mas grandes, se dividen en varios paquetes.

106. Cada paquete contiene información de datos mas información de controlTELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 88

107. Conmutación de paquetes La información de control contiene como mínimo información para enviar el paquete y alcanzar el destino. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 89

108. ENCAMINAMIENTO EN REDES DE PAQUETES

109. Encaminamiento Búsqueda de un camino a través de los nodos de la red hacia el destino. Habilidad para enviar paquetes en caso de fallos y sobrecargas. Por ejemplo la siguiente imagen, los números encima de cada enlace indican su coste. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 91

110. Esquema de una red de conmutación de paquetes TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 92

111. Diversas estrategias de encaminamiento Encaminamiento fijo: Es necesario conocer la topología de red Utiliza el algoritmo de Dijkstra. Fácil, rápido, posibilidad de poner nodos alternativos para ser mas seguros. Tablas de enrutamiento fijo. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 93

112. Encaminamiento por inundación Se prueban todos los caminos: robustez. Un paquete habrá usado el camino de menor distancia: Prioridades y establecimiento de circuito virtual. Todos los nodos son visitados (propaga información de encaminamiento) Mucho tráfico. No es necesario conocer la topología de la red. Para evitar retransmisiones, que cada nodo recuerde el “id” del paquete, o incluir un contador de saltos (TTL en IP). TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 94

113. Encaminamiento aleatorio Se selecciona aleatoriamente una cola de salida para el paquete. No es necesario conocer la topología de red. Robusto, pero con gran retardo, poco seguro (seguridad de datos, espías) y poco utilizado. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 95

114. Encaminamiento adaptativo El encaminamiento se adapta en función de determinada información disponible en el nodo (habitualmente fallos y congestiones) Suele usar el retardo como criterio de prestaciones y lo mide el propio nodo Empezó a usarse en ARPANET de segunda generación. El retardo promedio se mide en cada línea de salida cada 10 seg. Si se mide un cambio significativo en el retardo, se envía la información a los demás nodos mediante inundaciones. Cada nodo mantiene una estimación del retardo de cada enlace de la red, con la nueva información se actualiza la tabla de encaminamiento mediante el algoritmo de Dijkstra. Mayor coste de procesamiento. Es el mas usado, retrasa la aparición de congestiones TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 96

115. Transmisión contínua, Ventana de transmisión Característica de algunos protocolos de conmutación de paquetes (X.25). En otros protocolos a veces se imita poniendo números de secuencia en los campos de datos. Será necesario para aprovechar la característica, tener un sistema de numeración de tramas (FrameRelay, X25, etc). TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 97

116. Se trata de que el asentimiento de un paquete (desde que sale el último bit del paquete hasta que llega el asentimiento) tarde menos que el envío de toda una secuencia de tramas numeradas (o de una parte de la misma). Así se aprovecha siempre el canal y se puede realizar envío contínuo. Ventana de transmisión: Wt= 1 + TAS/RI TAS = Tiempo transcurrido desde que se envía el ultimo bit de una trama hasta que se recibe el último bit del asentimiento. RI = Retardo de transmisión de una trama. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 98

117. Fragmentación y ensamblado MTU, Maximum Transfer Unit (unidad de transferencia máxima). Es el tamaño máximo de paquete que se puede dar en una capa de la arquitectura de protocolos (generalmente la capa de enlace de datos) TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 99

118. Por tanto si algún paquete que viene de una red con un tamaño mayor que la MTU de la red actual, el Gateway entre la primera y la segunda red debe adaptar el tamaño de dicho paquete a la MTU de la red actual mediante una fragmentación. TELECOMUNICACIONES 22 de agosto de 2011 100

119. Gestión de Trafico

120. Principios de gestión de tráfico Mantener todos los circuitos ocupados con llamadas exitosas. Utilizar todos los circuitos disponibles. Dar prioridad a aquellas llamadas que para su conexión requieren el mínimo número de circuitos o enlaces cuando todos los circuitos disponibles están ocupados. Inhibir congestión central y evitar que se difunda. Basado en estos principios, el departamento de gestión de red del operador telefónico desarrolla planes y estrategias para controlar y manejar el tráfico telefónico. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 102

121. Control de Congestión

122. Caudal de una red El caudal depende del tipo de red y tiene un valor nominal máximo, que no podremos superar en ningún caso. Pero además, la red no ofrece el mismo caudal real si se le ofrece poco tráfico o si se le ofrece mucho. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 104

123. Caudal en función del tráfico ofrecido 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 105

124. La curva 1 representa el comportamiento ideal de la red: hay linealidad hasta llegar a la capacidad nominal de la red, momento en el que el tráfico cursado se satura. La curva 2 siguiente representa el comportamiento real típico de una red. Como puede observarse, al llegar a la zona de saturación, cuanto más tráfico se ofrece menos tráfico se cursa. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 106

125. Esto es debido, por ejemplo, a que los paquetes tardarán mucho tiempo en llegar a su destino, y mientras tanto serán retransmitidos por la fuente, pensando que se han perdido por el camino. Esto, a su vez, origina una explosión de tráfico, ya que cada paquete es retransmitido varias veces, hasta que consigue llegar a tiempo al destino.Para evitar esa degradación, se introduce el control de congestión que trata de aproximar el comportamiento de la red al dado por la curva 3, evitando así entrar en una zona de degradación. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 107

126. Grafica 2 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 108

127. Causas de la congestión Memoria insuficiente de los conmutadores Insuficiente CPU en los nodos. Puede que el nodo sea incapaz de procesar toda la información que le llega, con lo que hará que se saturen las colas. 22 de agosto de 2011 TELECOMUNICACIONES 109