Comun. de Datos - Instituto Tecnólogico de La Laguna

Hernández
Unidad VII
Comunicación de datos
UNIDAD VII
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS Y DE PAQUETES.
7.1 Introducción.
En las redes conmutadas de área amplia (WAN) se emplean dos tecnologías diferentes:
conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Estas dos tecnologías difieren en la
forma en que los nodos conmutan la información entre enlaces en el camino desde el origen hasta
el destino.
• La conmutación de circuitos se usa en redes telefónicas públicas y es la base de redes privadas
implementadas con líneas alquiladas y que utilizan conmutadores de circuitos in-situd. La
técnica de conmutación de circuitos se desarrolló para tráfico de voz aunque también puede
gestionar tráfico de datos, si bien su uso en este último tipo de aplicaciones resulta en
ocasiones ineficiente.
En la conmutación de circuitos se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos
estaciones. Se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso
exclusivo en el circuito durante la conexión. Ésta es transparente: una vez establecida parece
como si los dispositivos estuviesen directamente conectados.
Diversos aspectos importantes de las redes de conmutación de circuitos han cambiado de
forma drástica como el incremento de la complejidad y digitalización de las redes de
telecomunicaciones públicas. Así, esquemas simples de enrutamiento jerárquico han sido
remplazados por otros no jerárquicos más flexibles y potentes.
Esto evidencia el cambio adoptado por la arquitectura subyacente, lo cual permite un
incremento en la eficiencia y en la flexibilidad. Los métodos de señalización de control
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intracanal se han remplazado por técnicas de señalización por un canal común más complejo
y de mayor velocidad.
• La técnica de conmutación de paquetes se diseñó para ofrecer un servicio más eficiente que el
proporcionado por la conmutación de circuitos. En la conmutación de paquetes, una estación
realiza la transmisión de los datos en base a pequeños bloques llamados paquetes, cada uno
de los cuales contiene una parte de los datos del usuario además de información de control
necesaria para el adecuado funcionamiento de la red.
Un elemento clave distintivo de las redes de conmutación de paquetes lo constituye el hecho
de que el funcionamiento interno puede basarse en datagramas o circuitos virtuales. En el
caso de los circuitos virtuales internos se define una ruta entre dos puntos de comunicación
finales o extremos, de modo que todos los paquetes para dicho circuito virtual siguen el
mismo camino. Por su parte, en el caso de los datagramas internos, cada paquete se trata de
forma independiente, por lo que paquetes con el mismo destino pueden seguir rutas
diferentes.
La función de enrutamiento de una red de conmutación de paquetes trata de encontrar la ruta
del mínimo costo a través de la red, estando el parámetro de costo basado en el número de
saltos, en el retardo esperado u otras mediciones. Los algoritmos de enrutamiento adaptable,
se fundamentan generalmente en el intercambio entre los nodos de información relativa a las
condiciones de tráfico.
7.1 Redes conmutadas.
Para la transmisión de datos (nos referimos a voz, imágenes y video, así como datos numéricos o
de texto) a larga distancia, más allá de un entorno local, la comunicación se realiza generalmente
mediante la transmisión de datos desde el origen hasta el destino a través de una red de nodos de
conmutación intermedios.
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Este diseño de red conmutada se usa también a veces para implementar redes LAN (Local Area
Network). El contenido de los datos no es del interés de los nodos de conmutación, sino que el
propósito de estos últimos es proporcionar un servicio de conmutación que posibilite el
intercambio de datos entre nodos hasta que alcance su destino.
En la figura 7.1 se muestra una red sencilla, en la que los dispositivos finales que desean
comunicarse se denominan estaciones.
Éstas pueden ser computadoras, terminales, teléfonos u otros dispositivos de comunicación. Por
su parte, a los dispositivos de conmutación cuyo objetivo es proporcionar la conmutación se les
denomina nodos. Los nodos están conectados entre sí mediante enlaces formando una topología
(estructura que consta de caminos) dada.
Figura 7.1 Red de conmutación simple.
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Cada estación se conecta a un nodo, llamándose red de comunicaciones al conjunto de todos los
nodos. A este tipo de redes, se les denomina redes de comunicación conmutadas. Los datos que
entran a la red procedente de una estación se encaminan hacia su destino mediante su
conmutación de nodo a nodo.
Por ejemplo, en la figura 7.1 los datos desde la estación A con destino a la estación F se envían al
nodo 4. Estos se pueden encaminar hasta el destino a través de los nodos 5 y 6 o bien vía los
nodos 7 y 6. Diversas consideraciones se pueden realizar acerca de las redes de comunicación
conmutadas:
1.- Algunos nodos sólo se conectan con otros nodos (por ejemplo, los nodos 5 y 7), siendo su
única tarea la conmutación interna (en la red) de los datos. Otros nodos tienen también
conectadas una o más estaciones, de modo que además de sus funciones de conmutación de
estos nodos aceptan datos desde y hacia las estaciones conectadas a ellos.
2.- Los enlaces entre nodos están normalmente multiplexados, utilizándose multiplexación por
división de frecuencia (FDM) o por división de tiempo (TDM).
3.- Generalmente, la red no está completamente conectada; es decir, no existe un enlace directo
entre cada posible pareja de nodos. Sin embargo, siempre resulta deseable tener más de un
camino posible a través de la red para cada par de estaciones. Esto mejora la fiabilidad o
seguridad de la red.
7.2 Redes de conmutación de circuitos.
Las comunicaciones mediante la conmutación de circuitos implican la existencia de un camino o
canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones, que es una secuencia de enlaces
conectados entre nodos de la red. En cada uno de los enlaces físicos se dedica un canal lógico
para cada conexión establecida.
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La comunicación vía la conmutación de circuitos implican tres fases, que se pueden explicar
haciendo referencia a la figura 7.1.
a).- Establecimiento del circuito. Antes de transmitir señal alguna, se establece un circuito
extremo a extremo (estación a estación). Por ejemplo, la estación A envía una solicitud al
nodo 4 pidiendo una conexión con la estación E. Generalmente, el nodo entre A y 4 es una
línea dedicada, por lo que esa parte de la conexión existe ya. El nodo 4 debe encontrar el
siguiente enlace de la ruta para alcanzar el nodo 6.
En función de la información de enrutamiento y de las medidas de disponibilidad y, quizás,
el costo, el nodo 4 selecciona el enlace hacia el nodo 5, reserva un canal libre del enlace
(utilizando FDM o TDM) y envía un mensaje a E solicitando la conexión.
Tras esto queda establecido un camino dedicado desde A hasta 5 a través de 4. Dado que
pueden existir varias estaciones conectadas al nodo 4, éste debe ser capaz de establecer
rutas internas desde varias estaciones a múltiples nodos. El resto del proceso es similar. El
nodo 5 reserva un canal hasta el nodo 6 y asigna internamente este canal al que viene desde
el nodo 4. El nodo 6 completa la conexión con E, para lo cual se realiza un test con objeto
de determinar si E está ocupada o, por el contrario, se encuentra lista para aceptar la
conexión.
b).- Transferencia de datos. Tras el establecimiento del circuito se puede transmitir la
información desde A hasta E a través de la red. Los datos pueden ser analógicos o digitales
dependiendo de la naturaleza de la red.
Debido a la tendencia actual de migración hacia redes digitales completamente integradas
(ISDN: Integrated Services Digital Networks), la utilización de transmisiones digitales
(binarias) tanto de voz como de datos se está convirtiendo en el método de comunicaciones
predominante.
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El camino del ejemplo está construido por el enlace A-4 (conmutación interna a través de
4), el canal 4-5 (conmutación interna a través de 5), el canal 5-6 (conmutación interna a
través de 6) y el enlace 6-E. Normalmente, la conexión es full-duplex.
c).- Desconexión del circuito. Tras la fase de transferencia de datos, la conexión finaliza por
orden de una de las dos estaciones involucradas. Las señales se deben propagar a los nodos
4, 5 y 6 para que éstos liberen los recursos dedicados a la conexión que se cierra.
Se observa que el canal de conexión se establece antes de que comience la transmisión de datos,
por lo que la capacidad del canal se debe reservar entre cada par de nodos en la ruta y cada nodo
debe ser capaz de conmutar internamente para gestionar la conexión solicitada.
En definitiva, los conmutadores deben contar con la inteligencia necesaria para realizar estas
reservas y establecer una ruta a través de la red.
La conmutación de circuitos puede llegar a ser bastante ineficiente. La capacidad del canal se
dedica permanentemente a la conexión mientras dura ésta, incluso si no se transfieren datos. Este
tipo de conmutación fue desarrollada para el tráfico de voz, pero en la actualidad se usa también
para el tráfico de datos.
El mejor ejemplo conocido de una red de conmutación de circuitos es el de la red telefónica
pública (figura 7.2), la cual es en la actualidad un conjunto de redes nacionales interconectadas
para ofrecer un servicio internacional.
Aunque fue ideada e implementada inicialmente para ofrecer un servicio de telefonía analógica a
los abonados, en la actualidad opera con una gran cantidad de tráfico de datos vía módem y está
siendo convertida progresivamente en una red digital.
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Figura 7.2 Ejemplo de conexión sobre una red pública de conmutación de circuitos.
Otra aplicación conocida de la conmutación de circuitos son las centrales privadas (PBX, Private
Branch eXchange), que se usan para conectar los teléfonos dentro de un edificio u oficina.
Una red pública de telecomunicaciones se puede describir a través de los cuatro componentes que
conforman su arquitectura:
⊕ Abonados: Son los dispositivos que se conectan a la red. La mayoría de los dispositivos
de abonados en redes de telecomunicaciones públicas continúan siendo en la actualidad
los teléfonos.
⊕ Bucle local: es el enlace entre el abonado y la red, también denominado bucle de
abonado o línea de abonado. En casi todas las conexiones de bucle local se hace uso del
cable par trenzado.
⊕ Centrales: son los centros de conmutación de la red. Aquellos centros de conmutación a
los que se conectan directamente los abonados se denominan centrales finales.
Generalmente, una central final da servicio a varios miles de abonados en un área
geográfica definida.
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