TEMAS: FUNDAMENTOS DE LA INTERCONECTIVAD

ASIGNATURA:
REDES DE COMPUTADORES I
Lectura No 3.
TEMAS:
FUNDAMENTOS DE LA INTERCONECTIVAD DE REDES.
Conmutación de circuitos.
REDES CONMUTADAS.
La transmisión de datos a larga distancia, se lleva a cabo a través de una red de
nodos intermedios de conmutación; esta misma aproximación, a veces se utiliza
en redes LAN y MAN conmutadas.
A los dispositivos cuyo objetivo es facilitar la comunicación se les denominan
nodos. Los nodos se conectan entre sí mediante alguna topología formada por
enlaces de transmisión. Cada estación se conecta a un nodo, y a la colección de
nodos se les llama red de comunicaciones.
Las redes conmutadas son aquellas que para la transmisión de datos a larga
distancia, utilizan nodos intermedios de conmutación, los cuales se encargan de
aceptar y repetir los datos desde y hacia las estaciones que tengan conectadas,
llevando los datos de un nodo a otro a través de la red, desde el origen hasta
alcanzar el destino final.
Características de las redes de conmutación:
Los nodos de conmutación solo se encargan de proporcionar el servicio de
conmutación que traslade los datos de un nodo a otro, hasta alcanzar el
destino final, sin tener en cuenta el contenido de los datos que se transmite.
Tiene dos tipos de nodos: Unos nodos solo se conectan con otros nodos,
realizando únicamente la tarea de conmutación interna de los datos, y los otros
nodos tienen además, una o más estaciones conectadas, donde además de
las funciones de conmutación, se encargarán de aceptar y repetir los datos
desde y hacia las estaciones que tengan conectadas.
Los enlaces entre nodos están normalmente multiplexados, usando tanto
Multiplexación por división en frecuencia (FDM) como por división en el tiempo
(TDM).
Normalmente la red no está completamente conectada; es decir, no hay un
enlace directo entre cada posible pareja de nodos. No obstante, siempre es
deseable tener más de un posible camino a través de la red para cada pareja
de estaciones.
REDES DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
La comunicación utilizando conmutación de circuitos implica la existencia de un
camino dedicado entre las dos estaciones. Ese camino es una secuencia de
enlaces conectados entre nodos de la red. En cada enlace físico, se dedica un
canal lógico para cada conexión. La comunicación vía circuitos conmutados
implica tres fases:
1. Fase de establecimiento del circuito: Antes de transmitir cualquier señal,
se debe establecer un circuito extremo a extremo.
2. Fase de Transferencia de Datos: Una vez establecido el circuito, la
información se podrá transmitir desde el origen al destino a través de la red.
Dependiendo de la naturaleza de la red, los datos podrán ser tanto
análogos como digitales.
3. Fase de Desconexión del circuito: Tras la fase de transferencia de datos,
la conexión se cierra debido normalmente, a la acción realizada por una de
las dos estaciones involucradas.
La red de conmutación de circuitos se desarrolló principalmente para el tráfico de
voz, aunque actualmente también se usa para el tráfico de datos.
La parte central de todo sistema moderno es el conmutador digital, cuya función
es proporcionar un camino para la señal de una forma transparente entre
cualesquiera dos dispositivos que están conectados. El camino debe ser
transparente en el sentido de que para los dispositivos conectados debe parecer
que existe una conexión directa entre ellos. Típicamente, la conexión debe permitir
transmisión full duplex.
Los dispositivos para la conmutación de circuitos pueden ser bloqueadores o no
bloqueadores. El bloqueo se da cuando la red es incapaz de conectar dos
estaciones debido a que todos los caminos entre ellas estén siendo ya utilizados.
Una red bloqueante es aquella en la que es posible el bloqueo. Una red no
bloqueante se caracteriza por que todas las estaciones se conecten
simultáneamente ( por parejas)y por atender a todas las posibles solicitudes de
conexión, siempre que el destino esté libre. Cuando una red solo admite tráfico de
voz, la configuración bloqueante es normalmente aceptable, ya que se espera que
todas las llamadas sean de corta duración y que por lo tanto solo una fracción de
los teléfonos estarán conectados al tiempo. Para las aplicaciones de datos, es
necesario utilizar una configuración no bloqueante o casi no bloqueante ( es decir
con una capacidad de bloqueo muy pequeña).
Conmutación por división en el espacio:
Fue originalmente desarrollada para los entornos analógicos y posteriormente se
ha desplazado al contexto digital. Los principios fundamentales del uso del
conmutador para transporte de señales analógicas o de señales digitales son
iguales.
Un conmutador por división en el espacio es aquel en el que las rutas que se
establezcan serán físicamente independientes unas de otras (división en el
espacio). Cada conexión requerirá el establecimiento de un camino físico a través
del conmutador que se dedique exclusivamente a la transferencia de señales entre
los dos puntos finales. El bloque básico de un conmutador de este tipo consiste de
una matriz de conexiones ( o puntos de cruce) o puertas semiconductoras que se
pueden habilitar o deshabilitar por una unidad de control.
Limitaciones de los conmutadores por división en el espacio:
El número de puntos de cruce crece con el cuadrado del número de las
estaciones conectadas. Es muy costoso para conmutadores grandes.
La pérdida de un punto de cruce impide el establecimiento de la conexión entre
los dispositivos cuyas líneas se intercepten en ese punto.
Los puntos de cruce se utilizan ineficientemente; incluso cuando los
dispositivos estén activos, sólo una fracción de los puntos de cruce estarán
comprometidos.
Para superar estas limitaciones, se emplean conmutadores con múltiples etapas.
Esta configuración tiene una serie de ventajas sobre una matriz de una sola etapa:
El número de puntos de cruce se reduce, aumentando la utilización de las
líneas de cruce.
Hay más caminos posibles de la red para conectar dos puntos finales,
aumentando así la seguridad.
Los conmutadores por división en el espacio multietapa deben ser
bloqueantes.
Conmutación por división en el tiempo:
La conmutación por división en el tiempo, implica la partición de la cadena de bits
de menor velocidad en fragmentos que compartirán una cadena de mayor
velocidad con otras líneas de entrada. Los fragmentos se manipulan por la lógica
de control para encaminar los datos desde la entrada a la salida.
La conmutación mediante bus TDM, y de hecho todas las técnicas de conmutación
digital, se basan en la utilización de la Multiplexación por división en el tiempo
(TDM) síncrona, la cual permite que varias cadenas de bits de baja velocidad
compartan una línea de alta velocidad. Las entradas se muestran por turnos. Las
muestras en serie se organizan en ranuras o subdivisiones temporales (canales)
para formar una trama, que tendrá un número de ranuras igual al número de
entradas.
ENRUTAMIENTO EN REDES DE CONMUTACION DE CIRCUITOS.
Hay dos requisitos fundamentales para la arquitectura de la red que tienen efecto
en la estrategia de enrutamiento: la eficiencia y la flexibilidad. Es deseable
minimizar la cantidad de equipamiento (conmutadores y líneas) en la red teniendo
en cuenta que se debe ser capaz de aceptar toda la carga esperada. La cuestión
clave en el diseño que determina la naturaleza del compromiso entre eficiencia y
flexibilidad es la estrategia de enrutamiento. Tradicionalmente el enrutamiento en
las redes públicas de telecomunicaciones ha sido bastante sencillo. En esencia,
los conmutadores de la red se organizan según una estructura en árbol o
jerárquica. Se construye una ruta desde el abonado que hace la llamada
recorriendo hacia arriba el árbol hasta encontrar un nodo que sea común con el
destino, posteriormente se recorre el árbol hacia abajo hasta el abonado deseado.
Para añadir algo de flexibilidad a la red, se añaden líneas de alta capacidad o
principales que cruzan la estructura de árbol para conectar centrales que tengan
un gran volumen de tráfico entre ellas. La incorporación de líneas adicionales
proporcionan caminos redundantes y una capacidad extra, pero las limitaciones se
mantienen tanto en términos de eficiencia y flexibilidad. Debido a que el esquema
de enrutamiento no es capaz de adaptarse a las condiciones cambiantes.
Para hacer frente a la demanda creciente en las redes públicas de
telecomunicaciones, virtualmente todos los suministradores han abandonado la
aproximación estática para ir hacia una aproximación dinámica. Un enrutamiento
dinámico es aquel en que las decisiones de enrutamiento están influenciadas por
las condiciones del tráfico actuales. Típicamente, los nodos en la conmutación de
circuitos tienen una relación jerárquica como la de la aproximación estática. Todos
los nodos son capaces de realizar las mismas funciones. Esta arquitectura de
enrutamiento es más compleja y flexible a la vez. Es más compleja porque la
arquitectura no proporciona un camino “natural”, ni tampoco fija las rutas
basándose en una estructura jerárquica. Pero a la vez, es más flexible bebido a
que hay rutas alternativas.
Se han creado dos clases de algoritmos de enrutamiento dinámico: enrutamiento
alternativo y enrutamiento adaptable.
ENRUTAMIENTO ALTERNATIVO.
La esencia de los esquemas de enrutamiento alternativo reside en que las rutas
posibles entre dos centrales finales están predefinidas. Es responsabilidad del
conmutador origen seleccionar la ruta apropiada para cada llamada. A cada
conmutador se le dan un conjunto de rutas prefabricadas en orden de preferencia
para cada destino. Si existe una conexión a través de una línea principal entre dos
conmutadores, ésta normalmente será la elección preferida. Si esta línea no está
disponible, entonces se intentará la segunda opción, y así sucesivamente. Las
secuencias de enrutamiento (la serie de rutas que son intentadas) reflejan un
análisis basado en modelos de la distribución del tráfico, que se diseñan para
optimizar la utilización de los recursos de la red.
Si solo hay una secuencia de enrutamiento definida para cada pareja origendestino, el esquema se denomina enrutamiento alternativo fijo. No obstante,
es más frecuente el uso de un esquema de enrutamiento alternativo dinámico.
En este caso se usa un conjunto de rutas distintas preplanificadas para
atender a los distintos periodos, para aprovechar las distintas condiciones de
tráfico en las diferentes zonas horarias y en los distintos periodos en un día.
ENRUTAMIENTO ADAPTABLE.
Se diseño para permitir que los conmutadores reaccionen a las distribuciones
cambiantes del tráfico en la red. Este esquema necesita gestionar más
información suplementaria, ya que los conmutadores deben intercambiar
información para conocer la situación de la red.
La gestión de tráfico dinámico (DTM) usa un controlador central para encontrar las
mejores rutas alternativas dependiendo de la congestión de la red. El controlador
central recopila los datos referentes al estado de cada conmutador en la red cada
10 segundos para determinar las rutas alternativas preferidas. Toda llamada se
intenta en primer lugar encaminar sobre la ruta directa, si es que existe, entre los
conmutadores origen y destino. Si la llamada se bloquea, se intenta sobre un
camino alternativo.
SEÑALIZACIÓN DE CONTROL.
En redes de circuitos conmutados, las señales de control constituyen el medio
mediante el cual se gestiona la red, y se establecen, mantienen y terminan las
llamadas. Tanto la gestión de las llamadas como la gestión de la red en su
conjunto, necesitan que se intercambie información entre el abonado y los
conmutadores, entre los conmutadores entre sí y entre los conmutadores y el
centro de gestión de la red. En las grandes redes públicas de telecomunicaciones
se necesita un esquema relativamente complejo de señalización de control.
Funciones de Señalización.
Las señales de control afectan a muchos aspectos del comportamiento de la red,
incluyendo tanto los servicios de la red visibles por el abonado como los
procedimientos internos.
Algunas funciones son:
Comunicación audible con el abonado, incluye entre otra el tono de marcar, el
tono de llamada, el tono de ocupado, etc.
Transmisión del número marcado a la central de conmutación que intentará
establecer la conexión.
Transmisión de información entre los conmutadores indicando que la llamada
no se puede establecer.
Transmisión de información entre los conmutadores indicando que la llamada
ha terminado y el camino se ha de desconectar.
La señal que hace que el teléfono suene.
Transmisión de información relacionada para llevar a cabo la tarifación.
Transmisión de información dando el estado de los equipos o líneas principales
de la red. Esta información se puede utilizar el enrutamiento y el mantenimiento
de la red.
Transmisión de información utilizada para diagnosticar y aislar fallos en el
sistema.
Control de equipos especiales tales como equipos para canales vía satélite.
La señalización se puede clasificar además atendiendo a su funcionamiento:
Señales de supervisión, señales de direccionamiento, información sobre la
llamada y gestión de la red.
Señales de supervisión: normalmente se usan para hacer referencia a las
funciones de control que tienen un carácter binario (verdadero/falso; on/off). Las
señales de control de supervisión se utilizan para determinar si el recurso
necesitado está disponible y si es así, reservarlo. También se usan para
comunicar el estado de los recursos que se hayan solicitado.
Señales de direccionamiento: Estas señales identifican al abonado. Inicialmente
se genera una señal de dirección por parte del abonado que marca el teléfono. La
dirección resultante se propaga a través de la red para permitir el enrutamiento así
como localizar y hacer que suene el teléfono del abonado destino.
Señales de información sobre la llamada: Alude a las señales que proporcionan
información al abonado sobre el estado de la llamada.
Las señales de supervisión, de direccionamiento y de información sobre la llamada
están directamente implicadas en el establecimiento y finalización de la llamada.
Por el contrario señales de gestión se utilizan para el mantenimiento, para la
detección de problemas y para el funcionamiento general de la red.
LOCALIZACIÓN DE LA SEÑALIZACIÓN:
Es necesario considerar la señalización de control en dos contextos: La
señalización entre el abonado y la red, y la señalización dentro de la red.
Típicamente la señalización funciona de forma diferente en los dos contextos
mencionados.
La señalización entre un teléfono, o cualquier otro dispositivo de abonado, y la
central de conmutación a la que está conectado está determinada, en gran
medida, por las características del dispositivo del abonado y por las necesidades
del usuario. Las señales dentro de la red se intercambian completamente entre
computadores. La señalización interna no solo se encarga de la gestión de las
llamadas del abonado, sino además de la gestión de la propia red. Así, para la
señalización interna, se necesita un repertorio más complejo de órdenes,
respuestas y parámetros.
SEÑALIZACIÓN POR CANAL COMÚN:
Tradicionalmente la señalización de control en las redes de ciertos conmutadores
se ha realizado a través de la propia línea principal o intracanal. En la señalización
intracanal el mismo canal se usa para transportar las señales de control, como
para transportar los mensajes de la propia llamada. Esta señalización comienza
con el abonado origen y sigue el mismo camino que la llamada en sí. Esto tiene la
ventaja de que no se necesitan servicios adicionales de transmisión para llevar a
cabo la señalización; los recursos para la transmisión de voz son compartidos por
las señales de control.
Hay dos formas de señalización intracanal: intrabanda y fuera de banda.
La señalización intrabanda utiliza no solo el mismo camino físico que la llamada
a la que sirven, sino que también usan la misma banda de frecuencias que las
señales de voz que se transmiten. Esta señalización tiene algunas ventajas.
Debido a que las señales de control tienen las mismas propiedades
electromagnéticas que las señales de voz. Por tanto, no hay límite en toda la red
para la utilización de la señalización intrabanda incluyendo los lugares donde se
realice una conversión analógica a digital o digital a analógica. Es más, es
imposible establecer una llamada en una ruta que tenga fallos para la voz, ya que
las señales de control para establecer esa llamada tendrían que seguir ese mismo
camino.
La señalización fuera de banda: Aprovecha el hecho de que las señales de voz
no utilizan completamente los 4 kHhz de ancho de banda reservado para ellas.
Para evitar las señales de control se utiliza una banda estrecha independiente
dentro de los 4 kHz. La ventaja principal de esta aproximación es que las señales
de control se pueden enviar tanto si en la línea hay voz como si no la hay,
permitiendo así un control y supervisión continua de la llamada. No obstante en un
esquema fuera de banda se necesita circuitería electrónica adicional para
gestionar la banda de señalización, y las velocidades de señalización son más
lentas debido a que la señal se debe confinar en un ancho de banda estrecho.
Desventajas de la señalización intracanal:
La velocidad de transferencia de información de control esta bastante limitada,
ya que el canal de voz estará enteramente disponible para enviar señales de
control solo en el caso de que no haya voz en el circuito.
En la señalización fuera de banda se dispone de un ancho de banda estrecho
para la señalización.
El gran retardo existe desde que el abonado introduce la dirección (marca el
número) hasta que la conexión se establece.
Estas desventajas se pueden
que las señales de control
independientes a los canales
canal común esta separada
abonado.
evitar con la señalización por canal común, en la
se transportan a través de rutas completamente
de voz. La ruta de la señal para la señalización de
físicamente de la ruta de voz y otra señales del
Las señales de control son mensajes que se transfieren entre los conmutadores y
entre el conmutador y el centro de gestión de la red. Por tanto, la parte de
señalización de control de la red es efectivamente una red de computadores
distribuida que transporta mensajes cortos.
En la señalización por canal común se usan dos modos de funcionamiento.
En modo asociado: El canal común sigue los pasos a lo largo de toda la línea a
los grupos a los que sirve entre los dos puntos finales. Las señales de control van
en canales diferentes a los de las señales de abonado, y dentro del mismo
conmutador, las señales de control se dirigen directamente a un procesador de
señales de control.
En modo no asociado: En este modo se incorporan nodos adicionales a la red,
denominados puntos de transferencia de señal. En este caso ya no hay una
asignación o correspondencia sencilla entre los canales de control y los grupos en
la línea principal. En efecto, ahora en este modo hay dos redes separadas en las
que se establecen algunos enlaces entre ellas de tal forma que la parte de control
pueda ejercitar funciones a través de los nodos de conmutación que están dando
servicio a las llamadas de los abonados. En el modo no asociado, la gestión de la
red se ejerce mas fácilmente, ya que las funciones o tareas de los canales de
control se pueden asignar de una manera más flexible.
Bibliografía:
* Stallings, William., Comunicaciones y Redes de Computadores.
Editorial Prentice Hall.