Práctica 6: Conmutación de paquetes en transmisiones orientadas a

Escuela Politécnica Superior
Ingeniería de Telecomunicación
Prácticas de Redes, Sistemas y Servicios
Practica 6
Versión:
31/10/2012 0:05
Práctica 6: Conmutación de paquetes en transmisiones
orientadas a conexión
Objetivos de la práctica

Estudio de las características de la conmutación de paquetes en redes con servicios de transmisión
orientados a conexión.

Utilización de un simulador de conmutador de paquetes implementado con elementos de la librería
DSIM.

Realización de medidas sobre los resultados de la simulación.

Análisis de los resultados y evaluación de acciones que se pueden realizar para mejorarlos.
Introducción
Como es sabido, los servicios de comunicaciones de cualquier nivel jerárquico de una red pueden ser de
dos tipos: orientados a conexión y no orientados a conexión.
En los servicios no orientados a conexión, cada unidad de datos del protocolo (Protocol Data Unit, PDU) es
independiente de las anteriores. Dentro de las implicaciones que esto tiene en el nivel de red, una de las
más importantes es que cada paquete de información transmitido tiene que ser encaminado por separado
de cualquier otro paquete, aunque esté relacionado con la misma comunicación entre dos nodos extremos.
Este mecanismo permite simplificar los nodos de encaminamiento, a costa de añadir una mayor latencia en
la red por cada paquete. Este es el caso del nivel de red tradicional de Internet, donde únicamente se
contemplan servicios no orientados a conexión.
El mecanismo alternativo son los servicios orientados a conexión. En ellos, previamente a la transmisión de
la información, es necesario establecer una conexión entre los nodos que desean transmitir la información.
En el caso del nivel de red, el establecimiento de esta conexión permite tomar las decisiones de
encaminamiento para todos los paquetes que se vayan a transmitir dentro de esta conexión una única vez,
lo cual simplifica el proceso a realizar por paquete y permite reducir la latencia de la comunicación. Por el
contrario, el proceso de establecimiento de la conexión requiere un tiempo, y los elementos de conmutación
deben mantener información asociada a cada conexión establecida, con lo cual son más complejos.
Los servicios orientados a conexión en redes de conmutación de paquetes no son nada nuevo. Ya la
recomendación X.25 del ITU-T (antes CCITT) establecía un estándar para el empleo de estos servicios, en
los cuales las conexiones recibían el nombre de circuitos virtuales. Con este concepto se construyeron las
redes públicas de transmisión de datos de uso generalizado hasta la globalización de Internet y sus
protocolos.
En la actualidad, muchas tecnologías de transmisión emplean el mismo principio de los circuitos virtuales.
Entre ellas, cabe destacar las redes de conmutación de celdas que emplean el Asyncrhonous Transfer
Mode, ATM, y las redes Frame Relay. En Internet, el mismo principio se encuentra detrás de la tecnología
Multiprotocol Label Swich, MPLS, que busca proporcionar encaminamiento rápido y gestión de la calidad de
servicio.
En la presente práctica se va a estudiar algunas de las implicaciones de esta tecnología de cara a las
simulaciones de tráfico a través de una red. Se presenta un modelo de nodo de encaminamiento rápido, y
se emplea en la construcción de una red sencilla.
Práctica
El modelo de conmutador de paquetes que se presenta en esta práctica refleja el hecho del rápido
encaminamiento de los paquetes cuando se dispone de una conexión preestablecida. En este caso, se
considera que la decisión de encaminamiento se puede realizar directamente a la velocidad a la que se
reciben los paquetes por la línea, con lo cual no es necesario utilizar una cola de espera de los paquetes a
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la entrada de la misma. Sí será necesario, sin embargo, la existencia de una cola de transmisión, para
contener los paquetes pendientes de envío hasta que la línea de salida se encuentre disponible.
Con estas consideraciones, el módulo conmutador que se suministra tiene la siguiente estructura:
Conmutador
Entrada 0
p01
p02
p03
p0n-1
Entrada 1
p11
p12
p13
… p
1n-1
Entrada 2
p21
p22
p23
… p
2n-1
…
…
Entrada n-1
pn-1,1 pn-1,2 pn-1,3
k0
k1
pn-1,n-1
k2
kn-1
v1
v2
Salida 1
Salida 2
vn-1
…
Salida n-1
v0
Salida 0
…
Los parámetros que definen el comportamiento del modelo de conmutador propuesto son los siguientes:

El número de entradas y salidas que tiene, n.

La velocidad de cada una de las líneas conectadas a sus salidas, representada en la figura por los
valores (v0, v1, v2, … vn-1).

El número máximo de paquetes pendientes de transmisión en cada una de las colas de salida,
representado en la figura por los valores (k0, k1, k1, … kn-1).

La matriz de probabilidades de transmisión de un paquete. Viene dada por los valores pij, que
representan la probabilidad de que un paquete que se recibe por la línea i sea encaminado por la
salida j.
Adicionalmente, en la función de creación del conmutador es necesario indicar el objeto sistema sobre el
que se deben añadir los elementos internos que lo componen.
La función de C que implementa este conmutador, junto con el archivo include necesario para su uso y un
programa de ejemplo que la utiliza se encuentran en la siguiente URL:
http://www.ii.uam.es/~rss/practicas/code/rss-conmutador_cv-v1.0.0.tgz
Como primer paso, el alumno deberá descomprimir el archivo suministrado, estudiarlo para entender el
modo de funcionamiento del objeto conmutador_cv, compilarlo y observar los resultados que produce.
1.- Creación del programa de simulación
El sistema que queremos simular tendrá las siguientes características:

Existen dos fuentes generadoras de paquetes, gen0 y gen3, que generan paquetes de tamaño
distribuido uniformemente entre 46 y 1500 bytes. En ambos casos, la generación de paquetes es
un proceso de Poisson. La primera genera los paquetes a un ritmo medio de 80 paquetes/s, y la
segunda, de 20 paquetes/s.

Se dispone de un conmutador de paquetes de 4 líneas (4 entradas y 4 salidas), cuyas
características son las siguientes:
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Línea

vi(bps)
512000
10
1
256000
10
2
64000
10
3
128000
10
A la entrada 0 del conmutador de conecta el generador de paquetes gen0, que produce un tráfico
que se distribuye por las líneas de salida del conmutador de acuerdo a la siguiente tabla de
probabilidades:
p0j
0
0.4
1
0.3
2
0.2
3
0.1
A la entrada 3 del conmutador de conecta el generador de paquetes gen3, que produce un tráfico
que se distribuye por las líneas de salida del conmutador de acuerdo a la siguiente tabla de
probabilidades:
Línea
p3j

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Ki
0
Línea

Practica 6
0
0.4
1
0.3
2
0.1
3
0.2
A la salida de la línea 0 se conecta un objeto sonda de la librería dsim, por si es necesario realizar
mediciones de los paquetes que circulan por dicha línea.
El alumno, basándose en el programa de ejemplo que se le ha suministrado, deberá realizar un programa
que implemente dicho sistema, visualizando al final de la simulación las estadísticas que proporciona de
modo estándar el objeto conmutador.
2.- Análisis de los resultados y propuesta de mejora.
El alumno debe identificar, a partir de los resultados obtenidos en el ejercicio anterior, los puntos en los que
el conmutador presenta problemas de saturación de los enlaces de salida.
Para resolver estos problemas, se pide realizar una estimación teórica de la velocidad de las líneas de
salida que sería necesario disponer para que las colas de salida tuvieran una utilización menor o igual al
50%. Considerar que el proveedor del servicio proporcionará únicamente líneas de velocidades múltiplos de
32000 bps.
Una vez realizada dicha estimación, añadir sobre el programa de simulación una nueva ejecución de la
misma que refleje estos nuevos datos de velocidades de las líneas, obtener los resultados la simulación y
comprobar si se cumplen las condiciones de ocupación que se establecieron para el cálculo. Comprobar
también las probabilidades de pérdida de paquetes antes y después del cambio.
NOTA: La modificación de las velocidades de las líneas del conmutador se debe realizar tal como se indica
en el siguiente ejemplo, que supone la existencia de un objeto tipo conmutador_cv denominado conmut,
que ha sido creado correctamente mediante la función new_conmutador_cv:
conmut->vel_lin[i]=512000; conmut->out_lin[i]->PCR=512000;
Donde i representa el índice de la línea sobre la que se desea realizar el cambio, que puede tomar valores
desde 0 hasta el número máximo de líneas del conmutador menos uno.
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Entrega de resultados de la práctica

contenidos.txt: Archivo de contenidos de la entrega, con el formato descrito en las normas de
las prácticas.

rss-pract6.c: Programa fuente para realizar la simulación. Si se han creado otros módulos, es
necesario entregarlos todos, explicando su contenido y uso tanto en la cabecera de los mismos
como en el archivo contenidos.txt.

Makefile: Archivo de datos para make que permita generar el o los ejecutables de la práctica.

rss-pract6.pdf: Archivo de documentación, en formato PDF, en el que se incluirán:
o
Estadísticas del conmutador que presenta el programa de simulación realizado en el
apartado 1.
o
Análisis de los resultados.
o
Cálculo aproximado de la velocidad de las líneas necesaria para cumplir las condiciones
impuestas en el apartado 2.
o
Estadísticas del conmutador que presenta el programa de simulación realizado en el
apartado 2 (sin redondear las cifras). Comprobad la corrección de los cálculos realizados en
el punto anterior.
o
Estadísticas del conmutador que presenta el programa de simulación realizado en el
apartado 2 (cifras ajustadas a múltiplos de 32 kb/s).
o
Conclusiones y propuestas. ¿El sistema está bien dimensionado en términos de retardo y
PPP?.
Bibliografía
TANNENBAUM, A., Computer Networks, Prentice-Hall, 2003. 4ª Ed. Cap. 5
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