Unidad II Conmutacion

Unidad II Conmutación.
2 Multicanalización (Frecuencia, Tiempo)
Multiplexación. Se le llama al conjunto de técnicas que permiten la transmisión simultánea de
múltiples señales a través de un solo enlace físico.
En un sistema multiplexado, n líneas comparten el ancho de banda de un enlace, como se
muestra en la figura.
Las cuatro líneas de la derecha son los canales que entran al multiplexor y se multiplexan
en una sola línea, para después pasar por el demultiplexor y sacar los 4 canales.
Las técnicas básicas de multiplexación son tres, multiplexación por división de frecuencia
(FDM), multiplexación por división de onda (WDM) y multiplexación por división de tiempo
(TDM).
Multiplexación por división de frecuencia. FDM
Esta técnica se aplica a señales analógicas. Se aplica cuando el ancho de banda del enlace
en Hz es mayor que la combinación de los anchos de banda de las señales que se desean
transmitir. En esta técnica las señales originales son moduladas a diferentes frecuencias
(portadoras). Estas señales moduladas son combinadas en una sola señal que será la que
transporte el conjunto de señales. Las señales portadoras son separadas por una banda de guarda.
1
Problema.
1.- Necesitamos combinar tres señales de voz en un enlace con ancho de banda de 14 KHz, desde
los 20 a los 34KHz. Considerando banda de guarda, muestre con un diagrama la configuración
de las frecuencias.
Solución
Multiplexación por división de Tiempo (TDM)
Es un proceso digital que permite que varias conexiones compartan un enlace de gran ancho de
banda. En lugar de compartir una parte del ancho de banda como lo hace FDM, en esta técnica el
tiempo es compartido. Cada conexión utiliza en un lapso de tiempo determinado el enlace
completo.
Espacio de tiempo y Tramas
El flujo de datos de cada conexión es dividida en unidades, y el enlace combina una unidad de
cada conexión para hacer la trama. El tamaño de la unidad puede ser un bit o varios. Para cada
conexión de entrada n la trama se organiza con un mínimo de n espacios de tiempo
2
En TDM, para garantizar el flujo de datos, la proporción de datos transmitidos de un enlace de n
conexiones debe ser n veces la proporción de transmisión de los datos. Como se puede ver en la
figura. Por lo tanto la duración de una unidad en una conexión es n veces la duración de un
espacio de tiempo de una trama.
Por ejemplo.
Cuatro conexiones de 1Kbps están multiplexadas. La unidad es de 1 bit. Encuentre. 1) la
duración de un bit antes del multiplexor. 2) la velocidad de transmisión del enlace. 3) La
duración del espacio de tiempo y 4) la duración de la trama.
1)
2)
3)
4)
1/1kbps 1ms
El enlace es n veces la velocidad de las conexiones 4*1Kbps
La duración del espacio de tiempo 1/4Kbps 250us
La duración de una trama es 4 veces la duración del espacio de tiempo.1ms
3
Servicio de señal digital.DS
La compañía de teléfonos implementa una jerarquía de señales digitales.
64Kbps
DS0
.
.
.
24
T
D
M
1.544Mbps
DS1
6.312Mbps
DS2
T
D
M
44.376Mbps
DS3
T
D
M
7
7





274.176Mbps
DS4
T
D
M
Una DS0 es un canal digital sencillo de 64Kbps.
DS1 es un servicio de 1.544Mbps 24 canales DS0 mas 8Kbps de cabecera
DS2 es un servicio de 6.312Mbps, 96 canales DS0 mas 168Kbps de cabecera.
DS3 es un servicio de 44.376Mbps, 672 canales DS0 mas 1.368Kbps de cabecera.
DS4 es un servicio de 274.176Mbps, 4032 canales DS0 mas 16.128Kbps de
cabecera.
Jerarquía Digital Plesincona (PDH)
PDH se basa en canales de 64 kbps. En cada nivel de multiplexación se van aumentando el
número de canales sobre el medio físico. Existen tres jerarquías PDH la Europea,
Norteamericana y Japonesa. La Europea se basa en lo descrito en la norma G732 y la
norteamericana y japonesa en la G.733
Tabla con los distintos niveles de multiplexación PDH
Nivel
1
2
3
Norteamérica
Circuitos Kbit/s
24
96
672
Europa
Japón
Denominación Circuitos Kbit/s
1,544 (T1)
6,312 (T2)
44,736 (T3)
30
120
480
Denominación Circuitos Kbit/s
2,048 (E1)
8,448 (E2)
34,368 (E3)
24
96
480
Denominación
1,544 (J1)
6,312 (J2)
32,064 (J3)
4
4
2016
274,176 (T4)
1920
139,264 (E4)
1440
97,728 (J4)
Líneas T
Las compañías telefónicas implementan los servicios digitales como líneas T, que tienen la
misma capacidad que las líneas DS.
T1 DS1 24 canales de voz
Características:

Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G704.

Zona geográfica: Norteamérica y Japón.

La portadora T-1 transporta datos a una tasa de 1544 Mbps, incluyendo 24 canales
DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Cuatro de estas tramas se multiplexan para originar la
portadora T-2.
Descripción de trama:

Cada uno de los 24 canales de T-1 transporta 8 bits, de los cuales:
- 7 son de datos (y el usuario 've' una tasa de 7*8000=56 Kbps)
- 1 de señalización de canal (1*8000=8 Kbps/canal).

Una trama consiste, en 24*8=192 bits, más uno extra para señalización de trama,
lo que arroja un total de 193 bits cada 125us. Esto hace necesaria una capacidad de 1544
Mbps, de la cual:
o Velocidad de información: 1344 Mbps.
o Señalización total (de cada canal + trama): 200 Mbps.
El bit 193 se emplea para sincronización, y sigue el patrón 01010101... Normalmente, el receptor
checa este bit para asegurarse que no ha perdido el sincronismo. Si lo pierde, puede emplear este
bit para recuperarlo. El patrón está pensado para que los usuarios no puedan generarlo, ya que
corresponde con un tono de 4 Khz.
E1 DS1 30 canales de voz
Características propias:

Normalización: ITU-T (antes CCITT), norma G702. También llamada Jerarquía
CEPT (Conference of European Postal and Telecommunication Administration).

Zona geográfica: Resto del Mundo (excluyendo a Norteamérica y Japón), aunque
con mayor desarrollo en Europa.

La portadora E1 tranporta datos a una tasa de 2048 Mbps, incluyendo 32 canales
DS0 (de 64 Kbps, telefónicos). Las sucesivas portadoras van multiplicando por 4 su
capacidad.
Descripción de la trama:

Cada uno de los 32 canales de E1 transporta 8 bits y, a diferencia de T-1, la
señalización va incluida en cada una de las tramas mediante el uso reservado de 2 de los
canales, dejando pues 30 para datos codificados con precisión de 8 bits (con l cual cada
usuario dispone de una tasa de 64 Kbps).
5


Cada grupo de 4 tramas permite 64 bits de señalización, la mitad de los cuales son
para los canales y la otra mitad para las propias tramas o reservados para uso particular en
cada país.
Por tanto, la trama está compuesta por 32*8=256 bits que se transmiten en 125us,
lo cual origina una tasa de 2048 Mbps, de los cuales:
- Tasa de información: 1920 Mbps.
- Señalización total (de cada canal + trama): 128 Mbps.
A diferencia del caso de la portadora T, el factor de combinación para las sucesivas portadoras
en el sistema CEPT es siempre de 4, como se observa en la figura:
6
En la trama, además de los espacios con información se añade uno para sincronización y otro
para la señalización. El primer intervalo de tiempo de la trama se utiliza para la sincronización y
el espacio de tiempo y el espacio de tiempo 16 se utiliza para la señalización.
2.1- Técnicas de Conmutación.
La conmutación es el proceso por el cual se pone en comunicación un usuario con otro, a través
de una infraestructura de comunicaciones común, para la transferencia de información. Crea
conexiones temporales entre dos o más dispositivos . La conmutación se puede dividir en dos
grandes categorías, conmutación de circuitos y conmutación de paquetes.
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Conmutación
Conmutación
de circuitos
Conmutación
de Paquetes
Circuitos
virtuales
Datagramas
2.2 Conmutación de circuitos.
La conmutación de circuitos crea una conexión física directa entre dos dispositivos como
son teléfonos o computadoras. La conmutación de circuitos se establece en la capa física para
cread circuitos reales, líneas dedicadas entre la fuente y el destino. Los circuitos reales fueron
diseñados para transmitir audio en tiempo real (telefonía). En este tipo de conmutación el canal
de comunicación se reserva durante todo el tiempo de la llamada.
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 circuitos son ideales para comunicaciones que requieren que los
datos/información sean transmitidos en tiempo real.
Para realizar la comunicación, el emisor debe de marcar los números del receptos. Una vez que
se hayan marcado, la oficina generadora de la llamada buscara un camino hasta la oficina del
receptor. Una vez que el canal o circuito se ha establecido, la comunicación se llevara a cabo, y
cuando termine la llamada, el canal o circuito serán liberados, este mecanismo es orientado a
conexión.
Ejemplo del establecimiento de una llamada.
Se desea establecer una llamada entre los nodos A y D, se establece la llamada utilizando enlaces
intermedios, AB, BC y CD como se muestra en la figura
8
En la figura se puede ver el proceso del establecimiento de llamada entre el nodo A y el D.
El nodo A solicita la llamada(en telefonía es marcando los números), esta llamada se establece a
través del nodo de conmutación B , en nodo B, detecta que la llamada es para D pasando por C,
así que establece el enlace BC, y después C establece el enlace CD con un retardo similar en
cada enlace.
Entonces el circuito es establecido y se puede realizar la llamada. Mientras esta reservado, los
recursos y capacidad de los enlaces son dedicados para la comunicación.
Una vez que se completo la conexión, el nodo D envía una señal de confirmación del enlace(en
azul) al nodo A, esta señal no tiene ningún retraso ya que todos los enlaces han sido reservados.
Comienza la transferencia de datos. Al terminar la transferencia, se envía una señal de
desconexión que se propaga por todos los enlaces que se ocuparon.
Ventajas.


Una vez establecido el circuito, la comunicación es rápida y sin errores.
Es muy confiable
Desventajas




Utiliza muchos bits de cabecera para el establecimiento de la llamada.
Desperdicia mucho ancho de banda, especialmente cuando el usuarios esta
escuchando y no hablando.
El establecimiento del canal o circuito puede durar un mucho tiempo
Para superar estas desventajas, se introdujo la técnica de conmutación de
paquetes, y en lugar de reservar un canal dedicado para la comunicación, la conmutación
de paquetes ruteo paquetes de forma individual. La conmutación de paquetes es no
orientada a conexión
9
2.3 Conmutación de paquetes
Las redes conmutadas de paquetes se dice que son orientadas a no conexión, porque no
establecen una conexión para realizar la comunicación.
La conmutación de paquetes maneja dos propuestas. Datagramas y circuitos virtuales.
Los datagramas funcionan en la capa de red.
Los circuitos virtuales funcionan en la capa de enlace de datos
Datagramas.
En esta técnica, cada paquete es tratado de forma independiente, incluso si el paquete es
solamente una pieza de una transmisión con múltiples paquetes, la red maneja cada uno de ellos
de forma independiente.
Conmutación de paquetes.
Circuitos Virtuales
En esta tecnica el paquete pertenece a la misma sesion o mensaje. Al inicio de la sesion
se seleccioona una sola rtuta para entre el receptor y el emisor. Cuando se envian los paquetes
viajan sobre el mismo enlace uno tras otro. Para crear circuitos virtuales se necesita el
establecimiento de llamada entre la fuente y el destino. Al terminar la llamada, se borra el
circuito virtual. Despues del establecimiento de llamada el ruteo se realiza basando en el
identificador de circuito virtual. Esta tecnica se utiliza en Frame Relay y ATM.
Identificador de circuito Virtual.(VCI)
Es un pequeño numero que es utilizado por un paquete entre dos switches. Cuando el paquete
llega a un switch tiene un VCI, al salir del switch el VCI cambia.
VCI
Data
14
VCI
Data
77
Para que exista la comunicación entre fuente y destino se debe pasar por tres fases:
establecimiento de llamada, transferencia de datos y liberación de la llamada
Transferencia de datos. Para transferir de la fuente al destino, todos los switches necesitan tener
la entrada en sus tablas para el circuito virtual. La tabla en su forma más simple tiene cuatro
columnas. Esto es que el switch contiene 4 piezas de información para cada circuito virtual que
se ha establecido, como se muestra en la siguiente figura.
10
Entrada
VCI
14
77
Puerto
1
1
Data
77
Data
Salida
VCI
22
41
Puerto
3
2
Data
14
22
3
1
2
Data
41
En la figura se ve como una trama con VCI 14 llega al switch y según los datos de la tabla del
switch el VCI cambia a 22 y la salida es por el puerto 3. lo mismo para con la trama con VCI 77,
llega al switch y a la salida lo manda por el puerto 2 con un VCI 41, que es lo que indica en la
tabla.
La fase de transferencia de datos esta activa hasta que la fuente envia todos sus paquetes al
destino. El procedimiento en el switch es el misma para todos las tramas del mensaje. El proceso
crea un circuito virtual no un circuito real.
Establecimiento de llamada.- en esta fase la fuente y el destino utilizan su dirección global para
ayudar a realizar la conexión de acuerdo a las tablas los switches.
¿De que forma se crea el circuito virtual en el switch?. Hay dos tipos de circuitos que se pueden
crear. Los circuitos virtuales conmutados (SVC) y los circuitos virtuales permanentes (PVC).
Circuitos virtuales permanentes. La entrada en la tabla es establecida por administrador.
Establece el VCI de salida para la fuente y para el destino el VCI de entrada. La fuente siempre
utiliza el VCI establecido para enviar sus tramas, por el otro lado, el destino sabe que todos los
paquetes que tengan el VCI establecido de entrada serán de una fuente en particular.
Circuitos Virtuales Conmutados. Los SVC se crean temporalmente, la conexión existe
solo cuando se transfiere datos entre la fuente y el destino. Un SVC requiere una establecimiento
de conexión y otra de reconocimiento de conexión. Establecimiento de conexión: envia una
trama de conexión, pasa por diferentes switches para establecer el camino, asignando VCI y
puertos. Reconocimiento de conexión: el destino envía un paquete de reconocimiento a la fuente.
Liberación del circuito..- la fuente y el destino informan a los switches que eliminen las
entradas de sus tablas. En esta fase la fuente envía una trama especial de petición de liberación
del circuito. El destino responde con una trama de confirmación y todos los switches borran las
entradas de sus tablas.
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2.5 Red Telefónica tradicional (SS7)
Presentación
.
Bibliografía
Data Communications and Networking
Autor: forouzan
Introduction to WAN’s
Lathi B.P. Modern Digital and Analog Communication Systems. Oxford University Press. 1998
Hanrahan H. Integrated Digital Communications. School of Electrical and Information
Engineering. University of Witwatersrand, Johannesburg. 2006
http://es.wikipedia.org/wiki/Portadora%E2%80%93E
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