sistemas orientados a la conexión

BRYAN RAUL FISCO
ING. TELECOMUNICACIONES
GESTION CONMUTACION
2013 - 2
SISTEMAS ORIENTADOS A LA CONEXIÓN
Una red orientada a conexión es aquella en la que inicialmente no existe conexión lógica entre los ETD y la
red. Una red orientada a conexión cuida bastante los datos del usuario. El procedimiento exige una
confirmación explicita de que se ha establecida la conexión, y si no es así la red informa al ETD solicitante que
no ha podido establecer esa conexión. Las redes conectadas a conexión llevan un control permanente de
todas las sesiones entre distintos ETD, e intentan asegurar que los datos no se pierdan en la red. Las redes no
orientadas a conexión pasan directamente del estado libre al modo de transferencia de datos, finalizado el
cual vuelve al estado libre. Además, las redes de este no ofrecen confirmaciones, control de flujo ni
recuperación de errores aplicables a toda la red, aunque estas funciones si existen para cada enlace
particular, el coste de una red no orientada a conexión es mucho menor. Las redes orientas a conexión
suelen compararse conceptualmente con el sistema telefónico. El que llama sabe que se ha establecido una
comunicación cuando oye hablar a alguien al otro lado de la línea.
Una vez establecida la conexión, se entra en el estado de trasferencia de datos: los usuarios intercambiaban
datos siguiendo un protocolo preestablecido. El procedimiento exige una confirmación explicita de que se ha
establecido la conexión o sino será de caso contrario, el control del flujo es también responsabilidad de la
red, se encarga de la comprobación de errores como de su corrección, estas redes llevan un control
permanente de todas las sesiones entre distintos ETD e intentar asegurar que los datos no se pierdan en la
red. Permite muchas funciones, predomina en las WAN.
SERVICIOS ORIENTADOS A CONEXIÓN
Los servicios orientados a conexión se caracterizan porque cumplen tres etapas en su tiempo de vida:
Etapa 1: Negociación del establecimiento de la conexión.
Etapa 2: Sesión de intercambio de datos
Etapa 3: Negociación del fin de la conexión.
Los servicios orientados a conexión pueden ser considerados como "alambrados", es decir, que existe una
conexión alambrada entre los dos interlocutores durante el tiempo de vida de la conexión.
SERVICIOS ORIENTADOS A CONEXIÓN Y SIN CONEXIÓN
Los distintos niveles de red pueden ofrecer dos tipos de servicios diferentes a las capas superiores: uno orientado a
conexión y otro sin conexión.
El servicio orientado a conexión se modeló basándose en el sistema telefónico. Para poder hablar con alguien se debe
tomar el teléfono, marcar el número, hablar y colgar. De forma similar, para utilizar una red con servicio orientado a
conexión, el usuario del servicio establece primero la conexión, la utiliza y después la termina. El aspecto fundamental
de la conexión es que actúa de forma parecida a la de un tubo: el que envía, introduce objetos por un extremo y el
receptor los recoge, en el mismo orden, por el otro extremo.
A diferencia de esto el servicio sin conexión se asemeja al sistema postal. Cada mensaje lleva consigo la dirección
completa de destino y cada uno de ellos se encamina, de forma independiente, a través del sistema. Normalmente,
cuando dos mensajes se envían al mismo destino, el primero que se envió será el primero en llegar. Es posible, sin
embargo, que el primero que se envíe sufra un retardo y llegue antes el que se envió en segundo lugar. Con un servicio
orientado a conexión es imposible que suceda esto. Por otro lado hemos de puntualizar que no todas las aplicaciones
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necesitan conexiones. A los paquetes independientes de un sistema sin conexión se les denomina datagramas por
analogía a los telegramas.
CIRCUITOS VIRTUALES
En el contexto de operación interna de una red, a una conexión se le conoce con el nombre de circuito virtual. Los
circuitos virtuales, por lo general se utilizan en subredes cuyo servicio principal está orientado a conexión. La idea que
respalda a los circuitos virtuales es la de evitar que se tengan que hacer decisiones de encaminamiento para cada
paquete transmitido. Cuando se establece una conexión, se selecciona una ruta que va desde la máquina origen hasta la
máquina destino como parte del proceso de conexión. Esta ruta se utiliza para todo el tráfico que circule por la
conexión, exactamente de la misma manera en cómo trabaja el sistema telefónico. Cuando se libera la conexión, se
desecha el circuito virtual.
PUENTES
Los puentes son dispositivos del nivel de enlace cuyo propósito fundamental es la conexión de redes de área local (LAN).
Funcionan en modo de almacenamiento y reenvió de forma que almacenan la trama enviada por el emisor y la
reexpiden después de haberla tratado. Se trata de un dispositivo de cierta complejidad hardware que funciona a un
nivel superior que la simple transmisión de bits entre un punto y otro.
AMBIENTES MULTIPROTOCOLO
En un mundo ideal, los programadores usando TCP/IP sólo necesitarían desarrollar software de tipo cliente-servidor
para ordenadores que se conectan directamente a redes TCP/IP y proveer de un soporte completo a estos protocolos.
En la realidad, sin embargo, no todas las máquinas están provistas de un buen soporte TCP/IP y no todas las
organizaciones usan TCP/IP exclusivamente para interconectar sus ordenadores. Por ejemplo, una organización podría
tener pequeños ordenadores personales incapaces de ejecutar software de servidor o podría tener grupos de máquinas
conectadas a estaciones de trabajo que usan protocolos como DECNET, SNA o X.25. De hecho, las redes de la mayoría
de las organizaciones, han ido creciendo con el transcurso del tiempo a medida que se añadían nuevas estaciones para
interconectar los grupos de ordenadores ya existentes. Normalmente, los administradores de redes eligen una
tecnología hardware y un protocolo apropiado para cada grupo de ordenadores independientemente. Estos
profesionales consideran factores como costes, distancias de conexión, velocidad requerida y garantías de la empresa
proveedora cuando realizan la elección.
Las organizaciones que instalaron redes antes de que los protocolos TCP/IP estuvieran disponibles, tuvieron que escoger
el conjunto de protocolos, que usaba en particular, la empresa informática vendedora. Como resultado de esta
evolución en las redes, la mayoría de las grandes organizaciones tienen diferentes grupos de máquinas, donde cada
grupo utiliza su propio conjunto de protocolos.
Por ejemplo, la Figura 1 ilustra una organización con dos sedes que utiliza tres redes. Cada sede tiene su propia
Ethernet. Una red de área extensa (WAN) que utiliza los protocolos X.25 conecta los host de las dos sedes. La figura
muestra un subconjunto de máquinas conectadas a cada red.
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Los principales inconvenientes de tener múltiples sistemas de redes se originan por la duplicidad de esfuerzos y
limitaciones que producen las conexiones entre unas y otras. Los host que se conecten a una WAN con X.25 deben usar
los protocolos X.25 en lugar de TCP/IP. De este modo, si un sistema cliente-servidor funciona sobre un host conectado a
una red X.25 como muestra la Figura 1, debe usar un circuito virtual X.25 para establecer la comunicación. Por otro lado,
las comunicaciones cliente-servidor que funcionan sobre una Ethernet usan circuitos virtuales TCP.
CONEXIÓN DE DIFERENTES REDES
Normalmente, una red TCP/IP consiste en un conjunto de hosts que a nivel físico se interconectan mediante puentes
(gateways) y routers. Todos los host y puentes en la red deben usar los protocolos TCP/IP. Del mismo modo que una red
que utiliza los protocolos DECNET consta de una serie de ordenadores y enlaces físicos que usan DECNET
exclusivamente. Sin embargo, debido a que un servicio del nivel de transporte puede conducir paquetes de un punto a
otro entre redes, con la misma facilidad con que una conexión hardware lo haría, sería posible sustituir una línea física
de un sistema de transmisión de paquetes por un determinado servicio de conexión del nivel de transporte.
Hay muchas redes que funcionan mediante el uso de los servicios de conexión a nivel de transporte en lugar de
conexiones físicas. Por ejemplo, consideremos las redes de la Figura 1 de nuevo. Supongamos que la organización
decide interconectar sus dos Ethernet para configurar una sola red TCP/IP que permita a todos los host pertenecientes a
cada una de ellas comunicarse con la otra. La estrategia más común a seguir, sería instalar dos puentes entre las
Ethernet. Sin embargo, si una gran distancia separa a las dos Ethernet, el coste de introducir una línea alquilada
dedicada a interconectar las dos redes puede ser prohibitivo. Este coste adicional puede ser especialmente difícil de
justificar teniendo en cuenta que la organización ya dispone de una red X.25 para conectar las dos sedes.
La Figura 2 ilustra como la organización de la Figura 1 puede usar la capacidad de conexión de la red X.25 para implantar
una conexión TCP/IP entre las dos redes.
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Demos por hecho que la organización instala un nuevo puente en cada sede y que cada uno de los nuevos puentes
conecta la X.25 con su respectiva Ethernet. Los puentes funcionan con X.25 de forma convencional, estableciendo las
conexiones entre un punto y otro de la red de área extensa mediante el uso de un circuito virtual del nivel de
transporte. Cada puente dispone de su propia tabla de encaminamiento, de esta forma encamina el tráfico no local a
través del circuito X.25. Los puentes usan el protocolo X.25 para enviar datagramas IP de un punto a otro. Desde el
punto de vista de los puentes, X.25 simplemente provee de un enlace a través del cual pueden ser enviados los
datagramas. Desde el punto de vista de la red X.25, el software IP en los dos puentes actúa exactamente como si
fuera software de aplicación en otros hosts. El servicio X.25 desconoce que los datos que están siendo enviados a través
del circuito virtual consisten en datagramas IP.
Con los puentes instalados, un usuario de cualquier host puede invocar el software de cliente estándar de TCP/IP que lo
conecta a un servidor de cualquier host. Las comunicaciones cliente-servidor pueden establecerse a través de una
misma Ethernet o bien atravesar la red X.25 para llegar a la otra. Ni los usuarios, ni las aplicaciones cliente-servidor,
necesitan saber que los datagramas pasan a través de la X.25 cuando viajan desde una Ethernet a otra. Las dos redes
Ethernet simplemente forman parte de una red TCP/IP. De esta manera, los hosts que usan X.25 en la red de área
extensa, no necesitan cambios. Estos pueden continuar con sus comunicaciones sin interferir de manera alguna en el
tráfico TCP/IP ya que los circuitos virtuales que usan, actuarán de forma independiente con respecto a la nueva
conexión de los puentes.
LOCALIZACIÓN DINÁMICA DE CIRCUITOS
En la topología que ilustra la Figura 2, las comunicaciones con TCP/IP necesitan sólo un circuito virtual a través de la
X.25 ya que la organización tiene sólo dos sedes. Si la organización se expandiera añadiendo nuevas sedes, podría
extender la topología colocando un puente en cada nueva sede, creando de esta manera circuitos adicionales a través
de la red X.25 para interconectar cada nuevo puente a los puentes de las sedes existentes.
El esquema de circuitos descrito, no pude expandirse a cualquier número de sedes, ya que la mayoría de las redes X.25
limitan el número de circuitos que un ordenador puede direccionar simultáneamente. Normalmente, el hardware limita
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a la máquina a 16 ó 32 circuitos virtuales. Una organización con N sedes necesita (N*(N-1))/2 circuitos para
interconectarse totalmente. De este modo, un puente necesita 15 conexiones si hay 6 sedes y supera las 32 conexiones
cuando la organización tiene 9 sedes.
Por supuesto, la ampliación del sistema es posible, ya que cada nuevo puente que se añada no necesitará un circuito
hacia todos los destinos posibles. Sin embargo, para reducir costes, la mayoría de las sedes que usan X.25 para el
transporte de datagramas funcionan de un modo diferente, se abren circuitos dependiendo de la demanda y se cierran
los que no estén siendo usados. Cuando un datagrama llega a un puente, este chequea la dirección de destino para
determinar la ruta que debe seguir. El chequeo del encaminamiento produce una next-hop address, dirección del
próximo puente al que debe ser enviado el datagrama. Si esta dirección pertenece a una sede remota, el puente
consultará su tabla de circuitos virtuales X.25. Si existe un circuito hacia el destino en cuestión, el puente enviará el
datagrama a través del circuito. Si el circuito no existe, el puente "abrirá" un nuevo circuito hacia el destino deseado de
forma dinámica.
Si un puente no tiene un circuito libre cuando es necesario abrir uno nuevo, se cerrará alguno de los existentes para
permitir la creación del nuevo. El problema consiste en determinar qué circuito cerrar. A menudo los puentes siguen la
misma política que un sistema de paginación de memoria: se cierra el circuito menos recientemente usado (LRU).
Después de enviar los datagramas a través del nuevo circuito virtual, el puente abandona el circuito abierto.
Normalmente los datagramas enviados provocarán una réplica del receptor, por tanto, si se mantiene el circuito abierto
se minimizan retrasos y costes.
Mediante la apertura y cierre dinámicos de circuitos virtuales, un puente puede limitar el número de conexiones
simultáneas necesarias sin que se pierda la capacidad de comunicación con todos los puntos. El puente solo necesita
tener un circuito abierto para cada lugar con el que se establece comunicación en un momento determinado.
ENCAPSULADO Y CANALIZACIÓN
El término encapsulado describe el proceso de colocar un datagrama IP dentro de un paquete de red para que pueda
ser enviado a través de la red subyacente. El encapsulado se refiere a como el interface de la red usa el paquete de
acuerdo con el hardware. Por ejemplo, dos host que se comunican a través de una Ethernet usando IP, encapsulan cada
datagrama en un solo paquete Ethernet en las transmisiones. El encapsulado estándar para TCP/IP específica que un
datagrama IP, debe ocupar la zona de datos del paquete Ethernet y que el campo tipo de dicho paquete debe estar
puesto a un determinado valor, que denota el contenido de un datagrama IP.
Por otro lado, el término canalización (del inglés Tunneling), se refiere al uso de un servicio de alto nivel de la capa de
transporte para transmitir paquetes o mensajes a otro servicio. El ejemplo de la figura 2 muestra como los puentes
pueden hacer una canalización a través de un servicio X.25 para enviar datagramas IP de un lugar a otro. La principal
diferencia entre la canalización y el encapsulado reside en que IP transmita los datagramas en paquetes hardware o use
un servicio del nivel de transporte para enviarlos.
CANALIZACIÓN A TRAVÉS DE IP EN INTERNET
Cuando TCP/IP fueron definidos por primera vez, se experimentó con la intención de ver como se podría desarrollar
el software IP para llevar a cabo la canalización a través de redes ya existentes (como X.25) y enviar datagramas. Los
motivos estaban claros: muchas organizaciones disponían de redes instaladas que usaban otros sistemas.
Sorprendentemente esta tendencia ha cambiado de sentido. Hoy en día la canalización se realiza debido a que los
proveedores de redes usan protocolos IP para recibir paquetes desde protocolos distintos de TCP/IP. Ahora se
desarrolla software para adaptar otros protocolos a las comunicaciones TCP/IP y antes se hacía lo contrario.
Comprender este cambio en cuanto a la canalización requiere que entendamos primero la evolución que han seguido
las redes. A medida que TCP/IP se hacían cada vez más populares, se fue convirtiendo en el mecanismo estándar de
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envío de paquetes en muchas compañías. De hecho, es IP actualmente lo que proporciona la gran capacidad de
conexión existente entre los ordenadores de la mayoría de las organizaciones.
Para ilustrar las facilidades que ofrece IP con respecto a otros protocolos, consideremos que dos ordenadores de una
organización necesitan comunicarse usando un protocolo particular desarrollado por el proveedor del sistema. En lugar
de añadir líneas físicas para efectuar la conexión entre los dos ordenadores, el administrador del sistema puede
considerar el sistema de la organización, como si fuera una gran red, haciendo que el software de protocolo de los dos
ordenadores intercambie mensajes mediante el envío de estos en datagramas IP. Actualmente hay software disponible
que usa IP para transportar tráficos de información IPX (Novell), SNA (IBM) y de otros protocolos de alto nivel. A demás,
los investigadores han desarrollado las vías que permiten a las redes IP transportar tráficos OSI, permitiendo a los
proveedores de sistemas construir protocolos OSI de alto nivel antes de haber implementado el software de las capas
más bajas.
CANALIZACIÓN A NIVEL DE APLICACIÓN
Aunque la noción general de canalización se aplica al uso del nivel de transporte de un protocolo, los programadores
han aplicado esta idea a las interacciones cliente-servidor. El programador puede usar la canalización al nivel de
aplicación para dotar de una vía de comunicación al cliente-servidor.
Para comprender como trabaja la canalización al nivel de aplicación, pensemos en dos ordenadores conectados a una
red X.25. Supongamos que el programador desea correr una aplicación UDP de cliente en uno y una aplicación UDP de
servidor en otro. Normalmente, los programadores de aplicaciones no modifican el sistema operativo. Sin embargo, si el
sistema operativo de los dos ordenadores no soporta el protocolo TCP/IP y la canalización a nivel de transporte, el
programador puede considerar inconveniente e incluso imposible usar UDP o hacer la canalización de datagramas IP a
través de la X.25.
En estos casos, la canalización al nivel de aplicación hace viable la comunicación entre clientes y servidores a través de
una red X.25. Para hacer esto, el programador debe construir una biblioteca de rutinas que simulan el interfaz socket. La
biblioteca de simulación debe permitir a una aplicación crear un socket UDP activo o pasivo, y enviar o recibir
datagramas UDP. Las rutinas de la biblioteca de simulación del socket aceptan las llamadas a rutinas
estándar socket (socket, send, receive,...) y realizan las operaciones para direccionar y manipular las estructuras de
datos locales, así como la transmisión de mensajes a través de la red X.25. Cuando un cliente hace una
llamada socket para crear un socket, la rutina socket de la biblioteca crea una conexión X.25 con el servidor. Cuando el
cliente o el servidor hacen una llamada a la rutina send para transmitir un mensaje, la rutina send de la biblioteca
transfiere el datagrama UDP a través de la conexión X.25.
Cuando la biblioteca de simulación socket ha sido creada, los programadores pueden compilar cualquier programa UDP
de cliente o servidor usando llamadas a funciones de dicha biblioteca. La Figura 3 ilustra la
estructura software resultante.
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CONCLUSIONES
La canalización consiste en el envío de paquetes entre ordenadores mediante el uso de un sistema de liberación de
paquetes de la capa de transporte, en lugar de enviarlos directamente a través de conexiones físicas. En un principio el
empleo de la canalización IP sobre las redes ya existentes fue motivado por las organizaciones que disponían de redes
de área extensa totalmente instaladas. Estas organizaciones querían evitar el coste de añadir nuevas conexiones físicas
para usar IP. En los centros de investigación se diseñaron vías que permitían a IP usar las redes existentes para la
transferencia de paquetes. IP trata al nivel de transporte como a un simple enlace hardware; el nivel de transporte trata
al tráfico IP como si se tratase de envíos de alguna aplicación.
IP se ha convertido en el sistema que provee de una mayor capacidad de interconexión. A consecuencia de esto, el
trabajo actual en canalización se concentra en la búsqueda de los caminos que permitan usar IP como un sistema de
transmisión que puede transportar paquetes desde otros protocolos de red. Actualmente muchos proveedores de redes
incorporansoftware a sus sistemas para permitir la comunicación mediante IP.
BIBLIOGRAFÍA
D. E. COMER & D. L. STEVENS, "Internetworking with TCP/IP, Vol. III", Prentice Hall, 1993.
ANDREW S. TANENBAUM, "Redes de Ordenadores", 2ª Edición, Prentice Hall, 1991.
Ing. ALEJANDRO CESAR CORLETTI, “TELEMATICA.ISC”. Publicado en: http://soporteyajalon.es.tl/REDES-ORIENTADAS-YNO-ORIENTADAS-A-CONEXION.htm, Fecha no disponible.
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