Redes de telecomunicaciones

Introducción a la Ingeniería
TEMA 3*
Redes de telecomunicaciones
*Todas las imágenes de esta presentación son reproducciones del libro: “Una panorámica de las telecomunicaciones”, Prentice-Hall, 2002.
II 3: Redes de telecomunicaciones
Introducción
1
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Introducción
• Telecomunicación:
– Transmisión de mensajes a distancia por medio de
conductores eléctricos, ópticos o electromagnéticos
• Red de telecomunicaciones (comunicaciones):
– Conjunto de elementos que hace posible el establecimiento
de comunicaciones entre usuarios distantes (Æ
infraestructura).
– ≠ servicio de telecomunicaciones (p.ej., red telefónica con
servicios telefónico y de acceso a internet).
– Redes existentes se especializan en:
• Información que se transmite (p.ej., voz –telefónica, datos –X.25,
…).
• Servicios que son capaces de soportar.
• Tendencia actual Æ Redes multimedia.
II 3: Redes de telecomunicaciones
Introducción
2
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Contenidos
3.1 El “hardware” de las redes de comunicaciones.
- Terminal usuario, red de acceso, red de conmutación y transporte.
3.2 El “software” de las redes de comunicaciones.
- Señalización, modelo de referencia OSI y niveles, protocolos.
3.3 Principales redes existentes.
- Telefónica, red móvil, red datos e Internet, redes de difusión.
3.4 Convergencia en las redes.
3.5 Operadores de telecomunicación.
II 3: Redes de telecomunicaciones
Introducción
3
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Hardware de las redes
• Dispositivos comunes:
• Distintas redes:
– Distintos equipos (terminales).
– Distinta capacidad en la red de acceso.
– Distinto tipo de conmutación (núcleo de red).
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.1 Hardware de las redes
4
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Hardware: terminal de usuario
Dispositivo que sirve de interfaz con la red:
– Conversor de mensajes a señales (eléctricas, ópticas, o
electromagnéticas) y viceversa.
– Otra información de señalización (tipo de comunicación,
identidad del destino, …).
– Más comunes:
– Otros: receptor TV (digital), receptor radio, etc.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.1 Hardware de las redes
5
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Hardware: red de acceso
Conexión individual de terminales con
núcleo de red Æ coste muy elevado
(60%) Æ compartida por redes y
servicios (ej., par de cobre).
Tecnologías:
-
Par de cobre:
-
-
Fibra óptica, Gb/s Æ múltiples usuarios +
elevado coste Æ núcleo de red:
-
-
FTTH, FTTB (fibra + coaxial/xDSL), FTTC
(fibra + xDSL)
HFC (Hybrid Fibre Coax): redes CaTV, voz
y datos (modem de cable ≈ xDSL).
Acceso radio fijo, enlace radio entre terminal
y estación receptora:
-
-
Acceso telefónico (voz, 64KB/s)
RDSI (voz y datos, 144KB/s)
xDSL -Digital Subscriber Line-: HDSL -High
rate-, ADSL –Asymetric-, VDSL -Very high
rate- (voz y datos, hasta 52Mb/s)
WLL (Wireless Local Loop), LMDS (Local
Multipoint Distribution System > ancho banda)
Acceso radio móvil, enlace radio entre
terminal y estación base:
-
Bluetooth (distancias cortas), DECT (Digital
Enchanced Cordless Telecomm), GSM (2G),
UMTS (3G).
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.1 Hardware de las redes
6
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Hardware: red de conmutación y
transporte
•
•
•
Usuarios Æ Nodos de conmutación (ej., central de conmutación local, varios
miles de usuarios) Æ Líneas de alta capacidad interconectadas a su vez (ej.,
centrales de tránsito).
Jerarquía en la red de conmutación y transporte (ej., central local, central de
tránsito, central de larga distancia, central internacional, etc.).
Tipos de conmutación:
– Conmutación de circuitos: se mantiene la conexión física durante toda la
comunicación (bajo retardo pero ineficiente).
– Conmutación de paquetes: la información troceada se transmite por diferentes
caminos (más eficiente pero introduce retardos) Æ enrutadores (routers).
Æ ATM (Asynchronous Transfer Mode): técnica de conmutación de paquetes que permite
crear circuitos virtuales de bajo retardo.
•
Conexión de centrales de conmutación Æ enlaces de transmisión (= transporte).
– Hasta miles de millones de comunicaciones simultáneamente (máximo de las
esperadas).
– Cobre, radio, microondas, vía satélite, … Æ fibra óptica.
– Multiplaje (o multiplexación): TDM, o FDM (WDM –Wavelentgh Division
Multiplexing- en caso de FO)
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.1 Hardware de las redes
7
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Software de las redes (I)
Red telefónica Æ señalización y control:
-
Señalización en banda (ej., tonos
telefónicos)
Señalización fuera de banda o canal común
(ej., RDSI)
Redes de datos:
-
Mayor inteligencia en los terminales Æ se
traslada parte del establecimiento y control
de la comunicación al terminal Æ Jerarquía
de niveles o funciones Æ modelo de
referencia OSI (Open Systems
Interconnection):
-
Niveles de Red:
- Físico: acceso al medio Æ protocolo de nivel
físico (ej., tipo de modulación)
- Enlace: estructura de tramas libre de errores
(ej., corrección de errores, necesidad de
retransmisión)
- Red: división/encaminamiento/ensamblaje de
paquetes y control de congestión
-
Niveles de Aplicación:
- Transporte, Sesión, Presentación, Aplicación.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.2 Software de las redes
8
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Software de las redes (y II)
-
Niveles Æ cabeceras Æ dígitos binarios Æ señales binarias.
Ejemplo:
-
-
Conexión a Internet con línea telefónica: TCP (Transmission Control Protocol) = transporte,
entre la aplicación e IP (Internet Protocol) = red, que a su vez está sobre PPP (Point-to-Point
Protocol) = enlace sobre el nivel físico proporcionado por un módem telefónico (ej., V.92).
Conexión a Internet a través de LAN (Local Area Network): TCP (Transmission Control
Protocol) = transporte, entre la aplicación e IP (Internet Protocol) = red, que a su vez está sobre
Ethernet = enlace y físico.
NOTA: no todas las redes encajan con el modelo OSI.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.2 Software de las redes
9
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes telefónicas (I)
-
Red telefónica pública conmutada (PTSN –Public Switched Telephone Network) y red digital de
servicios integrados (ISDN –Integrated Services Digital Network).
Núcleo red PTSN y totalidad ISDN digital.
Flujo básico 64 Kb/s (8000 muestras/s, 8 bits/muestra) + TDM + conmutación de circuitos Æ Jerarquía
Digital Plesiócrona (PDH –Plesiochronous Digital Hierarchy):
-
En Europa: 32 canales (2 para señalización) con TDM para formar trama E1 (2048 Kb/s) × 4 (TDM) + 2 canales
señalización = E2. De igual forma E3, E4, y E5 (7680 canales de 64 Kb/s).
En EEUU ligeramente distinto (23 canales Æ T1 × 4 = T2 × 7 = T3 × 6 = T4).
Se pueden interconectar Ex con Tx (ej., 3 E1 = T2).
Inconvenientes en flexibilidad y monitorización de red.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
10
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes telefónicas (y II)
PDH Æ Jerarquía Digital Síncrona (SDH –
Synchronous Digital Hierarchy), mucho más
flexible (se pueden combinar flujos de
distintas velocidades que pueden insertarse y
extraerse de forma independiente):
-
-
Trama básica de transmisión: STM-1
(Synchronous Transport Module level 1) =
matriz de 9×270 bytes a 155,52 Mb/s =
contenedores virtuales (datos a transmitir +
información de monitorización) +
información sobre la organización del
contenedor.
Tramas STM-n Æ velocidad de transmisión n
× 155,52 Mb/s.
Se pueden reducir el número de niveles de la
jerarquía Æ malla.
Diferencias entre PTSN e ISDN:
-
PTSN 4Khz, ISDN 144 Kb/s (2 canales 64
Kb/s + señalización y datos 16 Kb/s).
Terminal ISDN más complejo (señalización).
En ISDN nodos especializados para conexión
con otras redes.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
11
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes terrestres móviles públicas
-
Permiten movilidad del usuario, característica común: acceso vía radio.
Voz (1G), voz y datos (GSM), datos (WiFi), audio y vídeo (TDT).
Públicas/privadas, unidireccional/bidireccional.
PLMN (Public Land Mobile Networks):
-
Red celular (reducción de tamaño y potencia) Æ células (tamaño no uniforme: macro r ≈ 10km,
mini r ≈ 1km, micro r ≈ 0,5km, pico r ≈ 0,1km) y estaciones base (≠ f)
Organización jerárquica (BSC –Base Station Controller, MSC –Mobile Switching Center Æ
conexión con otras redes)
Facilidades básicas:
- Itinerancia (roaming): mantenimiento del usuario dentro de la red (entre operadores).
- Radiobúsqueda (paging): localización del usuario.
- Traspaso (handover): traspaso de una BS a otra en el curso de una comunicación.
-
Diferentes sistemas:
- GSM (Global System for Mobile communications): sistema europeo 2G, banda 900 MHz, acceso con
modulación digital en frecuencia GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) + TDMA (Time Division
Multiple Access), voz y datos, conmutación de circuitos.
- DCS-1800 (Digital Communication System): ampliación de GSM en la banda de 1800 MHz.
- GPRS (General Packet Radio System): 2.5G, conmutación de paquetes, 100 Kb/s.
- UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): 3G, acceso terrestre (UTRA) y satelital, acceso
con modulación digital de espectro ensanchado por secuencia directa + CDMA (Code) Æ WCDMA
(Wideband, ≈ 5 MHz), FDD o TDD para ascendente y descendente, últimos avances (turbocódigos,
diversidad espacial), red IPv6 (QoS –Quality of Service)
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
12
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes de datos e Internet (I)
-
-
Datos sobre PTSN Æ ineficiente Æ redes
de datos (conmutación de paquetes).
DTE (Data Terminal Equipment) =
terminal de usuario Æ Punto de Acceso
Æ Enrutadores (routers) = nodos de
comunicación.
LAN (Local Area Network):
-
-
-
Local ≈ 1 km.
Diferentes equipos, compartir recursos.
Topologías: bus (estándar Ethernet),
anillo.
Acceso múltiple: CSMA-CD (Carrier
Sense Multiple Access with Collision
Detection = se escucha antes y durante la
transmisión, estándar Ethernet) y Paso de
Testigo.
Conexión mediante hubs (físico), bridges
(enlace) y routers (red) Æ otras redes.
WAN (Wide Area Network):
-
Conexiones lógicas (virtuales) entre
multitud de usuarios independientes y
distantes
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
13
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes de datos e Internet (y II)
•
Redes de datos:
-
Red X.25: recomendación ITU-T (Unión
Internacional de Telecomunicaciones),
comunicación DTE con nodo de conmutación
de paquetes, circuitos virtuales, baja velocidad
(<64Kb/s).
Frame Relay: conmutación paquetes, circuitos
virtuales, alta velocidad (>2Mb/s).
ATM (Asynchronous Transfer Mode):
broadband ISDN, conmutación de celdas
(paquetes de longitud fija y reducida), QoS
garantizada.
Redes IP: conmutación de paquetes de tamaño
variable con dirección de destino.
-
-
•
Internet es un tipo de internet (LANs +
WANs):
-
World Wide Web (extensa telaraña mundial).
Básico: Ordenador + modem + línea telefónica
+ ISP (Internet Service Provider) a través de
sus PoP (puntos de presencia).
Always on vs dial in.
Redes regionales (nacionales) Æ Internet
Backbone en EEUU (EuropaNET en Europa).
-
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
14
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Redes de difusión
•
•
•
•
•
Fundamentalmente radio y TV.
Una fuente y múltiples destinatarios, unidireccional.
Centro emisor y repetidores de señal.
Sistema digital de radio (DAB –Digital Audio Broadcasting).
Sistema digital de televisión (DVB –Digital Video Broadcasting):
- COFDM (Coded Orthogonal) = transmisión simultánea por múltiples
portadoras.
- Diferentes accesos para DVB: DVB-T, DVB-S, DVB-CS y DVB-C.
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.3 Principales redes existentes
15
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Convergencia en las redes
• Señales analógicas pero grandes avances en codificación,
tratamiento y transmisión digital Æ redes de comunicaciones
digitales (gran versatilidad).
• Gran versatilidad de la conmutación de paquetes, se puede
garantizar la QoS (IPv6, o RTP –Real Time Transport Protocol),
posibilidad de difusión (multicasting)
Æ Redes IP (núcleo de UMTS)
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.4 Convergencia en las redes
16
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Operadores de telecomunicación
•
•
Liberalización de las telecomunicaciones (monopolio Æ variedad de oferta) Æ
operadores de red de telecomunicaciones.
Móvil:
– Telefónica (establecido o dominante):
•
•
•
•
Ofrece todo tipo de servicios.
Mantiene una alta cuota de mercado.
Dueña de la mayor parte de la red de acceso.
Telefónica de España, Móviles, Data, I+D, Terra, etc.
– Airtel Æ Vodafone (UK)
– Amena Æ Orange (France Telecom)
•
Fijo:
– Retevisión
•
ISP:
– Terra (Telefónica), Jazztel, … ¡cambio muy rápido!
II 3: Redes de telecomunicaciones
3.5 Operadores de telecomunicación
17
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>
Introducción a la Ingeniería
TEMA 3*
Redes de telecomunicaciones
*Todas las imágenes de esta presentación son reproducciones del libro: “Una panorámica de las telecomunicaciones”, Prentice-Hall, 2002.
II 3: Redes de telecomunicaciones
Fin del Tema
18
<Introducción a la Ingeniería. Julián Fiérrez Aguilar – Curso 2006-07>