3ClaseCCMux 2392KB Mar 04 2016 11:06:47 PM

Técnicas de Conmutación en redes WAN
Multiplexación
Trabajar con un medio compartido.
• SDM: Space Division Multiplexing
• FDM: Frequency Division Multiplexing.
• TDM: Time Division Multiplexing.
• TDM Asincrónico.
• TDM Sincrónico.
SDM
Utilización de múltiples antenas para arreglo de fase o sistemas MIMO.
• Aprovechamiento de características de fading del canal de aire.
• Uso extendido en redes WiFi.
•
FDM
•
BW ≥ ∑Bi
• Cada
señal se modula con una fc.
• Problema de solapamiento => interferencias (Diafonía, Voz 3100 => 4 KHz).
• Canales separados por guardas de seguridad.
• Uso broadcasting de televisión y radio.
TDM
• rb
≥ ∑ rbi
• Combinación en el tiempo de streams (flujos) de baja velocidad.
• Cada
stream a velocidad fija y pre-definida.
• El canal de alta velocidad se divide en time slots, usados alternativamente por cada fuente.
• Uso extendido en sistemas de telefonía y algunos sistemas celulares.
• Ejemplo: Canal capaz de Tx 192 kbps instalado entre dos puntos geográficos.
Tres fuentes de telefonía en un extremo, cada una de 64 kbps (¿por qué?), necesitan Tx
información a tres usuarios distintos en el otro extremo. En Rx se deben de-multiplexar los
datos para su entrega correcta.
TDM
•
Tamaño apropiado de time slots => trade-off (η, τ).
• Si
son muy pequeños (un bit) => multiplexor y demultiplexor muy rápidos.
Duración de más de un bit => uso de buffers en período de espera. Existen aplicaciones
(videoconferencia) no tolerantes a estos retardos adicionales.
•
Permite acomodar fuentes de distintas velocidades => diferentes asignaciones de time
slots.
•
TDM – Jerarquía de primer nivel
• Ejemplo: Multiplexado de 30 canales de voz.
• Voz => 300 Hz a 3400 Hz => canal de voz 4 KHz => fs = 8 KHz. Transmisión telefónica usa
codificación de 8 bits => rbi = 64 Kbps.
• A la salida del MUX => ranuras canal 1 hasta canal 30.
• Sucesión de ranuras = trama. Repetición en el tiempo.
• rb = ∑ rbi = 1.920 Mbps. Primer etapa de la jerarquía digital sincrónica (Argentina y Europa)
para la red de telefonía: CCIT/PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy, Jerarquía Digital
Plesiócrona).
TDM – Fuentes a distinta velocidad
Ejemplo: Tres streams 8 kbps,16 kbps y 24 kbps.
• rb = ∑ rbi = 48 kbps.
• Nº de time slots por fuente => Reducción de velocidades 8:16:24 a la forma más baja posible
1:2:3.
• ∑ Tbi = 6, longitud mínima de la trama.
• Cada ciclo de 6 slots => 1 slot para la fuente 8 kbps / 2 slots para la fuente 16 kbps /
3 slots para la fuente 24 kbps.
•
TDM sincrónico –Exigencias y aplicaciones
•
La posición de cada fuente en la trama debe ser conocida en la Rx.
•
Sincronismo de Tx y Rx con el período de slot.
•
Sincronismo de trama para separar correctamente las fuentes en el DEMUX.
•
Sincronismo de trama Tx por el MUX por canal separado.
•
Sincronismo de trama por por correlación entre la trama TDM y una ¨patrón¨de uso exclusivo
para sincronismo.
•
Ventaja TDM: Es un esquema eficiente en el caso de fuentes predecibles y tráfico pesado, de
tal manera que los slots de tiempo estén siempre ocupados.
TDM Sincrónico – Tráfico de ráfagas
TDM Sincrónico- PDH – E1 (Argentina)
•
Casi sincrónico => comunicación MUX-DEMUX sin necesidad de relojes perfectamente
sincronizados.
•
Compensación: ¨bit stuff¨ o ¨bits de justificación¨.
•
30 canales analógicos de voz => trama 2048 kbps.
•
Cuantificación no uniforme ley A.
•
Información adicional: el primer slot para alineación de trama y control de alarmas y el slot 16
se utiliza para enviar la información de señalización.
•
32 intervalos de tiempo de 8 bits, 30 para canales vocales, uno para tareas de control y otro
para señalización.
TDM Sincrónico – Jerarquías PDH
TDM Sincrónico – Trama T1 (USA)
• 24 canales de voz, fs=8KHz.
• 7bits/muestra, 1bit señalización/muestra, 1 bit para alineación y control.
• 193 bits, 125 μseg => 1.544 Mbps
• Cuantificación no uniforme ley μ
TDM Sincrónico - Jerarquías
24 Canales
de Voz
Banco de
Canales
T1:
1.544
Mbps
1
2
3
4
Digital Data
MUX
T1
T2
1
2
3
4
5
Visual TE
fs=2Mhz
DPCM
6
T2
7
2bits/muestra
9bits/muestra
1
2
3
4
TV
fs=10Mhz
T3
T3
PCM
T3
5
6
T4
TDM Sincrónico
PCM 64kbps
AT&T- USA y Japón
CCIT / PDH Europa y
Argentina
Nº de
Entradas
Velocidad de
Salida Mbps
Nº de
Entradas
Velocidad
de Salida
Mbps
Primer Nivel
24
1.544
30
2.048
Segundo Nivel
4
6.312
4
8.448
Tercer Nivel
7
44.736
4
34.368
Cuarto Nivel
6
274.176
4
139.264
Comparación FDM vs TDM:
• FDM equivalente en el cuarto nivel AT&T: (24 x 4 x 7x 6) canales x 4 KHz/canal = 4032
canales x 4 KHz/canal = 16.128 MHz
• TDM en el cuarto nivel AT&T: BWTx = 274.176/2 = 137.088 MHz
¿Cuál es el sentido si la Eficiencia es de apenas 16.128 / 137.088 = 11.77%?
TDM. SONET/SDH
• Synchronous Optical Network (SONET): Estándar de interfaz óptica para que equipos de Tx
de distintos vendedores, se puedan comunicar a través de un enlace de FO. MUX tipo byteinterleaved.
• Requerimientos de equipos reducidos y confiablidad de la red mejorada.
• Define una trama con encabezados para manejo específico de la información de la carga.
• Permite transporte de señales de baja velocidad como DS1 (1.544 Mbps) o DS3 (44.736
Mbps).
• Su estructura sincrónica => interfaces sencillas con conmutadores digitales y otros
multiplexores. Primary Reference Clock (PRC), cuya exactitud es mejor que ±1 en 1011 y se
deriva de un estándar atómico de cesio.
• SONET define niveles de portadora óptica (OC) y señales de transporte sincrónico eléctricas
equivalentes (STSs) para una jerarquía basada en FO.
SONET (EEUU y Canadá) / SDH
SONET
ITU-T (SDH)
Velocidad Mbps
Velocidad Información Mbps
51.84
50.112
155.52
150.336
466.56
451.008
622.08
601.344
STS-18/OC-18
933.12
902.016
STS-24/OC-24
1244.24
1202.688
STS-36/OC-36
1866.24
1804.032
2488.32
2405.376
4876.64
4810.752
9953.28
9621.504
STS-1/OC-1 (810 bytes)
STS-3/OC-3
STM-1 (2430
bytes)
STS-9/OC-9
STS-12/OC-12
STS-48/OC-48
STM-4
STM-16
STS-96/OC-96
STS-192/OC-192
STM-64
SONET/SDH – Trama STS-1
SPE, Envoltura de Carga
SONET/SDH – Trama STS-1
• STS-1 = Synchronous Payload Envelope (SPE) con overhead de Path.
• 8000 tramas/seg. => período = 125 μseg => (810 bytes x 8bits/byte)/ 125 μseg = 51.84
Mbps.
• Los bytes se Tx fila por fila.
• 27 bytes para overhead de transporte = 9 (section overhead) y 18 (line overhead).
• STS-1 SPE: 783 bytes (87columnas x 9 filas).
• Columna 1 (9 bytes) es STS path overhead (POH).
• Columnas 30 y 59 es fixed stuff.
• Restantes 756 bytes de carga o payload.
• Existe 1 columna (apuntada desde Información Suplementaria de Línea) que es
Información suplementaria de ruta.
SONET/SDH – Arquitectura
SONET/SDH – Trama STS-1
Sección
Línea
A1(F6) Sincronismo comienzo trama
B1 Byte de paridad de bits trama previa
D1 Canal 192 kbps alarma,mantenim.
H1 Puntero alineamiento de trama
B2 Byte de paridad errores de línea
D4 Canal 576 kbps alarma,mantenim
D7 Canal 576kbps alarma,mantenim
D10 Canal 576kbps alarma,mantenim
Z1 Reservado
A2(28) Sincronismo comienzo trama
E1 Canal Opcional 64 kbps de voz
D2 Canal 192 kbps alarma,mantenim.
H2 Puntero alineamiento de trama
K1 Señalización entre equipos
D5 Canal 576kbps alarma,mantenim
D8 Canal 576 kbps alarma,mantenim
D11 Canal 576kbps alarma,mantenim
Z2 Reservado
C1 STS-(1 a N)
F1 Canal 64 kbps de datos usuario
D3 Canal 192 kbps alarma,mantenim.
H3 Puntero alineamiento de trama
K2 Señalización entre equipos
D6 Canal 576 kbps alarma,mantenim
D9 Canal 576 kbps alarma,mantenim
D12 Canal 576kbps alarma,mantenim
E2 Canal 64 kbps voz
• SONET incorpora varios tipos de overhead de canales.
• Se incluyen canales para mantenimiento, de usuario, de orden, etc.
• El overhead se organiza en niveles o capas y se asigna BW para cada nivel.
• Los niveles se organizan según la función que cumplen los distintos canales. De esta
manera, el equipo puede acceder a la información de overhead en un nivel específico sin
fijarse en otros, por ejemplo sólo Sección, o sólo Línea y Sección.
TDM Estadístico
•
Existe una reserva dinámica bajo demanda de los slots.
• Cada
•n
línea de I/O tiene asociada una memoria temporal.
líneas de I/O, k slots de salida en la trama TDM, con k < n.
El MUX sondea las memorias de entrada y genera una trama según datos disponibles. No
existen slots vacíos en la trama de salida: Se pierde significado posicional. Se debe agregar
un esquema de direccionamiento. Útil cuando los streams de baja velocidad son de
velocidad variable
•
• Los
dispositivos conectados no Tx todo el tiempo
La velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de las
entradas. MUX estadístico puede acomodar más dispositivos con la misma velocidad de
salida.
•
TDM Estadístico
TDM Estadístico
Pérdida de orden => dificultad adicional en la entrega => esquema de direcciones.
TDM Estadístico
•
rb en el canal de salida fluctuaría entre dos valores extremos.
• Almacenar
• Ausencia
• Header
datos en buffers para acomodar diferencias de demanda.
de slots fijos => información adicional para demultiplexor.
posee dirección del destinatario. (bloque de datos+header) = paquete.
Header puede contener direcciones fuente y destino, redundancia para control de errores,
número de secuencia, nivel de prioridad, etc. También se pueden agregar otros bits al principio
y al final para sincronismo: start flag y end flag.
•
•
Los bits extra reducen la velocidad efectiva de Tx. Se habla de Overhead.
TDM Estadístico
•
rb < ∑ rbi
Para momentos de demanda pico se agregan buffers para almacenamiento temporal de
los datos en exceso.
•
Trade off memoria utilizada vs. rb. A menor cantidad de memoria, menor retardo de
procesamiento y mayor deberá ser la velocidad. Siempre la reducción de memoria implica
aumento de velocidad y el aumento de memoria implica aumento del retardo.
•
• Store
& forward, base de packet switching. Algunas app no lo toleran (voz).
• Trade
off tiempo de respuesta vs. rb.
TDM Estadístico
Capacidad 5 Kbps
Capacidad 7 Kbps
Entrada
(bits/mseg)
Salida
Exceso =>
Almacenamie
nto temporal
Salida
Exceso
6
5
1
6
-
9
5
5
7
2
3
5
3
5
-
7
5
5
7
-
2
5
2
2
-
2
4
-
2
-
2
2
-
2
-
3
3
-
3
-
4
4
-
4
-
6
5
1
6
-
1
2
-
1
-
10
5
5
7
3
7
5
7
7
3
5
5
7
7
1
8
5
10
7
2
3
5
8
5
-
6
5
9
6
-
2
5
6
2
-
9
5
10
7
2
5
5
10
7
-
TDM Estadístico - Parámetros del MUX
I = Nº de fuentes de entrada.
• R = Velocidad de cada fuente, (I.R) = entrada máxima total
• M = Velocidad de salida de la línea multiplexada, bps. M < (I.R)
• K = M / (I.R). Mide la capacidad de compresión. K = 0.5 => capacidad de manejo del
doble de dispositivos que en el caso K=1 (sincrónico).
• α = fracción promedio de tiempo que Tx cada fuente, 0 < α < 1.
• α < K < 1. Si K < α la entrada excede la capacidad del MUX.
• Teoría de colas: Retardo del cliente = t de cola + t servicio = f
• (Patrón de tráfico, Servidor). Distribución Poisson y t servicio constante.
• λ = α I R = Velocidad de llegada promedio en bps
• Ts = 1 / M = Tiempo de Servicio o tiempo empleado en Tx un bit.
• ρ = λ Ts = α I R / M = α / K = λ / M = Utilización
• N = ρ2 / 2 (1 - ρ) + ρ = Nº promedio de clientes en espera y en servicio.
• Tr = Ts (2 – ρ) / 2 (1 - ρ) = Tiempo promedio de espera y en servicio por cliente.
•
TDM Estadístico
50
45
40
35
N
30
25
20
15
10
5
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
Ro
0.6
0.7
0.8
0.9
1
• Tx en bloques de 1000 bits.
• Gráfico: nº promedio de tramas a almacenar en función de la Utilización media de la
línea. Depende sólo de ρ y no directamente de M
• Si λ = 5000 bps, M= 5000 bps => ρ = λ /M =100% y N = 50
• Si λ = 5000 bps, M= 7000 bps => ρ = λ /M =71.4% y N = 1.58
TDM Estadístico
250
200
Tr, ms
150
100
50
M = 25 kbps
M = 50 kbps
M = 100 kbps
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Ro
• Gráfico: retardo medio experimentado por una trama en función de la Utilización y la
velocidad de datos.
• A medida que crece la Utilización aumenta el requisito de almacenamiento temporal y
el retardo. El retardo, disminuye (a ρ constante) a medida que aumenta la capacidad del
enlace (M).
• No resulta deseable una Utilización superior al 80%
TDM Estadístico
I = 10 R = 100 bps M = 500 bps
K = M / (I.R) = 0.5 α = 0.4 α < K < 1.
λ = α I R = 400 bps
Ts = 1 / M = 2 mseg
ρ = λ Ts = α I R / M = α / K = λ / M = 0.8
N = ρ2 / 2 (1 - ρ) + ρ = 2.4
I=
100 R = 100 bps M = 5000 bps
K = M / (I.R) = 0.5 α = 0.4 α < K < 1.
λ = α I R = 400 bps
Ts = 1 / M = 0.2 mseg
ρ = λ Ts = α I R / M = α / K = λ / M = 0.8
N = ρ2 / 2 (1 - ρ) + ρ = 2.4
•ρ
no se modifica (N tampoco) aunque M varía.
• Multiplexores
por fuente.
que gestionan gran cantidad de fuentes requieren menor cantidad de memoria
Conmutación de Circuitos
Conmutación de Circuitos
• Red de TE fija distribuida por todo el mundo.
• Red de Conmutación de Circuitos en Modo Orientado a la Conexión.
• Establecer una llamada => establecer un canal de voz dedicado entre abonados.
• Finalizar la llamada => liberar el canal reservado.
• Red Jerárquica:
Líneas de Acceso de Abonados, Centrales de Conmutación Locales, Centros de Conmutación
de Ámbito Nacional o Estatal.
• La Tx de voz hasta la central es analógica pero la red internamente es digital.
• Capacidad de Conmutación en la Jerarquía varía de acuerdo al volumen de tráfico que
manejan los conmutadores.
• Digital => permite multiplexar canales.
Conmutación de Circuitos
Redes de Acceso y de Conmutación Locales: conectan los abonados a la central
local, LE (Local Exchange) ó EO (End Office).
Redes de Operadoras Troncales de Interconexión: de ámbito nacional, conmutan
llamadas entre centrales regionales (metropolitanas) o nacionales, a través de
centrales intermedias (tándem).
Redes Internacionales: asociada a cada red nacional existe un IGE, (International
Gateway Exchange) encargado de la conmutación entre redes nacionales diferentes.
Conmutación de Circuitos
Conmutación de Circuitos
•
En algunos países la red nacional es propiedad de un único operador.
• En
la mayoría de los países existen operadores que gestionan el acceso local y otros que
gestionan sus propias redes troncales.
• En
•
•
•
la práctica existen tres sistemas interrelacionados:
Sistema de Transmisión
Sistema de Conmutación
Sistema de Señalización.
Conmutación de Circuitos - Transmisión
Cada abonado se encuentra conectado a una LE (Local Exchange) por un único par
trenzado de cobre de 8 km como máximo. El cable es la línea o bucle de abonado
(Suscriber Line).
•
• PSTN
=> Tx sobre la línea es analógica.
• Además de
• Red
la sección local, existe la sección de la red troncal.
troncal => Tx y conmutación digital. PDH, SDH.
Conmutación de Circuitos
•
Secuencia de enlaces conectados entre nodos => camino dedicado entre
extremos.
•
Establecimiento del Circuito. El circuito es establecido como secuencia de enlaces
físicos entre nodos. Cada enlace físico reserva un canal lógico (FDM/TDM) para
cada conexión.
•
Transferencia de Datos. Modo full dúplex.
•
Desconexión. Por indicación de un extremo. Se liberan los recursos.
•
Eficiente para comunicación de voz. Capacidad desperdiciada en el caso de
comunicación de datos. Velocidad fija de Tx. Retardo previo a la transferencia.
Retardo de propagación. Retardo en los nodos despreciable.
Conmutación de Circuitos . Un nodo
• Conmutador Digital: ruta full duplex transparente entre dispositivos.
• Interfaz de Red: para conexión de dispositivos (TE / Otros Nodos).
• Unidad de Control: establece conexiones a demanda (gestiona y confirma petición,
rutea, comprueba si destino libre), mantiene las conexiones (TDM) y es la encargada de
la liberación.
• Bloqueo: dos estaciones no se pueden conectar porque todos los caminos o rutas entre
ellas están ocupados. Aceptable para transmisión de voz pero no para transmisión de
datos.
Conmutación de Circuitos - SDM
• Principios comunes para transporte de señales analógicas o digitales.
• Conmutador por división en el espacio: las rutas de señal que se establecen se
encuentran divididas en el espacio.
• Cada conexión necesita el establecimiento de un camino físico a través del conmutador
que se dedique únicamente a la transferencia de señales entre los dos extremos.
• Rutas físicamente independientes.
• Matriz de conexiones. Habilitación de puntos de cruce.
• N2 puntos de cruce asegura todas las posibilidades ($).
• Pérdida de un cruce impide conexión entre los que se cruzan.
• Ineficiente aunque todos se encuentran activos.
Conmutación de Circuitos - SDM
• Conmutador por división en el espacio multi-etapa reduce número de puntos de cruce.
• 10 líneas => 48 cruces. Más de una ruta para conectar dos extremos.
• Gestión más compleja pues habrá que determinar una ruta (no sólo un cruce).
• Puede ser bloqueante.
5 conectado con 2.
6 conectado con 1.
10 no puede conectarse con 3, 4 ó 5.
Conmutación de Circuitos - TDM
• Era Digital => Conmutador por división en el tiempo. Tecnología de Bus TDM sincrónico,
una línea de alta velocidad para datos de entrada, que se les asigna ranuras. Es full dúplex.
• Cada línea se habilita durante el periodo de la ranura asociada => ráfaga de datos se dirije
hacia el bus. Al mismo tiempo se habilita una de las puertas de una línea de salida.
• A través de las sucesivas ranuras se habilitan diferentes parejas de líneas de entra/salida,
permitiendo diferentes conexiones sobre el bus.
• Los dispositivos conectados al bus consiguen la operación duplex transmitiendo durante
una ranura asignada y recibiendo durante otra.
• La asignación de las líneas de entrada puede ser fija mientras que las de salida varían
para permitir distintas conexiones.
Conmutación de Circuitos - Ruteo
• Requisitos:
Eficiencia: minimizar cantidad de conmutadores teniendo en cuenta la capacidad para
aceptar toda la carga esperada en función del horario. Existe un costo de gestión que se
reduce con la cantidad de equipamiento.
Flexibilidad: acomodo ante sobrecarga de tráfico y fallas de equipos.
La relación de compromiso es la clave de diseño que determina el equilibrio.
• Estructura original Jerárquica tipo Árbol Estática =>. enlaces de alta capacidad para
conexión entre centrales troncales. No flexible. Sobredimensionada para dar repuesta a
variaciones.
• Estructura actual de Pares Dinámica => Variable ante condiciones de tráfico. Más
compleja porque se aleja de la jerarquía. Más flexible pues existen rutas alternativas
ordenadas por preferencia para cada destino. El orden se establece en base a patrones de
tráfico y puede especializarse según las distintas horas del día.
Conmutación de Circuitos - Señalización
• Para gestionar la red. Para establecer, mantener y finalizar las llamadas, intercambiando
información entre el abonado y los conmutadores, entre los conmutadores entre sí y entre los
conmutadores y el centro de gestión de red.
• Funciones de señalización:
• Generación de tonos audibles para el abonado: marcar, llamada, ocupado.
• Tx de número destino a central de conmutación: ruteo.
• Comunicación de aviso de llamada no posible entre conmutadores
• Comunicación de aviso de finalización de llamada entre conmutadores.
• Generación de señal audible en destino.
• Tx de información para facturación, para estado de equipos y líneas: ruteo y mantenimiento,
para diagnóstico y aislamiento de fallos.
• Control de equipos especiales: satélites.
Conmutación de Circuitos - Señalización
• Cuatro categorías :
1) Señales de supervisión: señales de control binarias (activado/desactivado,
verdadero/falso), tales como solicitud de servicio, respuesta, aviso y retorno a
desocupado. Informan a cerca de la disponibilidad del abonado llamado y de los recursos
de la red necesarios.
2) Las señales de direccionamiento: identifican al abonado. Inicialmente se genera una
señal de dirección por parte de un abonado origen cuando marca un número de teléfono.
La dirección resultante se puede propagar a través de la red para permitir el
encaminamiento y así localizar y hacer que suene el teléfono del abonado destino.
3) Las señales de información sobre la llamada: proporcionan al abonado información a
cerca del estado de la llamada y son señales audibles y se emplean para el establecimiento
y cierre de la llamada.
4) Las señales de gestión de red: para mantenimiento y funcionamiento general de la red.
Pueden tener forma de mensajes como por ejemplo una lista de rutas predefinidas
enviadas a una estación para la actualización de sus tablas de encaminamiento.
Conmutación de Circuitos - Señalización
• Contexto abonado/red. Contexto intra-red. Local Exchange traduce entre ambas.
• Señalización Intracanal: Tradicional. El mismo canal transporta señales de control e
información. Sigue toda la ruta de la llamada. Comparte recursos. Limitación en la velocidad
de transferencia.
Señalización Intrabanda: El mismo camino físico y la misma banda de frecuencia
transporta señales de control e información en distinto tiempo. Posible en silencios,
discontinua.
Señalización Fuera de Banda: Dentro del estrecho ancho de banda que no ocupa la señal
de voz (resto de los 4 kHz). No importa que haya o no señal de voz en la línea. Electrónica
adicional. Poco ancho de banda.
• Señalización por Canal Común: Señales de Control sobre rutas físicamente independientes
de los canales de voz. Se trata de canales de señalización comunes a varios canales de voz.
Se trata de una red que se especializa en el transporte de mensajes cortos. Reduce retardo
de establecimiento. Más adaptable a nuevas tecnologías.
Conmutación de Paquetes
Conmutación de Paquetes
• Tecnología de la década del 70.
• Surge como alternativa para la Tx de datos, ya que:
La red de Conmutación de Circuitos es ineficiente en el caso de tráfico en ráfagas.
La red de Conmutación de Circuitos ofrece conexión a equipos que operan a una velocidad
constante.
• Red de Conmutación de Paquetes: Conjunto de nodos distribuidos que conocen el estado
de los demás, aunque con cierto retardo y costo asociado al intercambio de información
adicional.
La información se Tx por medio de paquetes. Los paquetes llevan información de usuario y
la información de control necesaria para ruteo y hasta para manejo de prioridades.
Los nodos trabajan en modo store&forward. En los nodos, almacen temporal en colas. Así
existe conversión de velocidades.
Puede haber problemas de congestión.
Conmutación de Paquetes
• Técnica para gestionar una secuencia de paquetes provenientes de una fuente:
Técnica de Datagramas: Cada paquete se enruta de manera independiente.
Técnica de Circuito Virtual: Se establece una ruta previamente y todos los paquetes
siguen la misma ruta.
Conmutación de Paquetes
Técnica de Datagramas:
Recepción desordenada, posibles pérdidas. Secuencia ordenada es responsabilidad de los
extremos finales. Fácil de adaptar a situaciones de congestión. Técnica store&forward.
Técnica de Circuitos Virtuales:
Fase previa de establecimiento de la ruta. Fase final de liberación de recursos. Similar a
Conmutación de Circuitos. La red garantiza orden en la entrega y puede garantizar el control
de errores. Falla de un nodo genera la pérdida de todos los circuitos virtuales que pasan
por él. Técnica store&forward.
Conmutación de Paquetes
Tipos de Servicios de Red:
• Confiable: La Red garantiza la entrega de cada paquete en orden, sin pérdidas ni
duplicados.
• No Confiable o De mejor Esfuerzo: La Red entrega lo que puede. Confiabilidad será
funcionalidad de la capa de transporte.
• Orientado a la Conexión o De Circuitos Virtuales: Establecimiento de una llamada. Ruta
fija para todos los paquetes de la misma. VCI por cada paquete. Similar al Sistema
Telefónico.
• Sin Conexión o Datagramas: Tx independiente por paquete. Rutas variables por
paquete. Direcciones de fuente y destino por cada paquete. Similar al Sistema Postal.
Conmutación de Paquetes
Argumentos a favor de Orientado a la Conexión:
Conmutación más rápida. Procesamiento rápido en routers. En Establecimiento se
asignan números cortos llamados CVI (Identificadores de Circuito Virtual) en los headers.
VCI se consulta durante la fase de Transferencia, para re-envío.
Falta de recursos => DoS. En casi todos los esquemas de este tipo, si la red acepta la
llamada debe proveer el suficiente ancho de banda y en todo caso denegar nuevas
llamadas si la QoS de las establecidas se degrada.
Capa de transporte sencilla. Se ve aliviada en muchas de sus funciones simplemente por
que todos los paquetes siguen la misma ruta. P.e.: el cálculo de RTT para ReTx.
Conocimiento de MTU mínimo del camino. Al usarse una única ruta se puede conocer el
tamaño de paquete mínimo. Evita fragmentación.
Problema caída de nodo. Si un nodo cae, se pierden las conexiones que pasan por él.
(en Datagramas la recuperación no es instantánea).
Conmutación de Paquetes
Argumentos a favor de Sin Conexión:
Mejor ante fallas. Las redes Orientadas a la Conexión pierden las comunicaciones sin
poder determinar cuáles paquetes han llegado a destino y cuáles no y sin posibilidad de
recuperar paquetes que todavía se encuentren en la red. Pareciera que sí o sí se precisa
una capa de transporte confiable.
Capa de red más sencilla. La interfaces sobre una red Sin Conexión son más sencillas y el
código que maneja la capa de red más simple.
Hay muchos tipos de aplicaciones que no requieren entrega secuencial de paquetes y
otras son tolerantes a pérdidas. P.e. Tx de voz, donde los paquetes fuera de orden se
descartan pues se acepta algún porcentaje de pérdidas.
No siempre es eficiente reservar recursos. Tráfico tipo ráfaga (bursty) parece poco
eficiente reservar recursos.
Congestión no bloqueante. Es mejor permitir que todos usen la red a costa de una
degradación pareja del servicio que permitir que algunos la usen y denegar a otros.
Protocolos sin estado. Para aplicaciones C/S, mantener el estado de la comunicación por
parte de la red puede ser muy difícil dado la cantidad de comunicaciones simultáneas.
Comparación
Conmutación de Circuitos
Conmutación de Paquetes
Datagramas
Conmutación de Paquetes
Circuitos Virtuales
Ruta de Tx dedicada
para toda la conversación
Ruta no dedicada. Ruta individual
para cada paquete
Ruta no dedicada pero establecida
para toda la conversación
Tx de datos continua
Tx de paquetes
Tx de paquetes
Aplicaciones Interactivas
Aplicaciones Interactivas
Aplicaciones Interactivas
Los mensajes no se almacenan
Los paquetes se almacenan antes de
su envío
Los paquetes se almacenan antes de
su envío
Retardo de establecimiento.
Retardo de Conmutación
despreciable
Retardo de Conmutación
Retardo de establecimiento.
Retardo de Conmutación
Señal de ocupado si no puede
establecer
El feed-back sólo existe en capas
superiores
La red notifica a la fuente si no se
puede establecer
Puede ser bloqueante pero una vez
establecida la llamada el retardo
no varía
La sobrecarga puede aumentar los
retardos de Tx de un paquete
La sobrecarga puede ser bloqueante
y aumentar los retardos de Tx
de un paquete
Conmutación TDM de Alta Tecnología
Routers
Routers
No existe conversión de velocidades
Existe conversión de velocidades
Existe conversión de velocidades
Ancho de banda fijo
Uso dinámico del Ancho de banda
Uso dinámico del Ancho de banda
No existen headers
Existen headers
Existen headers
No existe protección contra pérdidas
Puede ser confiable o no
Generalmente es confiable
Conmutación de Paquetes
Funcionamiento Externo: Interfaz que vincula la estación del usuario con el nodo de acceso.
Servicio Orientado a la Conexión: Se realiza una solicitud de llamada para establecer una
conexión lógica (CV) con otra estación. Los paquetes enviados se numeran secuencialmente y
se transmiten en orden.
Servicio No Orientado a la Conexión o de Datagrama: No es necesario el establecimiento de
una conexión.
Funcionamiento Interno: Dentro de la red de nodos que ejercen la funcionalidad de ruteo.
Servicio Orientado a la Conexión: Se define una ruta para todos los paquetes de una misma
comunicación. Los paquetes se reciben en orden.
Servicio No Orientado a la Conexión o de Datagrama: La red trata de manera independiente
cada paquete. Puede haber recepción en desorden en el último nodo, antes de abandonar la
red.
Circuito Virtual Externo
B
Red de Conmutación
1,3
1,2
de Paquetes
1,1
A
2,3
2,2
2,1
C
Datagramas Externo
B
Red de Conmutación
B,3
B,2
de Paquetes
B,1
A
C,3
C,2
C,1
C
Circuito Virtual Interno
B
3
2
6
VC 1
1
A
C
4
VC 2
5
Datagrama Interno
B
B,2
B,1
3
2
B,2
B,1
B,3
6
1
A
C
B,3
4
5
Todas las combinaciones
Circuito Virtual Externo / Circuito Virtual Interno: El usuario solicita un CV, la red crea
una ruta dedicada tal que todos los paquetes siguen ese camino
Circuito Virtual Externo / Datagrama Interno: Paquetes pertenecientes al mismo CV
pueden seguir distintas rutas dentro de la red, pero el nodo final tiene la obligación de
entregar en orden.
Datagrama Externo / Circuito Virtual Interno: El usuario no solicita una conexión,
simplemente se limita a enviar paquetes. Internamente en la red se establecen CV.
Datagrama Externo / Datagrama Interno: Cada paquete se trata de manera
independiente desde que sale de la estación del usuario y mientras atraviesa la red.
Conmutación de Paquetes - Ruteo
Requisitos
Exactitud: corrección de Tablas de Ruteo. Se llenan por el Administrador o por un
protocolo de Ruteo. Un protocolo exige intercambio entre nodos vecinos o entre todos
los nodos de una red. Actualización periódica o ante cambios de topología o de volumen
de tráfico.
Simplicidad: Para reducir costos asociados al cálculo de rutas y al procesamiento.
Robustez: Ante fallos o sobrecargas. No perder paquetes o permitir la caída de CV
ante situaciones de fallo.
Estabilidad: Evitar situaciones de oscilación.
Imparcialidad: No existencia de situaciones de privilegio.
Optimización: según algún criterio o métrica (Nº de saltos, costo monetario, retardo,
ancho de banda, etc..)
Eficiencia: Los costos de encolamiento y de Tx óptimos. En datagramas la decisión es
por paquete, en CV por sesión.
Conmutación de Paquetes - Ruteo
Ruteo Estático
• Cálculo de rutas óptimas aplicando algún Algoritmo (Dijkstra, Bellamn-Ford).
• Mientras la topología no se altere, las rutas permanecen fijas.
• Entre cada par de nodos no es necesario almacenar la ruta completa sino sólo el próximo
nodo en el camino a destino. Cada Tabla en cada nodo debe ser consistente con las demás.
• No hay diferencias si la red es de Datagramas o de Circuitos Virtuales.
• Ventaja: Simplicidad.
• Desventaja: Inflexible ante fallos de congestión o de la red.
=> OK para redes pequeñas, confiables y con carga estacionaria.
Ruteo por Inundación
3
2
6
1
4
5
• Tx envía copias con dirección del destino por todos sus enlaces.
• Rx´s, re-envían copias por todos los enlaces excepto por el de entrada.
• Robustez: En algún momento el destino recibe una o varias copias (descubrimiento de
rutas, propagación de información). TTL.
• Debe ser capaz de reconocer paquetes duplicados para evitar ReTx (p.e identificador).
• Desventaja: Volumen de Tráfico generado.
Ruteo Dinámico
• Las Tablas de Ruteo pueden modificarse dinámicamente.
• Las fallas y la congestión condicionan las decisiones de ruteo.
• Es necesario un intercambio de Información entre nodos.
• PROTOCOLO DE RUTEO.
• Aumenta la carga de procesamiento en los nodos.
• Aumenta el tráfico.
• Compromiso entre frecuencia de intercambio y reacción.
• La información puede provenir sólo de nodos vecinos.
• La información puede provenir de todos los nodos.
Routers
• Rx. Acepta paquetes entrantes.
• Observa Dirección Destino. Busca en
Tabla. Selecciona port de salida. Puede
modificar cabecera.
• Deposita paquete en el port de salida.
Cola de salida. Tx sobre enlace de salida.
Routers