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>