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 (ejemplo 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 circuItosson ideales para comunicaciones que requieren que los datos/información sean transmitidos en tiempo real.
Conmutación de paquetes (packetswitching):
En los sistemas basados en conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es ensamblada en paquetes. Cada paquete es entonces transmitido individualmente y éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-ensamblados.
Mientras que la conmutación de circuitos asigna un canal único para cada sesión, en los sistemas de conmutación de paquetes el canal es compartido por muchos usuarios simúltaneamente. La mayoría de los protocolos de WAN tales como TCP/IP, X.25, FrameRelay, ATM, son basados en conmutación de paquetes. La conmutación de paquetes es más eficiente y robusto para datos que pueden ser enviados con retardo en la transmisión (no en tiempo real), tales como el correo electrónico, paginas web, archivos, etc.
En el caso de aplicaciones como voz, video o audio la conmutación de paquetes no es muy recomendable a menos que se garantize un ancho de banda adecuado para enviar la información. Pero el canal que se establece no garantiza esto, debido a que puede existir tráfico y nodos caídos durante el recorrido de los paquetes. Estos son factores que ocasionen que los paquetes tomen rutas distintas para llegar a su destino. Por eso se dice que la ruta que toman los paquetes es "probabilística", mientras que en la conmutación de circuitos, esta ruta es "determinística".
Existen dos vertientes en la conmutación de paquetes:
-Virtual CircuitPacketSwitching (ej. X.25, FrameRelay)
- DatagramSwitching (ej. Internet)
En general puede decirse que ambas técnicas de conmutación pueden emplearse bajos los siguientes criterios:
-Conmutación de circuitos:Tráfico constante
-Retardos fijos
-Sistemas orientados a conexión
-Sensitivos a pérdidas de la conexión
-Orientados a voz u otras aplicaciones en tiempo real
Conmutación de paquetes:
-Tráfico en ráfagas
-Retardos variables
-Orientados a no conexión (pero no es una regla)
-Sensitivos a pérdida de datos
-Orientados a aplicaciones de datos
Conmutación de Circuitos:
La conmutación de circuitos se usa en redes telefónicas públicas. La técnica de conmutación de circuitos se desarrolló para tráfico de voz aunque también puede gestionar tráfico datos de forma no muy eficiente.
En la conmutación de circuitos se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones, en donde, se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso exclusivo en el circuito durante la conexión; La transmisión es transparente, ya que, una vez establecida la conexión es como si estuviesen directamente conectados los dispositivos
¿Cómo funciona?
En la conmutación de circuitos se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones, en donde, se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso exclusivo en el circuito durante la conexión
HISTORIA:
Con la invención del telégrafo nacen las telecomunicaciones, pero este presentaba varios inconvenientes:
⦁ No estaba disponible para usuarios finales.
⦁ Las líneas de telégrafo solo podía enviar un mensaje a la vez.
⦁ No servía para mensajes urgentes
Así aparecen los primeros teléfonos que permitían la comunicación punto a punto
TELECOMUNICACIONES
Esto se convierte en un problema cuando todos quieren tener un teléfono.
La solución al enorme incremento de enlaces de comunicación fue la aparición de las centrales locales, que usaban un panel de conmutación
Es aplicado a la telefonía, opera a nivel físico de OSI.
Ventajas:
⦁ La transmisión se realiza en tiempo real, siendo adecuado para comunicación de voz y video.
⦁ Acaparamiento de recursos. Los nodos que intervienen en la comunicación disponen en exclusiva del circuito establecido mientras dura la sesión.
⦁ No hay contención. Una vez que se ha establecido el circuito las partes pueden comunicarse a la máxima velocidad que permita el medio, sin compartir el ancho de banda ni el tiempo de uso.
⦁ El circuito es fijo. Dado que se dedica un circuito físico específicamente para esa sesión de comunicación, una vez establecido el circuito no hay pérdidas de tiempo calculando y tomando decisiones de encaminamiento en los nodos intermedios. Cada nodo intermedio tiene una sola ruta para los paquetes entrantes y salientes que pertenecen a una sesión específica.
⦁ Simplicidad en la gestión de los nodos intermedios. Una vez que se ha establecido el circuito físico, no hay que tomar más decisiones para encaminar los datos entre el origen y el destino.
Desventajas:
⦁ Retraso en el inicio de la comunicación. Se necesita un tiempo para realizar la conexión, lo que conlleva un retraso en la transmisión de la información.
⦁ Acaparamiento (bloqueo) de recursos. No se aprovecha el circuito en los instantes de tiempo en que no hay transmisión entre las partes. Se desperdicia ancho de banda mientras las partes no están comunicándose.
⦁ El circuito es fijo. No se reajusta la ruta de comunicación, adaptándola en cada posible instante al camino de menor costo entre los nodos. Una vez que se ha establecido el circuito, no se aprovechan los posibles caminos alternativos con menor coste que puedan surgir durante la sesión.
⦁ Poco tolerante a fallos. Si un nodo intermedio falla, todo el circuito se viene abajo. Hay que volver a establecer conexiones desde el principio
Diversos aspectos importantes de las redes de conmutación de circuitos han cambiado de forma drástica con el incremento de la complejidad y digitalización de las redes de telecomunicaciones públicas, haciendo que las técnicas de encaminamiento jerárquico hayan sido reemplazadas por otros no jerárquicas, más flexibles y potentes, que permiten mayor eficiencia y flexibilidad
Una comunicación mediante circuitos conmutados posee tres etapas bien definidas.
1. Establecimiento del circuito
2. Transferencia de datos
3. Cierre del circuito
Establecimiento del circuito
Cuando un usuario quiere obtener servicios de red para establecer una comunicación se deberá establecer un circuito entre la estación de origen y la de destino. En esta etapa dependiendo de la tecnología utilizada se pueden establecer la capacidad del canal y el tipo de servicio
Transferencia de datos
Una vez que se ha establecido un circuito puede comenzar la transmisión de información. Dependiendo del tipo de redes y del tipo de servicio la transmisión será digital o analógica y el sentido de la misma será unidireccional o full dúplex
Cierre del Circuito
Una vez que se ha transmitido todos los datos, una de las estaciones comienza la terminación de la sesión y la desconexión del circuito. Una vez liberado los recursos utilizados por el circuito pueden ser usados por otra comunicación
Elementos de la Conmutación de Circuitos
- Red de Abonado
- Red analógica
- 6 a 7 km. de distancia (usuario a la central)
- Gran cantidad de cableado
- Red que transporta poco tráfico
- 2 hilos
Red de enlace
Esta formado por las troncales que enlazan las centrales de conmutación, pueden tener miles de kilómetros y transportan gran cantidad de llamadas multiplexadas.
- Red digital
- Buena calidad
- Alto tráfico
- 4 hilos
Conmutación de Paquetes
Funciones
-Cada nodo intermedio realiza las siguientes funciones:
Almacenamiento y retransmisión (store and forward): hace referencia al proceso de establecer un camino lógico de forma indirecta haciendo "saltar" la información de origen al destino a través de los nodos intermedios.
-Control de ruta (routing): hace referencia a la selección de un nodo del camino por el que deben retransmitirse los paquetes para hacerlos llegar a su destino.
-Los paquetes en fin, toman diversas vías, pero nadie puede garantizar que todos los paquetes vayan a llegar en algún momento determinado. En síntesis, una red de conmutación de paquetes consiste en una "malla" de interconexiones facilitadas por los servicios de telecomunicaciones, a través de la cual los paquetes viajan desde la fuente hasta el destino.
La conmutación de paquetes es una técnica de conmutación que nos sirve para hacer un uso eficiente de los enlaces físicos en una red de computadoras. Un paquete es un grupo de información que consta de dos partes: los datos propiamente dichos y la información de control, en la que está especificado la ruta a seguir a lo largo de la red hasta el destino del paquete. Mil octetos es el límite de longitud superior de los paquetes, y si la longitud es mayor el mensaje se fragmenta en otros paquetes
-Los datos son transmitidos en pequeños paquetes típicamente de 1000 octetos como límite superior.
Si los mensajes son mas grandes, se dividen en varios paquetes.
-Cada paquete contiene información de datos mas información de control
La información de control contiene como mínimo información para enviar el paquete y alcanzar el destino.
ENCAMINAMIENTO EN REDES DE PAQUETES
- Búsqueda de un camino a través de los nodos de la red hacia el destino.
- Habilidad para enviar paquetes en caso de fallos y sobrecargas.
Por ejemplo la siguiente imagen, los números encima de cada enlace indican su coste.
Diversas estrategias de encaminamiento
Encaminamiento fijo:
Es necesario conocer la topología de red
Utiliza el algoritmo de Dijkstra.
Fácil, rápido, posibilidad de poner nodos alternativos para ser mas seguros.
Tablas de enrutamiento fijo
Encaminamiento por inundación
Se prueban todos los caminos: robustez.
Un paquete habrá usado el camino de menor distancia:
Prioridades y establecimiento de circuito virtual.
Todos los nodos son visitados (propaga información de encaminamiento)
Mucho tráfico.
No es necesario conocer la topología de la red.
Para evitar retransmisiones, que cada nodo recuerde el “id” del paquete, o incluir un contador de saltos (TTL en IP)
Encaminamiento aleatorio
Se selecciona aleatoriamente una cola de salida para el paquete.
No es necesario conocer la topología de red.
Robusto, pero con gran retardo, poco seguro (seguridad de datos, espías) y poco utilizado
Encaminamiento adaptativo
El encaminamiento se adapta en función de determinada información disponible en el nodo (habitualmente fallos y congestiones)
Suele usar el retardo como criterio de prestaciones y lo mide el propio nodo
Empezó a usarse en ARPANET de segunda generación.
El retardo promedio se mide en cada línea de salida cada 10 seg.
Si se mide un cambio significativo en el retardo, se envía la información a los demás nodos mediante inundaciones.
Cada nodo mantiene una estimación del retardo de cada enlace de la red, con la nueva información se actualiza la tabla de encaminamiento mediante el algoritmo de Dijkstra.
Mayor coste de procesamiento.
Es el mas usado, retrasa la aparición de congestiones
Transmisión contínua, Ventana de transmisión
Característica de algunos protocolos de conmutación de paquetes (X.25).
En otros protocolos a veces se imita poniendo números de secuencia en los campos de datos.
Será necesario para aprovechar la característica, tener un sistema de numeración de tramas (FrameRelay, X25, etc
Se trata de que el asentimiento de un paquete (desde que sale el último bit del paquete hasta que llega el asentimiento) tarde menos que el envío de toda una secuencia de tramas numeradas (o de una parte de la misma).
Así se aprovecha siempre el canal y se puede realizar envío contínuo
Ventana de transmisión:<br />Wt= 1 + TAS/RI
TAS = Tiempo transcurrido desde que se envía el ultimo bit de una trama hasta que se recibe el último bit del asentimiento.
RI = Retardo de transmisión de una trama.
Fragmentación y ensamblado
MTU, Maximum Transfer Unit (unidad de transferencia máxima). Es el tamaño máximo de paquete que se puede dar en una capa de la arquitectura de protocolos (generalmente la capa de enlace de datos)
Por tanto si algún paquete que viene de una red con un tamaño mayor que la MTU de la red actual, el Gateway entre la primera y la segunda red debe adaptar el tamaño de dicho paquete a la MTU de la red actual mediante una fragmentación
Gestión de Trafico
Principios de gestión de tráfico
Mantener todos los circuitos ocupados con llamadas exitosas.
Utilizar todos los circuitos disponibles.
Dar prioridad a aquellas llamadas que para su conexión requieren el mínimo número de circuitos o enlaces cuando todos los circuitos disponibles están ocupados.
Inhibir congestión central y evitar que se difunda.
Basado en estos principios, el departamento de gestión de red del operador telefónico desarrolla planes y estrategias para controlar y manejar el tráfico telefónico.
Control de Congestión
Caudal de una red
El caudal depende del tipo de red y tiene un valor nominal máximo, que no podremos superar en ningún caso. Pero además, la red no ofrece el mismo caudal real si se le ofrece poco tráfico o si se le ofrece mucho.
Caudal en función del tráfico ofrecido
La curva 1 representa el comportamiento ideal de la red: hay linealidad hasta llegar a la capacidad nominal de la red, momento en el que el tráfico cursado se satura.
La curva 2 siguiente representa el comportamiento real típico de una red. Como puede observarse, al llegar a la zona de saturación, cuanto más tráfico se ofrece menos tráfico se cursa.ç
Esto es debido, por ejemplo, a que los paquetes tardarán mucho tiempo en llegar a su destino, y mientras tanto serán retransmitidos por la fuente, pensando que se han perdido por el camino. Esto, a su vez, origina una explosión de tráfico, ya que cada paquete es retransmitido varias veces, hasta que consigue llegar a tiempo al destino.Para evitar esa degradación, se introduce el control de congestión que trata de aproximar el comportamiento de la red al dado por la curva 3, evitando así entrar en una zona de degradación
Causas de la congestión
-Memoria insuficiente de los conmutadores
Insuficiente CPU en los nodos. Puede que el nodo sea incapaz de procesar toda la información que le llega, con lo que hará que se saturen las colas
La Conmutación de Circuitos
La Conmutación de Circuitos
Conmutación de circuitos (circuitswitching): 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
(ej. una llamada telefónica) se libera el canal y éste podrá ser usado por otro par de usuarios
Nodos de Conmutación
El objetivo de los Nodos de Conmutación es el Intercambio de los Datos entre éstos para que lleguen a su destino.
Elementos
- Estaciones.- Son los dispositivos finales que se desean comunicarse, pueden ser Teléfonos, Computadoras, etc.
- Nodos.- Son los dispositivos de conmutación que propagan la comunicación
- Redes de Comunicaciones.- Es el Conjunto de todos los nodos
Fases:
- Establecimiento del Circuito .-Dedica un Canal para cada par de Estaciones
- Transferencia de Datos.- Analógicos o Digitales
- Desconexión del Circuito.- Libera los recursos reservados
Redes Conmutadas
Se usan para transmitir a larga distancia: desde el emisor al receptor a través de Nodos de Conceptos de Conmutación de Circuitos- Conmutador Digital.- Proporciona la ruta transparente entre las dos estaciones
- Interfaz de Red.- Contiene las funciones y el hardware para conectar los
dispositivos
- Unidad de Control.- Se encarga de todas las fases de la Red
Utilizan conmutadores matriciales de conectores metálicos manejados por la unidad de control
Se basa en la Multiplexación por división en el Tiempo Síncrona donde las cadenas de bits de baja velocidad pueden compartir una línea de velocidad
Los datos que llegan por la línea de entrada se fragmentan pasando una refaga de datos por un puesta controlada, que se habilita por un periodo , hacia el bus de alta velocidad que dirige los datos a la línea de salida
La técnica de conmutación de circuitos se desarrolló para tráfico de voz aunque también puede gestionar tráfico datos de forma no muy eficiente
Conmutación de paquetes (packet switching)
En los sistemas basados en conmutación de paquetes, la información/datos a ser transmitida previamente es ensamblada en paquetes. Cada paquete es entonces transmitido individualmente y éste puede seguir diferentes rutas hacia su destino. Una vez que los paquetes llegan a su destino, los paquetes son otra vez re-ensamblados.
Mientras que la conmutación de circuitos asigna un canal único para cada sesión, en los sistemas de conmutación de paquetes el canal es compartido por muchos usuarios simúltaneamente. La mayoría de los protocolos de WAN tales como TCP/IP, X.25, Frame Relay, ATM, son basados en conmutación de paquetes.
La conmutación de paquetes es más eficiente y robusto para datos que pueden ser enviados con retardo en la transmisión (no en tiempo real), tales como el correo electrónico, paginas web, archivos, etc.
En el caso de aplicaciones como voz, vídeo o audio la conmutación de paquetes no es muy recomendable a menos que se garantice un ancho de banda adecuado para enviar la información. Pero el canal que se establece no garantiza esto, debido a que puede existir tráfico y nodos caídos durante el recorrido de los paquetes. Estos son factores que ocasionen que los paquetes tomen rutas distintas para llegar a su destino. Por eso se dice que la ruta que toman los paquetes es "probabilística", mientras que en la conmutación de circuitos, esta ruta es "determinística".
Existen dos vertientes en la conmutación de paquetes: » Virtual Circuit Packet Switching (ej. X.25, Frame Relay) » Datagram Switching (ej. Internet) 
Las ventajas de la conmutación de paquetes frente a la de circuitos son:
1. La eficiencia de la línea es mayor:
ya que cada enlace se comparte entre varios paquetes que estarán en cola para ser enviados en cuanto sea posible. En conmutación de circuitos, la línea se utiliza exclusivamente para una conexión, aunque no haya datos a enviar.
2. Se permiten conexiones entre estaciones de velocidades diferentes:
esto es posible ya que los paquetes se irán guardando en cada nodo conforme lleguen (en una cola) y se irán enviando a su destino.
3. No se bloquean llamadas:
ya que todas las conexiones se aceptan, aunque si hay muchas, se producen retardos en la transmisión.
4. Se pueden usar prioridades:
un nodo puede seleccionar de su cola de paquetes en espera de ser transmitidos, aquellos más prioritarios segúnciertos criterios de prioridad.
- Técnica de conmutación
Cuando un emisor necesita enviar un grupo de datos mayor que el tamaño fijado para un paquete, éste los trocea en paquetes y los envía uno a uno al receptor. Hay dos técnicas básicas para el envío de estos paquetes:
1. Técnica de datagramas:
cada paquete se trata de forma independiente, es decir, el emisor enumera cada paquete, le añade información de control (por ejemplo número de paquete, nombre, dirección de destino, etc...) y lo envía hacia su destino. Puede ocurrir que por haber tomado caminos diferentes, un paquete con número por ejemplo 6 llegue a su destino antes que el número 5. También puede ocurrir que se pierda el paquete número 4. Todo esto no lo sabe ni puede controlar el emisor, por lo que tiene que ser el receptor el encargado de ordenar los paquetes y saber los que se han perdido (para su posible reclamación al emisor), y para esto, debe tener el software necesario.
2. Técnica de circuitos virtuales:
antes de enviar los paquetes de datos, el emisor envía un paquete de control que es de Petición de Llamada, este paquete se encarga de establecer un camino lógico de nodo en nodo por donde irán uno a uno todos los paquetes de datos. De esta forma se establece un camino virtual para todo el grupo de paquetes. Este camino virtual será numerado o nombrado inicialmente en el emisor y será el paquete inicial de Petición de Llamada el encargado de ir informando a cada uno de los nodos por los que pase de que más adelante irán llegando los paquetes de datos con ese nombre o número. De esta forma, el encaminamiento sólo se hace una vez (para la Petición de Llamada). El sistema es similar a la conmutación de circuitos, pero se permite a cada nodo mantener multitud de circuitos virtuales a la vez.
Las ventajas de los circuitos virtuales frente a los datagramas son:
- El encaminamiento en cada nodo sólo se hace una vez para todo el grupo de paquetes, por lo que los paquetes llegan antes a su destino.
- Todos los paquetes llegan en el mismo orden del de partida ya que siguen el mismo camino.
- En cada nodo se realiza detección de errores, por lo que si un paquete llega erróneo a un nodo, éste lo solicita otra vez al nodo anterior antes de seguir transmitiendo los siguientes.
Desventajas de los circuitos virtuales frente a los datagramas:
- En datagramas no hay que establecer llamada (para pocos paquetes, es más rápida la técnica de datagramas).
- Los datagramas son más flexibles, es decir que si hay congestión en la red una vez que ya ha partido algún paquete, los siguientes pueden tomar caminos diferentes (en circuitos virtuales, esto no es posible).
- El envío mediante datagramas es más seguro ya que si un nodo falla, sólo un paquetes se perderá (en circuitos virtuales se perderán todos). |
actividad:
1.-diferencias entre conmutación de circuitos y paquetes
2.- describe con tus palabras la función que realiza las Redes conmutadas
2.- describe con tus palabras la función que realiza las Redes conmutadas
3.- cual es la función que cumplen los nodos de conmutación
4.-menciona las fases y función de redes de conmutación de circuitos
5.- ¿para que se desarrollo la técnica de conmutación de circuitos?
6.-¿que protocolos se basan en la conmutación de paquetes?
7-¿cuales son las dos vertientes en la conmutación de paquetes?
6.-¿que protocolos se basan en la conmutación de paquetes?
7-¿cuales son las dos vertientes en la conmutación de paquetes?
8.-menciona las ventajas y desventajas de la conmutación de paquetes frente a la de circuitos
9.- da un ejemplo de conmutación de circuitos y uno de paquetes
10.- realiza un dibujo del funcionamiento de la conmutación de circuitos y paquetes
9.- da un ejemplo de conmutación de circuitos y uno de paquetes
10.- realiza un dibujo del funcionamiento de la conmutación de circuitos y paquetes
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