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Tipos de Conmutación.



        La conmutación es una técnica que nos sirve para hacer un uso eficiente de los enlaces. Si no existiese una técnica de conmutación en la comunicación entre dos nodos, se tendría que enlazar en forma de malla, o sea, de la siguiente forma:

[Figura 1]

        El número de enlaces máximos que pueden darse en este esquema es de n(n-1)/2 enlaces; mientras que con una técnica de conmutación (la primera que surgió fue la conmutación de circuitos) o un conmutador, este esquema se simplificaría de la siguiente forma:

[Figura 2]

        En las redes de telecomunicaciones surgió un problema: existían programas que deseaban conectarse y ejecutar acciones de una computadora al mismo tiempo. Con la técnica de conmutación de circuitos, esto no era posible o no era óptimo. Además, el flujo de la información no es de tipo continuo, es discreto; por ejemplo, una persona puede llegar a escribir hasta 2 caracteres por segundo, y esto para una red de telecomunicaciones es muy lento, considerando que normalmente se transmiten hasta 1,600 caracteres por segundo. Esto comenzó a causar problemas, por lo que pensaron en hacer más eficiente este esquema, así que se pensó en otra técnica de conmutación: la conmutación de mensajes.

8 . 1 . Principios de conmutación de paquetes

 

Debido al auge de las transmisiones de datos , la conmutación de circuitos es un sistema muy ineficiente ya que mantiene las líneas mucho tiempo ocupadas aun cuando no hay información circulando por ellas . Además , la conmutación de circuitos requiere que los dos sistemas conectados trabajen a la misma velocidad , cosa que no suele ocurrir hoy en día debido a la gran variedad de sistemas que se comunican .

En conmutación de paquetes , los datos se transmiten en paquetes cortos . Para transmitir grupos de datos más grandes , el emisor trocea estos grupos en paquetes más pequeños y les adiciona una serie de bits de control . En cada nodo , el paquete se recibe , se almacena durante un cierto tiempo y se transmite hacia el emisor o hacia un nodo intermedio .

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 según ciertos criterios de prioridad .

 

8.1.1. 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 :

 

v       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 .

v       Todos los paquetes llegan en el mismo orden del de partida ya que siguen el mismo camino .

v       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 :

 

v     En datagramas no hay que establecer llamada ( para pocos paquetes , es más rápida la técnica de datagramas ) .

v     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 ) .

v     El envío mediante datagramas es más seguro ya que si un nodo falla , sólo un paquetes se perderá ( en circuitos virtuales se perderán todos ) .

 

8.1.2. Tamaño del paquete

 

Un aumento del tamaño de los paquetes implica que es más probable que lleguen erróneos . Pero una disminución de su tamaño implica que hay que añadir más información de control , por lo que la eficiencia disminuye . hay que buscar un compromiso entre ambos .

 

8.1.3. Comparación de las técnicas de conmutación de circuitos y conmutación de paquetes

 

Hay 3 tipos de retardo :

1.      Retardo de propagación : tiempo despreciable de propagación de la señal de un nodo a otro nodo .

2.      Tiempo de transmisión: tiempo que tarda el emisor en emitir los datos .

3.      Retardo de nodo : tiempo que emplea el nodo desde que recibe los datos hasta que los emite ( gestión de colas , etc... ) .

 

Las prestaciones de conmutación de circuitos y conmutación de paquetes :

 

v     En conmutación de circuitos hay un retardo inicial hasta establecer la conexión ( en cada nodo se produce un retardo ) . Tras el establecimiento de la conexión , existe el retardo del tiempo de transmisión y el retardo de propagación . Pero toda la información va a la vez en un bloque sin más retardos adicionales .

v     En conmutación de paquetes mediante circuitos virtuales , existe el mismo retardo inicial que en conmutación de circuitos . Pero además , en cada nodo , cada paquete sufre un retardo hasta que le llega su turno de envío de entre la cola de paquetes a emitir por el nodo . A todo esto , habría que sumar el retardo de transmisión y el retardo de propagación .

v     En datagramas , se ahorra el tiempo de establecimiento de conexión , pero no los demás retardos que hay en circuitos virtuales . Pero existe el retardo de encaminamiento en cada nodo y para cada paquete . Por tanto , para grupos grandes de datos , los circuitos virtuales son más eficaces que los datagramas , aunque para grupos pequeños sean menos eficaces que los datagramas .

 

8.1.4. Funcionamiento externo e interno

 

Hay dos niveles en donde se pueden utilizar técnicas de datagramas y de circuitos virtuales . En un nivel interno ( entre estación y nodo ) , se llaman operación de datagrama interno y operación de circuito virtual interno . Pero cuando se sale de este ámbito controlable por la estación emisora , la propia red decide la utilización de servicios de datagrama externo o servicio de circuito virtual externo para sus comunicaciones ( ocultos al usuario o emisor ) .

Para los servicio externos hay una serie de consideraciones a seguir :

v     Si se utilizan operaciones de datagrama interno y servicios de datagrama externo , al haber errores , no hay pérdidas de tiempo en establecer nuevas conexiones ni se necesitan muchos espacios de almacenamiento .

v     Si se utilizan operaciones de circuitos virtuales internos y servicios de circuitos virtuales externos , se mejoran las prestaciones para transmisiones de grandes grupos de información y de acceso a terminales remotos .

 

8 . 2 . Encaminamiento

 

8.2.1. A / Características

 

La función de encaminamiento tiene estos requisitos :

 

1.       Exactitud .

2.       Sencillez .

3.       Robustez : es la capacidad para redirigir el tráfico a zonas seguras cuando hay fallos .

4.       Estabilidad :  es posible que si un sistema es muy robusto , se convierta en inestable al reaccionar demasiado bruscamente ante situaciones concretas .

5.       Imparcialidad : hay sistemas que premian , en aras de optimalidad , las conexiones cercanas frente a las más lejanas , con lo que la comunicación entre estaciones alejadas se dificulta .

6.       Optimización : es posible que la robustez y la imparcialidad reporten un coste adicional de cálculo en cada nodo , lo que implica que ya no es el sistema más óptimo .

7.       Eficiencia : lo mismo ocurre con la eficiencia .

 

8.2.2. B / Criterios sobre prestaciones

 

Hay dos formas de elegir un encaminamiento eficiente : una es elegir el camino más corto ( la distancia entre la estación emisora y la receptora es la mínima ) y otra es elegir el menor número de saltos ( entre la estación emisora y la receptora hay el menor número de nodos ) .

En aplicaciones reales se suele elegir la del camino más corto .

 

8.2.3. C / Lugar e instante de decisión

 

El instante en que se decide hacia dónde se enviará un paquete en un nodo es muy importante . En datagramas , esto se produce una vez por paquete . En circuitos virtuales se produce una vez por petición de llamada .

Hay dos lugares donde se puede decidir hacia dónde debe enviarse un paquete desde un nodo : una es en el propio nodo ( encaminamiento distribuido ) y otra en un nodo señalado para esta tarea ( encaminamiento centralizado ) . Esta última forma tiene el inconveniente de que si este nodo se estropea , el encaminamiento de todos los nodos que dependen de este nodo de encaminamiento es imposible , y todos los nodos serán inservibles .

Hay otra forma de controlar el encaminamiento , y es en la propia estación de origen .

 

8.2.4. D / Estrategias de encaminamiento

 

1.      Encaminamiento estático . Cada nodo encaminará sus datos a otro nodo adyacente y no cambiará dicho encaminamiento nunca ( mientras dure la topología de la red ) . Existe un nodo de control que mantiene la información centralizada . Como cada nodo encaminará sus datos sólo a un nodo adyacente para cada nodo destino posible , sólo es necesario almacenar estos contactos entre nodos adyacentes y no todos los caminos entre todos los nodos de la red .

En el nodo central se almacenan todas las tablas de encaminamientos , pero en cada nodo sólo hay que almacenar las filas que conectan ese nodo con el siguiente para conseguir el encaminamiento a cada nodo posible destino de la red .

Este sistema es muy eficiente y sencillo pero poco tolerante a fallos en nodos adyacentes , ya que sólo puede encaminar a uno .

 

 

2.      Inundaciones . Consiste en que cada nodo envía una copia del paquete a todos sus vecinos y éstos lo reenvía a todos sus vecinos excepto al nodo del cuál lo habían recibido . De esta forma se asegura que el paquete llegará a su destino en el mínimo tiempo posible . Para evitar que a un nodo llegue un paquete repetido , el nodo debe guardar una información que le haga descartar un paquete ya recibido .

Esta técnica , al ser muy robusta y de coste mínimo , se puede usar para mensajes de alta prioridad o muy importante . El problema es la gran cantidad de tráfico que se genera en la red . Esta técnica libera de los grandes cálculos para seleccionar un encaminamiento .

 

3.      Encaminamiento aleatorio . Consiste en que en cada nodo , se elegirá aleatoriamente el nodo al cuál se va a reenviar el paquete . De esta forma , se puede asegurar que el paquete llegará al destino pero en un mayor tiempo  que en el de inundaciones . Pero el tránsito en la red es mucho menor . Esta técnica también libera de cálculos para seleccionar el encaminamiento .

 

4.      Encaminamiento adaptable .Consiste en que la red va cambiando su sistema de encaminamiento conforme se cambian las condiciones de tráfico de la red . Para conseguir esto , los nodos deben de intercambiar información sobre congestión de tráfico y otros datos .

En estas técnicas de intercambio de información entre nodos , pueden hacerse intercambios entre nodos adyacentes , todos los nodos , o incluso que haya un nodo central que coordine todas las informaciones .

Los inconvenientes principales son :

v     El costo de procesamiento en cada nodo aumenta .

v     Al intercambiar información de nodo en nodo , aumenta el tráfico .

v     Es una técnica muy inestable .

                   Las ventajas :

v     El usuario cree que aumentan las prestaciones .

v     Se puede ayudar en el control de la congestión .

 

8 . 3 . X.25

 

Es el protocolo más utilizado . Se usa en conmutación de paquetes , sobre todo en RDSI .

Este protocolo especifica funciones de tres capas del modelo OSI : capa física , capa de enlace y capa de paquetes .

El terminal de usuario es llamado DTE , el nodo de conmutación de paquetes es llamado DCE La capa de paquetes utiliza servicios de circuitos virtuales externos .

 

8.3.1. Servicio de circuito virtual

 

Este sistema ofrece dos tipos de circuitos virtuales externos : llamadas virtuales y circuitos virtuales permanentes . En el primer caso , se requiere establecimiento de conexión o llamada inicial , mientras que en el segundo no .

 

8.3.2. Formato de paquete

 

Cada paquete contiene cierta información de control , como por ejemplo el número de circuito virtual . Además de paquetes de datos , se transfieren paquetes de control en los que figura el número de circuito virtual además del tipo de información de control .

Existen prioridades en los envíos de paquetes . Existen paquetes de reinicio de circuitos cuando hay un error , de reinicio de todo el sistema y de ruptura de conexión .

 

8.3.3. Multiplexación

 

Se permite la conexión de miles de circuitos virtuales , además de full-duplex . Hay varios tipos de circuitos virtuales , fijos , de llamadas entrantes a la red , de llamadas salientes  , etc...

 

 

8.3.4. Control de flujo

 

Se usa protocolo de ventana deslizante .

 

 

8.3.5. Secuencias de paquetes

 

Se permite el envío de bloques grandes de datos . Esto lo hace dividiendo los datos en paquetes de dos tipos , los grandes con el tamaño máximo permitido y paquetes de restos de un tamaño menor al permitido