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