Redes: Análisis, Diseño e implementación - ITI557 Dr Redes: Análisis, Diseño e implementación - ITI557 Dr. Carlos Arturo Vega Lebrún CONMUTACION DE DATOS José Alejandro Fernández Ramírez Claudio Norberto Martínez Martínez

Temario: Definición. Conmutación de paquetes Técnicas de Conmutación Datagramas Circuitos Virtuales Ventajas y Desventajas Conmutación de Circuitos Nodos de Conmutación Importancia de la Conmutación Conclusiones

Definición: Conmutación de Datos Es la conexión que realizan los diferentes nodos que existen en distintos lugares y distancias, para lograr un camino apropiado al conectar a dos usuarios de una red de telecomunicaciones. La conmutación permite la descongestión entre los usuarios de la red disminuyendo el tráfico y aumentando el ancho de banda.

REQUIERE N (N-1)/2 ENLACES Y N – 1 DISP. DE E/S. Topología en Mallas REQUIERE N (N-1)/2 ENLACES Y N – 1 DISP. DE E/S.

Conexión Conmutada

Conmutación de Paquetes: En la conmutación de paquetes, los datos se transmiten en paquetes cortos. Para transmitir grupos de datos más grandes, el emisor divide 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.

Técnicas de Conmutación: Cuando un emisor necesita enviar un grupo de datos mayor que el tamaño fijado para un paquete, éste los divide en paquetes y los envía uno a uno al receptor. Hay dos técnicas básicas para el envío de estos paquetes: Datagramas Circuitos Virtuales

Técnica de datagramas Cada paquete se trata de forma independiente, es decir, el emisor enumera cada paquete, le añade información de control 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.

Características: Internet es una red de datagramas. En Internet existen 2 tendencias: orientado a conexión y no orientado a conexión. En el caso orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es TCP. En el caso no orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es UDP. TCP garantiza que todos los datos lleguen correctamente y en orden. UDP no tiene ninguna garantía. No todos los paquetes siguen una misma ruta. Un paquete se puede destruir en el camino, cuya recuperación es responsabilidad de la estación de origen (esto da a entender que el resto de paquetes están intactos).

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.

Características: Son los más usados. Su funcionamiento es similar al de la Red de conmutación de circuitos (la diferencia radica en que en los circuitos virtuales la ruta no es dedicada, sino que un único enlace entre dos nodos se puede compartir dinámicamente en el tiempo por varios paquetes). Previo a la transmisión se establece la ruta previa por medio de paquetes de petición de llamada (pide una conexión lógica al destino) y de llamada aceptada (en caso de que la estación destino esté apta para la transmisión envía este tipo de paquete); establecida la transmisión, se da el intercambio de datos, y una vez terminado, se presenta el paquete de petición de liberación (aviso de que la red está disponible, es decir que la transmisión ha llegado a su fin). Cada paquete tiene un identificador de circuito virtual en lugar de la dirección del destino. Los paquetes se recibirán en el mismo orden en que fueron enviados.

Ventajas y Desventajas Si hay error de comunicación se retransmite una cantidad de datos aun menor que en el caso de mensajes En caso de error en un paquete solo se reenvía ese paquete, sin afectar a los demás que llegaron sin error. Comunicación interactiva. Al limitar el tamaño máximo del paquete, se asegura que ningún usuario pueda monopolizar una línea de transmisión durante mucho tiempo (microsegundos), por lo que las redes de conmutación de paquetes pueden manejar tráfico interactivo. Aumenta la flexibilidad y rentabilidad de la red. Se puede alterar sobre la marcha el camino seguido por una comunicación (p.ej. en caso de avería de uno o más enrutadores). Se pueden asignar prioridades a los paquetes de una determinada comunicación. Así, un nodo puede seleccionar de su cola de paquetes en espera de ser transmitidos aquellos que tienen mayor prioridad.

Desventajas Mayor complejidad en los equipos de conmutación intermedios, que necesitan mayor velocidad y capacidad de cálculo para determinar la ruta adecuada en cada paquete. Duplicidad de paquetes. Si un paquete tarda demasiado en llegar a su destino, el host receptor(destino) no enviara el acuse de recibo al emisor, por el cual el host emisor al no recibir un acuse de recibo por parte del receptor este volverá a retransmitir los últimos paquetes del cual no recibió el acuse, pudiendo haber redundancia de datos. Si los cálculos de encaminamiento representan un porcentaje apreciable del tiempo de transmisión, el rendimiento del canal (información útil/información transmitida) disminuye.

Conmutación de Circuitos La conmutación de circuitos es un tipo de entre nodos de una red para lograr una ruta apropiada para conectar dos usuarios de una Red. A diferencia de lo que ocurre en la conmutación de paquetes, en este tipo de conmutación se establece un canal de comunicaciones dedicado entre dos estaciones. Se reservan recursos de transmisión y de conmutación de la red para su uso exclusivo en el circuito durante la conexión. Ésta es transparente: una vez establecida parece como si los dispositivos estuvieran realmente conectados.

Ventajas y Desventajas 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.

La transmisión de datos entre dos sistemas de comunicación separados por largas distancias se realiza a través de una red de nodos intermedios. Este concepto que se utiliza en redes WAN también puede aplicarse a redes de menor dimensión dando redes LAN y MAN conmutadas.

Nodos de Conmutación: El objetivo de los Nodos de Conmutación es el Intercambio de los Datos entre éstos para que lleguen a su destino, mas no es del interés de los nodos el contenido de los Datos.

Según los tipos de conexión que posean, se pueden distinguir dos tipos de nodos dentro de una red conmutada: Nodos que solo se conectan con otros nodos. Su tarea es únicamente la conmutación interna de los datos. En el ejemplo los nodos de este tipos son el 2 el 4 y el 6.

Nodos que se conectan con otros nodos y con una o más estaciones Nodos que se conectan con otros nodos y con una o más estaciones. Estos nodos además de proveer conmutación interna de los datos dentro de la red de conmutación, se encargan de distribuir los datos desde y hacia las estaciones a las cuales están conectados. En el ejemplo los nodos de este tipos son el 1 el 3 y el 5.

La Importancia de la conmutación La comprensión de los patrones del tráfico es muy importante para la conmutación - el objetivo es eliminar (filtrar) todo el tráfico que sea posible. Un conmutador instalado en una situación que reenvíe casi todo el tráfico que recibe, ayudará menos que uno que filtre una parte sustancial del tráfico.  Las redes que no están congestionadas pueden ralentizarse añadiendo conmutadores. La conmutación permite que todos los nodos que deseen establecer una comunicación no tengan que estar conectados por un enlace en forma directa. Por lo tanto normalmente la red no está totalmente conectada, es decir no todo par de nodos está conectado mediante un enlace directo. No obstante muchas veces es deseable poseer más de un camino posible a través de la red para entre cada par de estaciones ya que esto mejora la seguridad de la red.

Conclusiones La tecnología de conmutación ha tenido un tremendo impacto en las prestaciones de las redes, a lo largo de los últimos años. Antes, los conmutadores eran muy caros y complicados, por lo que estaban relegados al corazón de grandes redes corporativas. Las nuevas tecnologías han reducido el costo y dimensiones de los conmutadores, permitiendo que reemplacen fácilmente a los concentradores en los grupos de trabajo, al igual que son usados en los troncales de la red. Para redes congestionadas, habitualmente, la conmutación conllevará un alivio. Pero un diseño inapropiado de la red puede resultar en una pérdida de prestaciones al añadir un conmutador. En configuraciones de tráfico entre clientes y servidores, añadir un conmutador sin incrementar el acceso al servidor puede resultar en problemas.