Conmutación. Conmutación telefónica. Justificación y definición.

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1 telefónica Justificación y definición de circuitos de mensajes de paquetes Comparación de las técnicas de conmutación Justificación y definición. Si se atiende a las arquitecturas y técnicas utilizadas en la conexión entre terminales telefónicos, la red telefónica se encontraría entre las denominadas redes de telecomunicación conmutadas, formada por un conjunto de nodos interconectados, de forma que la información se transmite de un origen a un destino mediante su encaminamiento a través de distintos nodos que se encuentran conectados mediante rutas de transmisión. La información que accede a la red desde un terminal se encamina a su destino, siendo conmutada de un nodo a otro. Aparece así la conmutació como uno de los primeros conceptos que se necesitó desarrollar para conseguir interconectar entre sí a los usuarios de los diferentes sistemas de telecomunicación a un coste razonable, pudiendo ser definida la conmutación como la parte de la telecomunicación que estudia los sistemas que permiten establecer conexiones semipermanentes entre dos terminales cualesquiera enlazados al sistema. Las redes conmutadas se pueden clasificar en base a los procedimientos que se utilizan en la conmutación de la información de un enlace a otro, dando lugar a las redes conmutadas en circuitos, mensajes y paquetes. telefónica 1

2 Grupo de Electromagnetismo de circuitos. La telecomunicación por conmutación de circuitos implica que en un momento dado hay una ruta dedicada entre dos terminales. Esta ruta se compone de una secuencia de enlaces entre nodos, dedicándose en cada enlace físico un canal a la conexión. Para llevar a cabo la comunicación por conmutación de circuitos se necesita seguir las tres fases siguientes: establecimiento del circuito, transmisión de la información y desconexión del circuito. Puesto que la ruta de conexión se establece antes del comienzo de la transmisión de la información, habrá de reservarse la capacidad de un canal entre cada par de nodos de la ruta y cada nodo habrá de disponer de la necesaria capacidad interna de conmutación para manejar la conexión requerida. Así pues, la capacidad del canal está totalmente asignada aun cuando no haya transferencia de datos. En las comunicaciones telefónicas la utilización del canal puede ser alta. Sin embargo, en una conexión de transmisión de datos el canal puede no estar utilizado durante la mayor parte del tiempo. En este tipo de conmutación, desde el punto de vista del rendimiento, va a existir una demora previa a la transferencia de información debida al establecimiento de la llamada. Una vez que el circuito se ha establecido la red es transparente a los usuarios, transmitiéndose la información a una velocidad determinada sin otro retardo que el de propagación a través de los enlaces, considerándose que el retardo en cada nodo es despreciable. Cada nodo en una red de conmutación de circuitos es una central de conmutación. de mensajes. En este tipo de comunicación conmutada, cuando un terminal requiere enviar un mensaje incorpora a éste una dirección de destino. El mensaje pasa a través de la red de un nodo a otro, recibiéndose en cada uno de ellos el mensaje completo que es almacenado y retransmitido al nodo siguiente. De esta forma no se necesita establecer una ruta dedicada entre dos terminales. Un nodo de conmutación de mensajes es típicamente un miniordenador con algunas características de entrada/salida que lo hacen particularmente adecuado para el tratamiento de los mensajes entrantes y salientes. 2

3 Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de paquetes. La conmutación de paquetes trata de combinar las ventajas de las conmutaciones de mensajes y circuitos, minimizando las desventajas de ambas. Es una técnica similar a la de mensajes, con la diferencia de que la longitud de las unidades de información (paquetes) está limitada, en tanto que en la conmutación de mensajes la longitud de estos es mucho mayor. Las longitudes típicas de los paquetes oscilan entre 1000 y varios miles de bits. En algunas recomendaciones los tamaños máximos de los paquetes están normalizados a 128, 256 ó 512 caracteres. En el caso de las redes de conmutación de paquetes, los mensajes que superan la máxima longitud preestablecida deben ser divididos en unidades de información más pequeñas por los equipos terminales. Cuando una estación terminal desglosa un mensaje en paquetes y envía estos a su nodo, existen dos métodos de tratamiento de los paquetes por parte de la red: Método datagrama, en el que cada paquete es tratado independientemente, de forma análoga a como se tratan los mensajes en las redes de conmutación de mensajes, dándose el caso de que paquetes con la misma dirección de destino no siguen la misma ruta, lo que puede dar lugar a que los paquetes se reciban en una secuencia distinta a la que han sido emitidos, por lo que el terminal de destino será el encargado de reordenar los paquetes en la secuencia original. Sea la red de la figura siguiente. Supongamos que la estación A tiene un mensaje de tres (3) paquetes para el equipo terminal D. La estación A envía todos los paquetes en su orden correcto al nodo 1, al que está conectada. Este nodo realiza una decisión de encaminamiento a nivel de cada paquete. Así, puede ocurrir que el nodo 1 determine que para el paquete 1 la cola más corta es la correspondiente al nodo 5. Sin embargo, para los paquetes 2 y 3 el nodo 1 decide que la cola más corta es la correspondiente al nodo 4. De esta forma el paquete 1 ha seguido la ruta determinada por el encaminamiento a través de los nodos 1-5-4, en tanto que la ruta seguida por los paquetes 2 y 3 ha sido la determinada por el encaminamiento entre nodos 1-4. Además, es posible que los paquetes 2 y 3 lleguen a su destino antes que el paquete 1. telefónica 3

4 Grupo de Electromagnetismo Método de circuitos virtuales. En este caso se establece una conexión lógica antes de proceder a la transmisión de la información, pudiendo ser esta conexión permanente o transitoria, denominándose respectivamente circuito virtual permanente o conmutado. En el caso del circuito virtual permanente la ruta está predeterminada para un par de terminales, lo que implica que está dedicada. En el caso del circuito virtual conmutado la ruta se establece en la fase de establecimiento de la llamada, siendo necesario en cualquiera de los dos casos que cada paquete contenga un identificador de circuito virtual además de la información. Supongamos nuevamente que el terminal A de la red de la figura siguiente tiene información que enviar a D. El nodo 1 decide encaminar, en base a un paquete de petición de llamada emitido por A, todos los paquetes enviados en la conexión al nodo 5, y éste, al nodo 4. Si D está preparado para aceptar la llamada envía un paquete de llamada aceptada al terminal A, a través de la ruta establecida (nodos 4-5-1). Los terminales A y D pueden ahora intercambiar datos sobre la conexión lógica o circuito virtual establecido. La principal característica del método de circuito virtual es que la ruta entre terminales se establece con anterioridad a la transferencia de información, lo que no significa que haya una ruta dedicada. Los paquetes se almacenan en cada nodo y se aseguran a la línea de la cola de salida. La diferencia con el método datagrama estriba en que cada nodo no necesita realizar una decisión de encaminamiento para cada paquete, sino que se realiza una sola vez la decisión por cada conexión. Comparación de las técnicas de conmutación. En la figura 1 se realiza una comparación gráfica de las técnicas de conmutación de circuitos, mensajes y paquetes (método de circuito virtual conmutado), desde un punto de vista cualitativo. En dicha figura se representa la transmisión de un mensaje a través de cuatro nodos. 4

5 Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones Figura 1. Comparativa de diferentes tipos de conmutación. En la gráfica comparativa se aprecian tres tipos de demoras, a saber: retardo de propagación (RP), que es el tiempo que requiere una señal para propagarse de un nodo a otro, tiempo de transmisión, que es el tiempo que precisa un terminal emisor para enviar un bloque de información, y retardo nodal (RN), que es el tiempo requerido en un nodo para conmutar la información. telefónica 5

6 Grupo de Electromagnetismo A continuación, en la tabla 1, se indican un conjunto de características que, junto con el rendimiento, se deben tener en cuenta a la hora de efectuar un análisis de utilización de las distintas técnicas de conmutación en aplicaciones de telecomunicación. de circuitos Vía de transmisión dedicada Transmisión transparente de información Adecuada para uso interactivo Mensajes no almacenados para toda la comunicación Retardo de llamada. Retardo de transmisión despreciable Sobrecarga puede bloquear la llamada. No hay retardo una vez establecida la llamada No hay conversión de velocidad y código Ancho de banda fijo No hay caracteres de control una vez realizada la llamada de mensajes Transmisión de mensajes No adecuada para uso interactivo Almacenamiento de mensajes para envío diferido para cada mensaje Retardo de transmisión de mensajes Sobrecarga incrementa el retardo de los mensajes de paquetes (Datagrama) Vía de transmisión no dedicada de paquetes (Cto. Virtual) Transmisión de paquetes Adecuada para uso interactivo Almacenamiento de paquetes hasta su envío para cada paquete Retardo de transmisión de paquetes Sobrecarga incrementa el retardo de los paquetes Conversión de velocidad y código para toda la comunicación Retardo de llamada en circuitos virtuales conmutados. Retardo de transmisión de paquetes Sobrecarga puede bloquear la llamada. Incrementa el retardo de los paquetes Ancho de banda dinámico (función del tráfico) Caracteres de Caracteres de control en cada paquete control en cada mensaje Tabla 1. Características de los distintos tipos de conmutación. 6

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