Tipos de Conmutación y Encaminamiento en Redes de Datos

Transmisión en Fibra Óptica

Modos de Propagación

Las diferentes trayectorias que puede seguir un haz de luz en el interior de una fibra se denominan modos de propagación. Según el modo de propagación, existen dos tipos de fibra óptica:

Fibra Multimodo

Una fibra multimodo es aquella en la que los haces de luz pueden circular por más de un modo o camino, lo que significa que no llegan todos a la vez. Una fibra multimodo puede tener más de mil modos de propagación de luz. Se usan comúnmente en aplicaciones de corta distancia, menores a 1 km; es simple de diseñar y económico. Su distancia máxima es de 2 km y usan diodos láser de baja intensidad.

Fibra Monomodo

Una fibra monomodo es una fibra óptica en la que sólo se propaga un modo de luz. Se logra reduciendo el diámetro del núcleo de la fibra hasta un tamaño (8,3 a 10 micrones) que sólo permite un modo de propagación. Su transmisión es paralela al eje de la fibra. A diferencia de las fibras multimodo, las fibras monomodo permiten alcanzar grandes distancias (hasta 100 km máximo, mediante un láser de alta intensidad) y transmitir elevadas tasas de información (decenas de Gb/s).

Aplicaciones de un Sistema de Microondas Terrestre

• Bluetooth
• Wifi 802.11 b y g
• Telefonía móvil
• Radares de microondas, detector de velocidad
• Televisión por cable
• Transmisiones de larga distancia

Conmutación en Redes de Telecomunicaciones

Definición

La conmutación es la conexión que realizan los diferentes nodos que existen en distintos lugares y distancias para lograr un camino apropiado para conectar dos usuarios de una red de telecomunicaciones. Permite la descongestión entre los usuarios de la red disminuyendo el tráfico y aumentando el ancho de banda. Es una tecnología que alivia la congestión en las LAN Ethernet, reduciendo el tráfico y aumentando el ancho de banda.

Elementos de Implementación

• Router
• Switch

Propósito de los Nodos de Conmutación

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.

Fases de la Conmutación de Circuitos

La conmutación de circuitos se divide en tres fases:

1. Establecimiento del Circuito

Se dedica un canal para cada par de estaciones. Cuando se quiere obtener los servicios de una red para establecer una comunicación se debe establecer un circuito entre la estación de origen y la de destino. En esta fase, dependiendo de la tecnología usada, se podrá establecer la capacidad del canal y el tipo de servicio.

2. Transferencia de Datos

Se envían los datos, ya sean analógicos o digitales. Una vez que se ha establecido un circuito se puede iniciar el flujo 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.

3. Desconexión del Circuito

Se termina la comunicación entre los nodos y se liberan los recursos reservados. Una vez que se ha finalizado la transmisión de todos los datos, una de las estaciones comienza la terminación de la sesión y la desconexión del circuito. Una vez liberados los recursos usados por el circuito, pueden ser usados por otra comunicación.

Subdivisiones de la Conmutación de Circuitos Virtuales

• Circuito virtual permanente: en el caso del circuito virtual permanente, la ruta está predeterminada para un par de terminales, lo que implica que está dedicada.
• Circuito virtual conmutado: la ruta se establece en la fase del 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.

Técnicas de Conmutación de Paquetes

Conmutación de Paquetes

El emisor divide los mensajes a enviar en un número arbitrario de paquetes del mismo tamaño, donde adjunta una cabecera con la dirección origen y destino, así como datos de control que luego serán transmitidos por diferentes medios de conexión entre nodos temporales hasta llegar a su destino. Este método de conmutación es el que más se utiliza en las redes de ordenadores actuales. Surge para optimizar la capacidad de transmisión a través de las líneas existentes.

Al igual que en la conmutación de mensajes, los nodos temporales almacenan los paquetes en colas en sus memorias, que no necesitan ser demasiado grandes.

Tipos de Conmutación de Paquetes

• Circuito virtual:
  • Cada paquete se encamina por el mismo circuito virtual que los anteriores.
  • Por tanto, se controla y asegura el orden de llegada de los paquetes a destino.
• Datagrama:
  • Cada paquete se encamina de manera independiente de los demás.
  • Por tanto, la red no puede controlar el camino seguido por los paquetes, ni asegurar el orden de llegada a destino.

Encaminamiento en Redes de Datos

Objetivo del Encaminamiento

El encaminamiento (o enrutamiento, ruteo) es la función de buscar un camino entre todos los posibles en una red de paquetes cuyas topologías poseen una gran conectividad. Dado que se trata de encontrar la mejor ruta posible, lo primero será definir qué se entiende por mejor ruta y, en consecuencia, cuál es la métrica que se debe utilizar para medirla.

Métrica de la Red

• Puede ser, por ejemplo, el número de saltos necesarios para ir de un nodo a otro. Aunque ésta no se trata de una métrica óptima, ya que supone 1 para todos los enlaces, es sencilla y suele ofrecer buenos resultados.
• Otro tipo es la medición del retardo de tránsito entre nodos vecinos, en la que la métrica se expresa en unidades de tiempo y sus valores no son constantes, sino que dependen del tráfico de la red.

Mejor Ruta

Entendemos por mejor ruta aquella que cumple las siguientes condiciones:

• Presenta el menor retardo medio de tránsito.
• Consigue mantener acotado el retardo entre pares de nodos de la red.
• Consigue ofrecer altas cadencias efectivas independientemente del retardo medio de tránsito.
• Permite ofrecer el menor costo.

El criterio más sencillo es elegir el camino más corto, es decir, la ruta que pasa por el menor número de nodos. Una generalización de este criterio es el de coste mínimo. En general, el concepto de distancia o coste de un canal es una medida de la calidad del enlace basado en la métrica que se haya definido. En la práctica se utilizan varias métricas simultáneamente.

Tipos de Encaminamiento

Deterministas o Estáticos

No tienen en cuenta el estado de la subred al tomar las decisiones de encaminamiento. Las tablas de encaminamiento de los nodos se configuran de forma manual y permanecen inalterables hasta que no se vuelve a actuar sobre ellas. Por tanto, la adaptación en tiempo real a los cambios de las condiciones de la red es nula.

El cálculo de la ruta óptima es también off-line, por lo que no importa ni la complejidad del algoritmo ni el tiempo requerido para su convergencia. Estos algoritmos son rígidos, rápidos y de diseño simple; sin embargo, son los que peores decisiones toman en general.

Adaptativos o Dinámicos

Pueden hacer más tolerantes a cambios en la subred tales como variaciones en el tráfico, incremento del retardo o fallas en la topología. El encaminamiento dinámico o adaptativo se puede clasificar a su vez en tres categorías, dependiendo de donde se tomen las decisiones y del origen de la información intercambiada:

• Adaptativo centralizado: Todos los nodos de la red son iguales excepto un nodo central que es quien recoge la información de control y los datos de los demás nodos para calcular con ellos la tabla de encaminamiento. Este método tiene el inconveniente de que consume abundantes recursos de la propia red.
• Adaptativo distribuido: Este tipo de encaminamiento se caracteriza porque el algoritmo correspondiente se ejecuta por igual en todos los nodos de la subred. Cada nodo recalcula continuamente la tabla de encaminamiento a partir de dicha información y de la que contiene en su propia base de datos. A este tipo pertenecen dos de los más utilizados en Internet que son los algoritmos por vector de distancias y los de estado de enlace.
• Adaptativo aislado: Se caracterizan por la sencillez del método que utilizan para adaptarse al estado cambiante de la red. Su respuesta a los cambios de tráfico o de topología se obtiene a partir de la información propia y local de cada nodo. Un caso típico es el encaminamiento por inundación, cuyo mecanismo consiste en reenviar cada paquete recibido con destino a otros nodos, por todos los enlaces excepto por el que llegó.

Protocolos de Encaminamiento y Sistemas Autónomos

En Internet, un sistema autónomo o AS se trata de un conjunto de redes IP y routers que se encuentran bajo el control de una misma entidad (en ocasiones varias) y que poseen una política de encaminamiento similar a Internet. Dependiendo de la relación de un router con un sistema autónomo (AS), encontramos diferentes clasificaciones de protocolos:

1. Protocolos de encaminamiento Ad hoc: Se encuentran en aquellas redes que tienen poca o ninguna infraestructura.
2. IGPs (Interior Gateway Protocols): Intercambian información de encaminamiento dentro de un único sistema autónomo. Los ejemplos más comunes son:
   • IGRP (Interior Gateway Routing Protocol): La diferencia con la RIP es la métrica de enrutamiento.
   • EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): Es un protocolo de enrutamiento vector-distancia y estado de enlace.
   • OSPF (Open Shortest Path First): Enrutamiento jerárquico de pasarela interior.
   • RIP (Routing Information Protocol): No soporta conceptos de sistemas autónomos.
   • IS-IS (Intermediate System to Intermediate System): Protocolo de intercambio enrutador de sistema intermedio a sistema intermedio.
3. EGPs (Exterior Gateway Protocol): Intercambian rutas entre diferentes sistemas autónomos. Encontramos:
   • EGP: Utilizado para conectar la red de backbones de la antigua Internet.
   • BGP (Border Gateway Protocol): La actual versión, BGPv4 data de 1995.

Tabla de Encaminamiento

Tabla de Encaminamiento del Nodo A

Tabla de Encaminamiento del Nodo H

Nota: Considerar las siguientes longitudes entre nodos:

• A-B: 10 Mts.
• B-G: 20 Mts.
• B-C: 08 Mts.
• A-H: 10 Mts.
• C-D: 12 Mts.
• C-F: 05 Mts.
• D-F: 10 Mts.
• F-E: 05 Mts.
• F-G: 08 Mts.
• E-G: 12 Mts.
• G-H: 10 Mts.
• G-C: 08 Mts.