TecCom-09-ConmutaciónDeCircuitoPaquete

TECNOLOGÍA DE LAS COMUNICACIONES
CONMUTACIÓN DE CIRCUITO
Y DE PAQUETE
1
Asignatura: Tecnología de las Comunicaciones | Carrera: Ing. / Lic. en Sistemas | Prof.: Lic. Gabriel Quiroga Salomón
Universidad Nacional de Chilecito | UNdeC

Redes Conmutadas
 La transmisión a larga distancia se realiza
normalmente mediante la transmisión de datos
a través de una red de nodos de conmutación
intermedios
 El contenido no es del interés de los nodos de
conmutación
 Los dispositivos finales son estaciones
 Computadores, terminales, teléfonos, etc.
 Al conjunto de todos los nodos y conexiones es
una red de comunicaciones
 Los datos que entran a la red se encaminan
hacia el destino mediante su conmutación de
nodo en nodo
2

Nodos
 Algunos nodos sólo se conectan con otros nodos, o a
estaciones y otros nodos
 Los enlaces entre nodos están normalmente
multiplexados
 La red no está completamente conectada
 Algunas conexiones redundantes son deseables por
fiabilidad
 Dos tecnologías diferntes de
conmutación
 Conmutación de circuito
 Conmutación de paquete
3

Red de Conmutación Simple
4

Redes de Conmutación de
Circuitos
 Camino o canal de comunicación dedicado
entre dos estaciones
 Tres fases
 Establecimiento del circuito
 Transferencia de datos
 Disconexión del circuito
 Debe haber capacidad de conmutación y
capacidad del canal para establecer la
conexión
 Debe haber inteligencia necesaria para realizar
estas reservas y establecer una ruta a través de
la red
5

Conmutación de Circuito -
Aplications
 Ineficiente
 La capacidad del canal se dedica
permanentemente a la conexión
 Si no hay datos, la capacidad se pierde
 El establecimiento de la conexión toma
tiempo
 Una vez establecido el circuito, la red es
transparente para los usuarios
 Fue desarrollada para el tráfico de voz
(telefonía), pero en la actualidad se usa
también para el tráfico de datos
6

Red Pública de Conmutación
de Circuito
7

Componentes de
Telecomunicaciones
 Abonados (subscriber)
 Dispositivos que se conectan a la red
 Línea de abonado (subscriber line)
 Bucle local (local Loop)
 Bucle de abonado (subscriber loop)
 Conexión a la red
 Pocos km hasta decenas de km
 Centrales
 Centros de conmutación
 Centrales finales – soportan los abonados
 Líneas troncales
 Enalces entre centrales
 Transportan varios circuitos de voz haciendo
uso de FDM o de TDM asíncrona
8

Establecimiento de un Circuito
9

Elementos de un Nodo de Conmutación
de Circuitos10

Conceptos de Conmutación de
Circuito
 Conmutador Digital
 Proporciona una ruta transparente entre dos
dispositivos conectados cualquiera
 Interfaz de red
 Unidad de control
 Establece conexiones
 Generalmente bajo demanda
 Gestionar y confirmar la petición
 Determinar si la estación de destino está libre
 construct path
 Maintener la conexión
 Desconectar
11

Dispositivos de Conmutación de
Circuitos Bloqueantes y no
Bloqueantes
 Bloqueantes
 La red no puede conectar dos estaciones debido a que
todos los posibles caminos entre ellas están siendo ya
utilizados
 En una red bloqueante es posible el bloqueo
 Usadas en sistemas que admiten sólo tráfico de voz
 Llamadas de corta duración
 No bloqueantes
 Permite que todas las estaciones se conecten
simultáneamente
 Usadas para algunas conexiones de datos
12

Conmutación por División en el
Espacio
 Desarrollada para entornos analógicos
 Las rutas de señal son físicamente independientes
 Conmutador de Barras Cruzadas
 El número de conexiones crece con el cuadrado
del número de estaciones conectadas
 La pérdida de un cruce impide la conexión entre los
dispostivos cuyas líneas intersectan
 Las conexiones se utilizan de forma ineficiente
 Aún cuando todas las estaciones estén conectas, sólo
está ocupada una pequeña fracción de los puntos de
cruce
 No bloqueante
13

Conmutador por División en el Tiempo
14

Conmutador Multietapa
 Número reducido de puntos
cruzados
 Más de una ruta a través de la
red
 Incrementa la fiabilidad
 Control más complejo
 Puede ser bloqueante
15

Conmutador por División en el
Espacio de tres Etapas16

Conmutación por División en el
Tiempo
 Los sistemas digitales modernos se basan
en el control inteligente de elementos de
división en el espacio y de división en el
tiempo
 Usan técnicas por división en el tiempo
para el establecimiento y el
mantenimiento de los circuitos virtuales
 Involucra la fragmentación de una
cadena de bits de menor velocidad en
segmentos que compartirán una
secuencia de velocidad superior con otras
cadenas de bits
17

Señalización de Control
 Comunicación audible con el abonado
 Transmision del número marcado
 Indicación que una llamada dada no se puede
establecer
 Indicación que una llamada ha finalizado y que
la ruta puede desconectarse
 Generación de la señal que hace que el teléfono
suene
 Transmisión de información con fines de tarifación
 Tranmisión de información de estado de los
equipos y líneas principales de la red
 Transmisión de información de diagnóstico
 Control de equipos especiales
18

Ejemplo de Secuencia de Conexión
Telefónica Típica
 Ambos teléfonos deben estar libres (colgados)
 Uno de los abonados descuelga el teléfono
 Se indica automáticamente al conmutador de la central final a
la que está conectado
 El conmutador responde con un tono audible
 El abonado llamante marca el número
 Si el abonado llamado no está ocupado, el conmutador lo alerta
de la llamada entrante enviando una señal de llamada
 El conmutador proporciona realimentación al abonado llamante
 Tono de llamada, tono de ocupado, mensaje de reintento
 El destino acepta la llamada levantando el auricular
 El conmutador corta la señal y el tono de llamda
 El conmutador establece una conexión
 La conexión se libera cuando una de las dos partes cuelga
19

Señalización Conmutador a
Conmutador
 Abonados conecados a diferentes conmutadores
 El conmutador origen ocupa un enlace libre entre
ambos conmutadores
 Envía una indicación de descolgar a través del
enlace y solicita un registro de dígitos al otro
conmutador
 El conmutador final envía una señal de descolgar
seguida por una de colgar, que indica que el registro
está preparado
 El conmutador origen envía los dígitos de la
dirección al conmutador final
20

Localización de la
Señalización
 Abonado a la red
 Depende de las características del
dispositivo del abonado y el conmutador
 Dentro de la red
 Gestión de las llamadas delabonado y de
la red
 Más compleja
21

Señalización por Canal Común
 La señalización tradicional usa el mismo canal (intracanal) para
transportar tanto las señales de control como la propia llamada
 No se precisan servicios de transmisón adicionales
 Señalización en banda
 Usa la misma frecuencia que las señales de voz
 Pueden llegar a los mismos lugares que la señal de voz
 Es imposible establecer una llamada sobre un canal de voz con
errores
 Señalización fuera de banda
 Las señales de voz no usan completamente el ancho de banda de
4kHz
 Se usa una banda de señalización estrecha dentro de los 4kHz para
control
 Se pueden enviar tanto si hay como sin señlaes de von en la línea
 Se necesita electrónica extra
 Las velocidades de señalización son inferiores (ancho de banda
estrecho)
22

Desventajas de la
Señalización Intracanal
 La velocidad de transferencia de
información está limitada
 El retardo existente desde que un
abonado introduce una dirección
hasta que la conexión se establece
 Estos problemas se puede evitar
mediante la señalización por canal
común
23

Señalización por Canal Común
 Las señales de control se transmiten por rutas
completamente independientes de los canales
de voz
 Una ruta independiente para las señales de
control puede transportar las señales de varios
canales de abonados
 Es es consecuencia un canal de control común
para todos estos abonados
 Modo asociado
 El canal cmún sigue los pasos a lo largo de toda la
línea a lo grupos troncales entre conmutadores
 Modo no asociado
 Nodos adicionales (puntos de transferencia de señal)
 Efectivamente dos redes separadas
24

Señalización Intracanal v.
Señalización por Canal Común25

Modos se
Señalización
por Canal
Común
26

Sistema de Señalización Número 7
 SS7
 Esquema de señalización por canal común
 ISDN
 Optimizado para redes digitales de canales
digitales a 64kbps
 Diseño para satisfacer de transferencia de
información para control de llamadas, control
remoto, gestión y mantenimiento
 Medio fiable de transferir información en
secuencia
 Apropiado para su uso en canales analógicos y
a velocidades inferiires a 64 kbps
 Adecuado para enlaces terrestres y satélite
punto a punto
27

Elementos de la Red de
Señalización SS7
 Punto de señalizació-Signaling point (SP)
 Cualquier punto en la red de señalización con
capacidad de gestión de mensajes de control SS7
 Punto de transferencia de señal-Signal transfer point (STP)
 Un punto de señalización capaz de encaminar
mensajes de control
 Plano de control-Control plane
 Responsible del establecimiento y de la gestión de las
conexiones
 Plano de información-Information plane
 Una vez que se ha estableido la conexión, la
información se transfiere desde un usuahrio hastao el
otro, extremo a extremo, en el plano de información
28

Puntos de
Transferencia
29

Estructuras de Señalización de la red
 Capacidad de los STP
 Numero de enlaces de señalización que
puede gestionar
 Tiempo de transferencia de los mensajes
 Capacidad en terminos de mensaje
 Prestaciones de la red
 Número de SPs
 Retardos de señalización
 Disponibilidad y fiabilidad
 Capacidad de la red para proveer servicios
ante la ocurrencia de fallos en los STP
30

Arquitectura de Conmutación Lógica
 Un conmutador lógico es un computador de propósito
general que ejecuta un software especializado que lo
convierte en un conmutador telefónico intelteigente
 Costo más bajo
 Mayor funcionalidad
 Packetización de la secuencia de bits de voz digitalizada
 Permite voz sobre IP
 El elemento más complejo existente en un conmutador
telefónico es el software que controla el procesamiento
de las llamadas
 Encaminamiento de las llamadas
 Lógica de procesamiento de llamada
 Tipicamente se ejecuta en un procesador propieatario
integrado físicamente en el hardware de conmutación de
circuitos
 Separa físicamente la función de procesamiento de
llamada de la función de conmutación hardware
 La función de conmutación física de procesamiento de
llamada reside en un controlador pasarela de medio
(medio gateway controller)
31

Conmutación de Circuito
Tradicional32

Arquitectura Softswitch33

Principios de Conmutación de
Paquetes
 Las redes de telecomunicaciones de
conmutación de circuitos de larga distancia se
diseñaron originalmene para el tráfico de voz
 Dedica recursos internos de la red a una llamada
particular, y para conexiones de voz, el circuito
resultante alcanza un alto porcentaje de
utilización
 Para la conexión de datos, la línea está
desocupada la mayor parte del tiempo
 En una red de conmutación de circuitos, la
conexión ofrece una velocidad de datos
constante
 Ambos extremos deben operar en la misma
velocidad
34

Funcionamiento Básico
 Los datos se transmiten en paquetes
pequeños
 Típicamente 1000 octetos
 Los mensajes de mayor longitud se divide en una
serie de paquetes
 Cada paquete contiene una parte de los datos del
usuario más cierta información de control
 Información de Control
 Información de routing (direccionamiento)
 En cada nodo de la ruta, los paquetes son
recibidos, almacenados brevemente
(buffereados) y se envían al siguiente nodo
 Almacena y envía
35

Utilización de Paquetes36

Ventajas
 Eficiencia de la Línea
 Un único enlace entre dos nodos se puede compartir
diámicamente en el tiempo entre varios paquetes
 Los paquetes forman una cola y se transmiten sobre el
enlace tan rápidamente como es posible
 Conversión en la velocidad de los datos
 Cada estación se conecta al nodo local con una
velocidad particular
 Buffers en los nodos para equilibrar las velocidades
 Los paquetes se siguen aceptando aún cuando la
red esté ocupada
 Si bien aumenta el retardo en la transmisión
 Se puede hacer uso de prioridades
37

Técnica de Conmutación
 La estación fragmenta el mensaje
en paquetes
 Los paquetes son enviados, de uno
en uno, hacia la red
 Los paquetes se gestionan de dos
formas posibles
 Datagramas
 Circuito virtual
38

Datagrama
 Cada paquete se trata
independientemente
 Los paquetes pueden tomar cualquier ruta
de acuerdo a la información recibida de los
nodos vecinos acerca del tráfico, fallo en
las líneas, etc
 Los paquetes pueden arribar fuera de orden
 Los paquetes pueden perderse en la red
 El destino final es el responsable de
reordenar loa paquetes y decidir como
recuperrar ante una pérdida
39

Diagrama de
Datagrama
40

Circuito Virtual
 Se establece una ruta previa al envío de los paquetes
 Un paquete de solicitud de llamada y uno de aceptación
de llamada establecen la conexión (handshake)
 Cada paquete contiene un identificador de circuito
virtual, además de la dirección destino
 El nodo no necesita tomar decisiones de encaminamiento
para cada paquete; esta decisión se toma una sola vez
 Una solicitud para eliminar circuitos
 No es una ruta dedicada dado que otros paquetes en
otros circuitos virtuales pueden comparir el uso de la línea
41

Diagrama de
Circuito
Virtual
42

Circuitos Virtuales vs Datagrama
 Circuitos virtuales
 La red puede ofrecer orden secuencial y control de
error
 Los paquetes viajan por la red más rápidamente
 No es necesaria una decisión de encaminamiento
 Menos fiable
 Si un nodo falla se perderán todos los circuitos virtuales
que atraviesan ese nodo
 Datagrama
 No existe la fase de establecimiento de llamada
 Es mejor si se desea enviar pocos paquetes
 Más flexible
 Si un nodo falla los paquetes siguientes pueden
encontrar una ruta alternativa que no atraviese dicho
nodo
43

Tamaño
de Paquete
44

Conmutación de Circuitos y
Conmutación de Paquetes
Prestaciones
Retardo de propagación
Tiempo de transmision
Retardo de nodo
45

Temporización de Eventos
46

X.25
 1976
 Especifica una interfaz entre una
estación y una red de conmutación de
paquetes
 Usado casi universalmente sobre redes
de conmutación de paquetes
 Define tres niveles
 Capa física
 Capa de enlace
 Capa o nivel de paquete
47

La Capa Física X.25 - Physical
 Trata la interfaz física entre una estación
(computador, terminal) y el enlace que la conecta
con un nodo de conmutación de paquetes
 Data terminal equipment DTE (equipamiento de
usuario)
 Data circuit terminating equipment DCE (nodo)
 Usa la expecificación física conocida como X.21
 Transferencia fiable a través del enlace físico
 Secuencia de tramas
48

Capa de Enlace X.25 - Link
Protocolo balanceado de acceso
al enlace - Link Access Protocol
Balanced (LAPB)
Es un subconjunto de HDLC
Ver capítulo 7
49

Capa o Nivel de Paquete X.25 -
Packet
Circuitos virtuales externos
Conexiones lógicas (circuitos
virtuales) entre abonados
50

Utilización de Circuitos Virtuales
X.2551

Servicio de Circuito Virtual
 Conexión lógica entre dos estaciones
 Circito virtual externo
 Especifica una ruta preplaneada a través de la red
 Circuito virtual interno
 Típicamente existe una relación uno a uno entre los
circuitos virtuales internos y externos
 Puede emplearse X.25 en una red de tipo
datagrama
 Los circuitos virtuales externos requieren un canal
lógico
 Todos los datos se consideran parte de una secuencia
52

Niveles X.25
 Los datos de usuario se pasan hacia
abajo al nivel 3 de X.25
 X.25 le añade una cabecera de
información de control
 Cabecera
 Identifica el circuito virtual
 Suministra números de secuencia para el
control de flujo y de error
 El paquete X.25 se pasa hacia abajo al
nivel 2 de la entidad LAPB
 LAPB añade información de control
adicional
53

Datos de Usuario e
Información de Control X.25
54

Retransmisión de Tramas
Frame Relay
 Se diseño para ser más eficiente que
X.25
 Desarrollado antes que ATM
 Existe una amplia base de productos
ATM
 ATM tiene ahora más interés sobre las
redes de alta velocidad
55

Fundamentos de Frame Relay
X.25
 Los paquetes de control de llamada,
para el establecimiento y liberación de
circuitos se transmiten por el mismo
canal y circuito virtual, y por lo tanto,
usa señalización en banda
 Multiplexación de circuitos virtuales en la
capa 3
 Las capas 2 y 3 incluyen mecanismos de
control de flujo y errores
 Aún considerable sobrecarga
 No es apropiado para sistemas digitales
modernos con alta fiabilidad
56

Diferencias Frame Relay
 La señalización de control de llamada se transmite a
través de una conexión lógica distinta de la de los
datos
 La multiplexación y conmutación de conexiones
lógicas tiene lugar en capa 2Elimina una capa de
procesamiento
 No existe control de flujo ni de errores a nivel de líneas
individuales (salto a salto)
 El control de flujo y de erroes (si es usado) se hace por
capas superiores
 En frame relay, sólo se envía una trama de datos de
usuario desde el origen hasta el destino,
devolviéndose al primero una trama de confirmaión
generada por capa superior (no existe intercambio de
tramas de datos y confirmaciones en cada uno de los
enlaces del camino entre el origen y el destino)
57

Ventajas y Desventajas
 Se pierde la posibilidad de control de flujo y de
errores en cada enlace
 El incremento de la fiabilidad en la transmisión y en los
servicios de conmutación no hace de esto un
problema
 Mejora de la potencia de procesamiento de
comunicaciones en un orden de magnitud sobre
X.25
 Menor retardo
 Prestaciones más alta
 ITU-T recomienda frame relay por arriba de 2Mbps
58

Arquitectura del Protocolo
59

Plano de Control
 Entre el abonado y la red
 Se usa un canal lógico separado
 Similar a la señalización de canal común
para los sercicios de conmutación de circuito
 Capa de enlace de datos
 LAPD (Q.921)
 Control de enlace de datos fiable
 Control de flujo y de erroes
 Entre el usuario (TE) y la red (NT)
 Usado para el intercambio de mensajes de
señalización de control Q.933
60

Plano de Usuario
 Funcionalidad extremo a extremo
 Transfererencia de información entre usuarios finales
 LAPF (Procedimiento de acceso al enlace para
servicios en modo trama-Link Access Procedure for
Frame Mode Bearer Services) Q.922
 Delimitación de tramas, alineamiento y transparencia
 Multiplexación/demultiplexación de tramas utilizando el
campo de dirección
 Asegura que las tarmas tengan un número entero de octetos
(antes de una inserción de bits cero o tras una extracción de
bits cero)
 Aegura que la trama no es demasiado larga ni demasiado
corta
 Detección de errores de transmision
 Funciones de control de congestión
61

Transferencia de Datos de
Usuario
 Un único tipo de trama
 Datos de usuario
 No existen tramas de control
 No es posible el uso de señalización en
banda
 No existen números de secuencia
 No es posible llevar a cabo control de flujo ni
de errores
62

Lecturas
 Stallings Chapter 10
 ITU-T web site
 Telephone company web sites (not
much technical info - mostly
marketing)
 X.25 info from ITU-T web site
 Frame Relay forum
63

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