Interconexión de Redes ( en preparación 2023)

Sitio:	Facultad de Ingeniería U.Na.M.
Curso:	REDES I - IC412
Libro:	Interconexión de Redes ( en preparación 2023)

Imprimido por:	Invitado
Día:	miércoles, 4 de diciembre de 2024, 23:39

Tabla de contenidos

1. Conmutacion de paquetes. Principios

1. Conmutacion de paquetes. Principios

La red de telecomunicaciones de circuitos de larga distancia como se vio, fue diseñada en un principio para el uso en telefonía, para manejar trafico de voz.

Una característica de estas redes conmutadas fue que la red era dedicada a una llamada en especifico, Para las conexione de voz el resultado fue que la red era altamente ocupada la mayor parte del tiempo ya que en una llamada o hablaba un extremo o el otro. Sin embargo, cuando las redes empezaron a ser utilizadas para envío de datos, aparecieron los siguientes inconvenientes:

En una conexión usuario/servidor en el que el usuario consulta esporádicamente el dato de una base de datos, la red de mantiene desocupada la mayor parte del tiempo. resultando ineficiente la conmutación de circuitos.
En una red conmutación de circuitos la velocidad de conexión de datos es constante, condicionando que los dos dispositivos conectados transmitan y reciban a la misma velocidad, limitando la utilidad de la red.

Para solucionar estos inconvenientes se diseño la conmutación de paquetes, que consiste en lo siguiente:

Los datos se dividen y transmiten en paquetes cortos (1000 octetos de longitud como máximo)
Cada paquete contiene parte de los datos + información de control (overhead), llamada cabecera del paquete, que no es otra cosa básicamente que información necesaria para encaminar el paquete y alcanzar el destino deseado y luego volverlo a unir, es decir de donde viene y hacia donde va el paquete. En cada nodo el paquete se recibe, se almacena temporalmente y luego se envía al siguiente nodo.

La conmutación de paquetes mejora la eficiencia de la linea, ya que como vimos en la conmutación de circuitos utilizando TDM, si un nodo no tiene datos para enviar en un determinado slot de tiempo, esa porción de la linea no se utiliza. En conmutación de paquetes, los paquetes son enviados uno a continuación del otro tan rápido sea posible.

En una red de conmutación de paquetes, dos estaciones con velocidades diferentes pueden intercambiar paquetes, ya que cada una se conecta a su propia velocidad al nodo.

En una red de circuitos, cuando el trafico aumenta la misma se podía bloquear (rechazando nuevas solicitudes, tono ocupado). En una red de paquetes las solicitudes se siguen aceptando, solamente aumentando el retardo en la transmisión, poniendo los paquetes en cola.

También podemos añadir el uso de prioridades para paquetes, si un nodo tiene varios paquetes atrasados, puede enviar estos con prioridad para que se envíen primero que otros en la red que tienen una prioridad menor

Si el tamaño de los datos que queremos enviar es mayor al tamaño del paquete, como vimos este es fragmentado. La forma en que la red gestiona estos paquetes puede variar, se tienen dos aproximaciones. Datagramas y circuitos virtuaes,

1.1. Datagramas

En la técnica de datagramas, cada paquete es tratado de forma independiente, sin referencia alguna a los paquetes anteriores. la trama de IP se llama datagrama

Si observamos la figura anterior. respetando que cada paquete es independiente de otro, tenemos que cada paquete incluye en su cabecera el nodo de destino final (B en este caso).

Como observamos en la imagen cada paquete puede tomar rutas diferentes para llegar a su destino, la ruta se elige de acuerdo a la congestión de cada linea, tasa de errores, etc. a su vez uno de esos enlaces puede caerse (perdiendo sus paquetes en cola) y es necesario tomar otra ruta.

En la figura observamos que los paquetes llegan en orden, pero esto no se da siempre.

1.2. Circuitos Virtuales

En la técnica de circuito virtual, podemos encontrar una analogía con la red de telefonía por conmutacion de circuitos. A diferencia de la aproximación por datagramas, en los circuitos virtuales se establece una ruta previa al envío de paquetes.

Para enviar paquete desde A hacia B, el nodo A envía una petición de llamada (call request), una vez que la misma llega a B por medio de los nodos intermedios fijos, B responde con una aceptación (call accept), con esto el nodo A ya puede empezar el envío de paquetes por la ruta establecida previamente.

Cada paquete contiene información de cabecera donde se indica el identificador de circuito virtual en lugar de una dirección de destino. cada nodo intermedio de la ruta sabe hacia donde dirigir los paquetes, no realizando toma de decisión sobre el encaminamiento.

Para finalizar el circuito una de las estaciones manda una petición de liberación (clear request).

Pueden existir diferentes circuitos virtuales sobre los nodos al mismo tiempo, ya que no son rutas dedicadas.

Al no tener que efectuar decisiones sobre encaminamiento en cada paquete los paquetes viajan mas rapido y al usar el mismo camino llegan en orden.

Si las estaciones intercambian datos por un periodo de tiempo largo, la técnica de circuitos virtuales da mayores ventajas, como la llegada en orden de los paquetes (orden secuencial) y control de errores (retransmisión de paquetes desde el nodo anterior)

Que pasaría si se cae un nodo en la transmisión, y utilizando datagramas?

1.3. Paquete

El tamaño del paquete esta directamente relacionado con el tiempo de transmision. Si tomamos como ejemplo el de la siguiente figura. tenemos un paquete que va hacia su nodo de destino, pasando por 2 nodos intermedios. (X) -> a -> b -> (Y). Como vimos cada paquete tendrá una informacion de cabecera de tamaño fijo.

Si el dato tiene 40 octetos + 3 de cabecera en la figura a) al mandar los datos con 1 solo paquete, tendremos como tiempo de transmision 3 * 43=129 tiempo-octeto

Si en cambio, reducimos el tamaño del paquete a 20 octetos (b), mandaremos 2 paquetes de 23 octetos (teniendo en cuenta la cabecera de 3 bits). Como se observa en la figura, cuando el nodo a recibio el primer paquete podemos enviarlo al nodo b, cuando es recibido en b, ya tenemos el segundo paquete recibido en a y asi con los otros. Esto nos da un tiempo total de transmision de 4 * 23=92 tiempo-octeto.

Si reducimos aun más el tamaño del paquete dividiendolo en 5 ,es decir cada paquete tendra 8 octetos + 3 de cabecera (11 bits), tendremos que el tiempo total en recibir todos los paquetes es de 7 * 11 = 77 tiempo-octeto.

Por ultimo vemos que si dividimos en 10 el dato, tendriamos paquetes de 4+3, siendo la cabecera casi igual al tamaño del dato. en este caso en vez de reducir el tiempo de transmision estariamos aumentandolo. 12 * 7 = 84 tiempo-octeto.

nota: para el analisis se despreciaron los tiempos de conmutación, que serían mayor mientras se divida en mas partes el dato.

1.4. Comparativa

Se realiza una comparativa entre conmutacion de circuitos y los dos enfoques de conmutacion de paquetes vistos:

La transmision iria del nodo 1 al 4, pasando por 2 y 3. Podemos observar los siguiente retardos:

Retardo de propagación: Es el tiempo que se tarda la señal en propagarse de un nodo hasta el proximo, es despreciable ya que la velocidad de las señales electromagneticas a traves de un cable son del orden de 2x10*8m/s
Tiempo de transmisión: Es el tiempo que tarda un transmisor en enviar un bloque de datos. Ejemplo: en una linea de 10kbps se tarda 1 seg en transmitir un bloque de 10000bits
Retardo de nodo:Es el tiempo que tarda un nodo en realizar los procesos necesarios para la conmutación de datos.

observamos en la tecnica de conmutacion de circuitos virtuales los retardos para el establecimiento de la llamada , teniendo un tiempo de procesamiento para la seleccion del camino a elegir para establecer la ruta. una vez que la conexion esta establecida nose requiere procesamientos adicionales.

Notese en la tecnica de conmutacion por datagramas que no son necesarios los tiempos de establecimiento de la llamada, lo que para transmision de mensajes cortos resulta más rapida que la conmutacion de circuitos virtuales, pero puede tener tiempo de procesamientos mayores en cada nododebido al encaminamiento. entonces para mensajes grandes optariamos por la tecnica de circuitos virtuales.