libro análisis de redes

POLITEXT 128

Anlisis de redes y sistemas de comunicaciones

POLITEXT

Xavier Hesselbach Serra Jordi Alts Bosch


EDICIONS UPC

La presente obra fue galardonada en el octavo concurso "Ajut a l'elaboraci de material docent" convocado por la UPC.

Primera edicin: octubre 2002

Diseo de la cubierta: Manuel Andreu

Los autores, 2002 Edicions UPC, 2002 Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SL Jordi Girona Salgado 31, 08034 Barcelona Tel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885 Edicions Virtuals: www.edicionsupc.es E-mail: [email protected]

Produccin:

CPET (Centre de Publicacions del Campus Nord) La Cup. Gran Capit s/n, 08034 Barcelona

Depsito legal: B-41612-2002 ISBN: 84-8301-611-7Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorizacin escrita de los titulares del copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproduccin total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografa y el tratamiento informtico, y la distribucin de ejemplares de ella mediante alquiler o prstamo pblicos.

Prlogo

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PrlogoEsta obra que est en sus manos es fruto del reto de cubrir un hueco bibliogrfico en la descripcin de las redes de comunicaciones y en la aplicacin de herramientas para su anlisis. En el nimo de los autores se encuentra ofrecer una visin descriptiva y general de las tecnologas de red actuales, contemplando la tan frecuentemente olvidada vertiente analtica, indispensable tanto para la comprensin del funcionamiento de los sistemas como para su correcto dimensionado. Es por este motivo que este libro se estructura del siguiente modo: un captulo inicial para presentar los conceptos y definiciones fundamentales en el rea de las redes telemticas, que permite introducir en el siguiente la descripcin de los principales mtodos y algoritmos de las modernas tecnologas (que por avanzadas que sean, siempre tienen fecha de caducidad). Se dedica un captulo a las herramientas de anlisis basadas en la teora de colas, cuyos modelos permiten el estudio de todas estas tecnologas, con instrumentos de trabajo perennes en el tiempo. No se pasan por alto los mtodos de acceso tradicionales, ni tampoco las redes de banda ancha, con especial atencin a los problemas especficos a los que estn enfocadas y las soluciones que aportan. Confiamos en que los esfuerzos dedicados a la culminacin de este libro sean tiles tanto a estudiantes de los ltimos cursos de ingeniera especializada en telemtica como a jvenes estudiantes de doctorado, que buscan comprender los fundamentos de las redes de comunicaciones y conocer las principales herramientas de anlisis para abordar el problema de estudio del comportamiento de un determinado sistema o red. Las tecnologas de red nacen, se desarrollan y acaban por desaparecer. Algunas, como Ethernet, parecen revitalizarse da a da, lejos de seguir la suerte de muchas otras contemporneas suyas que ya estn casi olvidadas. Sin embargo, los conceptos de red perduran. El lector encontrar en estas pginas implementaciones y anlisis, las primeras sufriendo el paso del tiempo, pero las segundas mostrando metodologas de anlisis que se va aplicando y se podrn aplicar a las tecnologas existentes y las que estn por llegar en el futuro.

Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.

ndice

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ndicePRLOGO............................................................................................................................................ 7 NDICE.................................................................................................................................................. 9 1. INTRODUCCIN .......................................................................................................................... 13 1.1 DEFINICIONES BSICAS ........................................................................................................... 13 1.1.1 La codificacin de canal ..................................................................................................... 13 1.1.2 La modulacin de la seal................................................................................................... 15 1.1.3 Los medios de transmisin................................................................................................... 16 1.1.4 El multiplexado de la seal ................................................................................................. 20 1.1.5 Clasificacin de la transmisin segn su sentido ................................................................ 23 1.1.6 Transmisin sncrona/asncrona ......................................................................................... 23 1.1.7 Capacidad de canal............................................................................................................. 23 1.2 CONCEPTOS BSICOS DE REDES DE COMUNICACIONES ...................................................... 24 1.2.1 Servicios orientados y no orientados a conexin ................................................................ 26 1.2.2 Tipos de redes segn su capacidad de cobertura ................................................................ 26 1.2.3 Clasificacin de las topologas de red................................................................................. 27 1.2.4 Clasificacin de los tipos de conmutacin de datos ............................................................ 28 1.2.5 Clasificacin del trfico en clases ....................................................................................... 30 1.3 CONCEPTOS BSICOS DE TELETRFICO................................................................................. 31 2. ARQUITECTURAS DE COMUNICACIONES .......................................................................... 33 2.1 PERSPECTIVA HISTRICA ........................................................................................................ 33 2.2 CONCEPTOS DE ARQUITECTURAS DE COMUNICACIONES .................................................... 34 2.3 ANALOGA DE UNA ARQUITECTURA DE COMUNICACIONES................................................ 37 2.4 EL MODELO DE REFERENCIA OSI DE LA ISO ......................................................................... 39 2.4.1 Introduccin ........................................................................................................................ 39 2.4.2 Terminologa OSI ................................................................................................................ 41 2.4.3 La capa fsica ...................................................................................................................... 42 2.4.4 La capa de enlace de datos ................................................................................................. 43 2.4.5 La capa de red ..................................................................................................................... 51 2.4.6 La capa de transporte.......................................................................................................... 56 2.4.7 La capa de sesin ................................................................................................................ 59 2.4.8 La capa de presentacin...................................................................................................... 63 2.4.9 La capa de Aplicacin ......................................................................................................... 71


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3. INTRODUCCIN AL ANLISIS MEDIANTE TEORA DE COLAS.................................... 81 3.1 INTRODUCCIN ......................................................................................................................... 81 3.2 PROCESOS DE POISSON ............................................................................................................ 83 3.2.1 Definicin de proceso de Poisson........................................................................................ 83 3.2.2 Propiedades......................................................................................................................... 84 3.2.3 Distribucin de las llegadas en un proceso de Poisson ...................................................... 86 3.2.4 Propiedad de superposicin ................................................................................................ 87 3.2.5 Propiedad de descomposicin ............................................................................................. 87 3.3 CADENAS DE MARKOV ............................................................................................................ 88 3.3.1 Sistemas de tiempo discreto y sistemas de tiempo continuo ................................................ 89 3.3.2 Cadenas de Markov de tiempo continuo ............................................................................. 89 3.3.3 Ecuacin de futuro .............................................................................................................. 91 3.3.4 Procesos de nacimiento y muerte ........................................................................................ 92 3.3.5 Ejemplo................................................................................................................................ 93 3.3.6 Procesos de nacimiento y muerte en rgimen permanente.................................................. 95 3.3.7 Estudio mediante flujos ....................................................................................................... 95 3.3.8 Clculo de las probabilidades de estado de los procesos de nacimiento y muerte ............. 96 3.4 FRMULA DE LITTLE ................................................................................................................ 97 3.5 LA NOTACIN DE KENDALL Y LOS MODELOS DE COLAS..................................................... 97 3.6 LA COLA M/M/1 ........................................................................................................................ 98 3.6.1 Modelo de cola .................................................................................................................... 98 3.6.2 Probabilidades de estado .................................................................................................... 99 3.6.3 Nmero medio de unidades en el sistema.......................................................................... 100 3.6.4 Tiempo medio de permanencia de una unidad en el sistema ............................................ 100 3.6.5 Ejemplo numrico.............................................................................................................. 101 3.7 LA COLA M/M/ ...................................................................................................................... 102 3.7.1 Modelo de cola .................................................................................................................. 102 3.7.2 Probabilidades de estado .................................................................................................. 103 3.8 LA COLA M/M/M. ERLANG C ................................................................................................. 103 3.8.1 Modelo de cola .................................................................................................................. 103 3.8.2 Probabilidades de estado .................................................................................................. 104 3.9 LA COLA M/M/M/M. ERLANG B ............................................................................................. 105 3.9.1 Modelo de cola .................................................................................................................. 105 3.9.2 Probabilidades de estado .................................................................................................. 106 3.9.3 Situacin de bloqueo. Funcin de Erlang B...................................................................... 107 3.9.4 Aplicacin tpica: Dimensionado de un sistema................................................................ 108 3.9.5 Relacin de recurrencia .................................................................................................... 108 3.9.6 Ejemplo.............................................................................................................................. 109 3.9.7 Ejemplo de dimensionado.................................................................................................. 109 3.10 PROBABILIDAD DE DEMORA EN ERLANG C. RELACIN CON ERLANG B ....................... 110 3.10.1 Expresin analtica.......................................................................................................... 110 3.10.2 Nmero de elementos en cola .......................................................................................... 111 3.10.3 Ejemplo............................................................................................................................ 111 3.11 LA COLA M/G/1 ..................................................................................................................... 113 3.11.1 La frmula de Pollaczek-Khinchine ................................................................................ 113 3.11.2 Ejemplo 1: Servicio exponencial ..................................................................................... 114 3.11.3 Ejemplo 2: Servicio determinista..................................................................................... 114 3.12 DIVERSOS ESCENARIOS DE ESTUDIO.................................................................................. 115


ndice

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4. REDES DE REA LOCAL ......................................................................................................... 117 4.1 PROTOCOLOS DE ACCESO ALEATORIO ................................................................................. 117 4.2 ALOHA ..................................................................................................................................... 118 4.2.1 Algoritmo de acceso .......................................................................................................... 118 4.2.2 Anlisis .............................................................................................................................. 118 4.3 S-ALOHA .................................................................................................................................. 122 4.3.1 Algoritmo de acceso .......................................................................................................... 122 4.3.2 Anlisis .............................................................................................................................. 122 4.3.3 S-Aloha con poblacin finita ............................................................................................. 125 4.4 REDES CSMA .......................................................................................................................... 126 4.5 REDES CSMA/CD.................................................................................................................... 129 4.6 ALGORITMO DE BACK-OFF EXPONENCIAL BINARIO TRUNCADO ...................................... 130 4.7 ESTNDARES IEEE PARA REDES LOCALES .......................................................................... 131 4.8 EL ESTNDAR IEEE 802.2 (LLC) ........................................................................................... 133 4.9 EL ESTNDAR IEEE 802.3 (ETHERNET) ................................................................................ 136 4.9.1 Introduccin ...................................................................................................................... 136 4.9.2 Subcapa MAC de IEEE 802.3. Servicio y protocolo ......................................................... 136 4.9.3 Configuraciones topolgicas de la tecnologa Ethernet.................................................... 137 4.9.4 Definicin de trama en una red Ethernet .......................................................................... 139 4.9.5 Fast-Ethernet, Gigabit Ethernet ........................................................................................ 139 4.9.6 Consideraciones en la compatibilidad entre Ethernet de diversas capacidades............... 141 4.9.7 Incremento de capacidad a 1000 Mbit/s ........................................................................... 142 4.9.8 La solucin de Metro Ethernet Forum .............................................................................. 144 5. REDES PBLICAS DE DATOS................................................................................................. 145 5.1 LA RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS ..................................................................... 145 5.1.1 Introduccin ...................................................................................................................... 145 5.1.2 Arquitectura de la RDSI .................................................................................................... 147 5.1.3 Tipos de acceso a la RDSI de banda estrecha................................................................... 149 5.2 LA RED FRAME RELAY ........................................................................................................... 151 5.2.1 Objetivos............................................................................................................................ 151 5.2.2 Caractersticas bsicas...................................................................................................... 152 5.2.3 La conmutacin ................................................................................................................. 153 5.2.4 Arquitectura de protocolos................................................................................................ 155 5.2.5 Acceso a una red Frame Relay.......................................................................................... 156 5.2.6 El nivel fsico ..................................................................................................................... 156 5.2.7 El nivel de enlace............................................................................................................... 157 5.2.8 Parmetros de contrato ..................................................................................................... 158 5.2.9 Control de congestin........................................................................................................ 159 6. LA RED DE BANDA ANCHA .................................................................................................... 163 6.1 INTRODUCCIN ....................................................................................................................... 163 6.1.1 Problemtica ..................................................................................................................... 163 6.1.2 Caracterizacin de los servicios........................................................................................ 163 6.2 TCNICAS DE MULTIPLEXADO PARA LA B-ISDN................................................................ 165 6.3 MODELO DE PROTOCOLOS DE LA B-ISDN ........................................................................... 166 6.4 DIVISIN JERRQUICA ATM ................................................................................................. 167 6.5 TRANSPORTE Y CONMUTACIN ............................................................................................ 167 6.6 ESTABLECIMIENTO DE CONEXIONES ................................................................................... 168


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6.7 INTERFASES Y FORMATOS DE CELDA................................................................................... 170 6.8 LA CAPA DE ADAPTACIN ..................................................................................................... 171 6.8.1 AAL1 .................................................................................................................................. 173 6.8.2 AAL2 .................................................................................................................................. 173 6.8.3 AAL3/4............................................................................................................................... 174 6.8.4 AAL5 .................................................................................................................................. 175 6.9 GESTIN DE TRFICO ............................................................................................................. 176 6.9.1 Introduccin ...................................................................................................................... 176 6.9.2 Definicin de parmetros .................................................................................................. 177 6.9.3 Notacin ............................................................................................................................ 178 6.9.4 Control de Admisin de la Conexin................................................................................. 179 6.9.5 Funcin de UPC ................................................................................................................ 179 6.9.6 Conformacin de trfico.................................................................................................... 181 6.9.7 El servicio ABR.................................................................................................................. 182 6.9.8 Comportamiento de los conmutadores ante congestin .................................................... 183 6.9.9 Comportamiento de las fuentes ......................................................................................... 184 6.9.10 La reparticin de los recursos disponibles ABR.............................................................. 185 6.9.11 Clculo del caudal justo mediante criterio Max-Min...................................................... 186 6.9.12 Ejemplo prctico: Adaptador de red VMA-200 de Fore Systems.................................... 188 BIBLIOGRAFA .............................................................................................................................. 191


1 Introduccin

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1. IntroduccinEste captulo presenta brevemente los conceptos y trminos ms bsicos relacionados con las redes y sistemas de comunicacin. Algunos de los conceptos se desarrollarn ms ampliamente a lo largo del libro.

1.1 Definiciones bsicasComencemos por algunas definiciones bsicas en el campo de la transmisin de datos: Transmisin analgica: aquella que usa seales que toman valores continuos (de un conjunto infinito de valores) a lo largo del tiempo (normalmente tambin continuo). Transmisin digital: aquella que usa seales que toman valores discretos (de un conjunto finito de valores) a lo largo del tiempo (dividido usualmente en unidades elementales iguales). Codificacin (de canal): mecanismo de conversin de una seal digital a otra tambin digital ms adecuada a un propsito determinado; generalmente para obtener alguna ventaja en su proceso de transmisin. As, por ejemplo, puede desearse: a) reducir el nmero de cambios en la seal transmitida (ancho de banda mnimo) b) incluir informacin de temporizacin o sincronizacin c) eliminar la existencia de componente continua d) incluir cierta inmunidad al ruido o interferencia o, equivalentemente, cierta capacidad de deteccin/correccin de errores

1.1.1 La codificacin de canal De los muchos mtodos de codificacin existentes, presentaremos solamente dos para ilustrar la idea de la codificacin.


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Supongamos una secuencia digital de datos a transmitir, es decir, de ceros y unos cuya duracin individual es el tiempo de bit (Tb). La codificacin NRZ (Non Return to Zero), que asigna un nivel de tensin bajo, digamos de V Volt, a los ceros y un nivel de tensin alto, digamos de +V Volt, a los unos. La codificacin Manchester diferencial. Este mecanismo puede describirse mediante las dos reglas siguientes: a) siempre existe transicin (cambio de nivel bajo a alto o viceversa) en la mitad del bit; b) existe una transicin adicional al inicio del bit, si ste es un cero, no existiendo en caso de ser un uno.

0

1

0

1

1

0

0

0

1

+V

NRZ-V

Manchester diferencial

+V

-V

Fig. 1.1 Secuencia de bits codificada segn NRZ y Manchester diferencial

Veamos algunas caractersticas de ambos esquemas de codificacin. Usando la codificacin NRZ, la componente continua de la seal transmitida (es decir, su valor medio a largo trmino) flucta en funcin de la proporcin de ceros y unos de la secuencia a transmitir. Por el contrario, usando la codificacin Manchester diferencial podemos ver, tras cierta reflexin, que la componente continua es siempre nula, independientemente de la proporcin de 0s y 1s de la secuencia original. Este hecho permite el acoplamiento de las seales as codificadas mediante transformadores o condensadores (que proporcionan un aislamiento muchas veces deseado entre los diferentes elementos del sistema de transmisin). Otra ventaja de la ausencia de componente continua en las transmisiones que usan cdigos Manchester diferenciales es la eliminacin de fenmenos de corrosin electroltica en los conectores y de fallos, por tanto, en stos (Recordemos que dos metales distintos puestos en contacto a travs de cierta humedad ambiental pueden originar fenmenos de descomposicin electroqumica).


1 Introduccin

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Pero quizs la mayor ventaja de usar el cdigo Manchester sea la de la autosicronizacin (selfclocking) a nivel de bit que proporciona. En efecto, usando cdigos NRZ, largas secuencias de ceros o unos consecutivos hacen difcil en el receptor determinar exactamente cuantos bits iguales se han transmitido debido a las inevitables diferencias entre los relojes (los que definen el Tb) de transmisin y recepcin. La solucin a ese problema pasara por utilizar una lnea de transmisin adicional con la informacin de reloj del transmisor o relojes extremadamente precisos (los llamados relojes atmicos, de cesio o rubidio) y caros en los lados transmisor y receptor. Por el contrario, las seales codificadas segn el esquema Manchester, independientemente de la secuencia original, siempre presentan transiciones frecuentes (al menos cada Tb s y, a veces, cada Tb/2 s) que permiten al receptor ajustar continuamente el reloj con el que muestrea las seales recibidas. Por ltimo, tambin puede verse, tras cierta reflexin, que la informacin que transporta el cdigo Manchester diferencial est asociada a las transiciones y no a los valores, bajo o alto, de la seal. Es decir, podramos intercambiar sin ningn problema los hilos que llevan la seal. (Esto es especialmente interesante en los actuales sistemas de cableado de red que usan lneas pares trenzados.) Las ventajas del cdigo Manchester diferencial respecto al cdigo NRZ tienen su precio. Mientras el ritmo mximo de variacin de las seales codificadas en NRZ es una vez cada Tb s, dicho ritmo llega a ser el doble en las seales codificadas en Manchester diferencial, es decir, cada Tb/2 s. Dicho de otro modo, el espectro de potencia de las seales codificadas en Manchester diferencial se extiende a frecuencias ms altas. Dado que las lneas de transmisin responden peor a frecuencias elevadas, al usar cdigos Manchester tendremos ms problemas (errores) al decodificar en recepcin las seales, o bien deberemos utilizar lneas de transmisin de mayor calidad (y, por tanto, mayor coste), o bien limitar las distancias alcanzables. Existen muchos otros cdigos, cada uno de ellos orientado a obtener alguna ventaja durante la transmisin de seales digitales a travs de las lneas de transmisin. Los dos cdigos presentados, sin embargo, ilustran de forma bastante clara la idea y los objetivos que hay detrs de la funcin de codificacin. La codificacin descrita aqu se suele llamar codificacin de canal para distinguirla de la codificacin de fuente. Esta ltima se aplica en un nivel superior, est ntimamente relacionada con la clase de informacin a enviar (datos, sonidos, imgenes, ) y su funcin principal es la compresin (reduccin de la cantidad de bits necesaria para representar una informacin).

1.1.2 La modulacin de la seal Se puede definir la modulacin como el mecanismo de conversin de una seal, digital o no, en otra analgica con el fin de obtener alguna ventaja en su transmisin o de separarla de otras seales dentro de un mismo medio de transmisin. La modulacin se basa en la utilizacin de una seal portadora, generalmente una onda senoidal de frecuencia ms elevada o variacin ms rpida que la de la seal original. La modulacin consiste en la modificacin de al menos uno de los parmetros (amplitud, frecuencia o fase) de la portadora como


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funcin de la seal original. As tendremos los siguientes tipos de modulacin (para fuentes analgicas o digitales, respectivamente): a) AM (Amplitude Modulation) o ASK (Amplitude Shift Keying) b) FM (Frequency Modulation) o FSK (Frequency Shift Keying) c) PM (Phase Modulation) o PSK (Phase Shift Keying) o, cuando se modifican simultneamente los parmetros de amplitud y fase: d) QAM (Quadrature and Amplitude Modulation) Una caracterstica del proceso de modulacin es que, desde el punto de vista espectral, se produce una translacin en frecuencia (aparte de probable modificacin) del espectro de la seal original; esto no sucede en los procesos de codificacin (donde slo se produce una modificacin, ensanchamiento o reduccin, del espectro original). Por ello, a veces, se ver la palabra broadband (banda ancha) asociada a los sistemas donde se utilizan modulaciones, y baseband (banda base) donde se utilizan codificaciones.

1.1.3 Los medios de transmisin Los medios de transmisin son aquellas estructuras fsicas que soportan la propagacin de las ondas electromagnticas asociadas a los bits (o a seales analgicas, tambin) a enviar de un punto geogrfico a otro. Constituyen, por tanto, la infraestructura ms bsica de toda red de comunicaciones. Con el fin de establecer algn criterio de cara a su clasificacin y presentacin, diremos que pueden ser guiantes y no-guiantes. En los medios guiantes, el campo electromagntico asociado a la informacin transportada est confinado alrededor de la estructura fsica del medio. Estn realizados a base de: a) materiales de elevada conductividad elctrica (cobre, aluminio, aleaciones, recubrimientos de plata, oro, etc.) o elevada conductividad ptica (vidrio silceo) b) materiales dielctricos, no necesarios desde el punto de vista de transmisin pero s para ejercer funciones de soporte mecnico, de aislamiento o de proteccin (polietileno, nylon, tefln, PVC, papel, encerado, cauchos, etc.). Los tipos de medios guiantes son: a) lnea de pares paralelos b) lnea de pares trenzados c) lnea coaxial d) fibra ptica


1 Introduccin

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lnea paralela lnea de par trenzado lnea coaxial fibra ptica

Fig. 1.2 Distintos tipos de medios fsicos de transmisin guiantes

En los medios no-guiantes, el campo electromagntico asociado a la informacin transportada no est confinado y se extiende por el material de soporte que llamaremos ter (el espacio areo o el vaco). En realidad, no existe medio de transmisin y estamos hablando de transmisin por ondas de radio (desde las de frecuencia ms baja -VLF: Very Low Frequency- hasta las de frecuencia ms elevada W: micro-Waves-) o por ondas luminosas (usualmente infrarrojas o lser). Se pueden describir cada uno de los medios de transmisin: a) Lnea de pares paralela: formada por dos conductores que discurren prximos y paralelamente. De bajo coste, ofrecen caractersticas de transmisin muy limitadas (cifras meramente orientativas podran ser: tasa de transmisin < 20 Kbit/s; distancia < 50 m). Sus principales desventajas son la captacin de ruido, el acoplamiento con otras lneas prximas (diafona) y las prdidas por radiacin a frecuencias elevadas. Ejemplos de utilizacin: el interfaz local de datos EIA RS-232C, el bucle de abonado telefnico (ltimo tramo).

b) Lnea de par trenzado: formada por dos conductores trenzados (retorcidos) sobre s mismo. Su geometra cambiante reduce la captacin de ruido, las prdidas por radiacin y la diafona entre pares cercanos. De bajo coste, ofrece mejores caractersticas de transmisin que la lnea de pares paralela (algunas cifras orientativas son: tasa de transmisin < 1 Mbit/s.; distancia < 100 m). Existen versiones de dicho tipo de lnea sin pantalla (conductor cilndrico que rodea el par), llamados UTP (Unshielded Twisted Pair), y con ella, llamados STP (Shielded Twisted Pair). Estos ltimos ofrecen mejores caractersticas a un mayor coste. Ejemplos de utilizacin: la planta de abonado de la red telefnica, los cableados estructurados en edificios para comunicaciones de voz y datos. c) Lnea coaxial: formada por un conductor cilndrico y otro conductor en el interior que discurre axialmente al primero. Su geometra hace que el campo electromagntico quede prcticamente confinado en su interior, reducindose grandemente la captacin de ruido e interferencias as como las prdidas por radiacin. El material dielctrico existente entre ambos conductores, necesario para mantener la estructura mecnica de la lnea, influye notablemente en sus caractersticas. Existen multitud de lneas coaxiales disponibles en el mercado con prestaciones que aumentan con el grosor de los conductores y la bondad del


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material dielctrico (cifras meramente orientativas podran ser: tasa de transmisin de 10 Mbit/s a 1 Gbit/s; distancias de 200 m a varios km). Ejemplos de utilizacin: distribucin local de seales de TV y radio en FM, enlaces de alta capacidad (troncales) en redes extensas de telefona y datos, conexin de terminales y controladores a ordenadores grandes (en desuso), redes locales Ethernet (en desuso). d) Fibra ptica: formada por una fibra (cilindro muy delgado) de vidrio silceo cuyo ndice de refraccin disminuye de forma abrupta o suave en sentido radial, desde el centro hacia la periferia. Por ella se propaga, conducida por fenmenos de reflexin o refraccin, una onda electromagntica de frecuencia muy elevada (en el rango de las ondas luminosas, visibles o no) actuando como portadora. Existen varios tipos de fibra ptica: 1. Multi-modo (de ndice en escaln): constan de un ncleo y de una vaina, que rodea al primero, cuyos ndices de refraccin son distintos (mayor el del ncleo que el de la vaina). Para ciertos ngulos de incidencia de las ondas luminosas se produce el fenmeno de reflexin total en la frontera ncleo-vaina, responsable del guiado de las ondas en el sentido aproximadamente longitudinal de la fibra. En estas fibras el dimetro del ncleo es mucho mayor que la longitud de onda ( ) de la onda luminosa, por lo que existen varios caminos posibles a lo largo de la fibra, es decir, mltiples modos de propagacin. Esto hace que en el extremo receptor se superpongan ondas luminosas que han viajado distancias ligeramente distintas y, por tanto, con retrasos tambin distintos, originndose una dispersin o ensanchamiento de los pulsos de luz transmitidos que llegan a confundirse unos con otros cuando su tasa supera cierto valor (interferencia intersimblica). Algunas de la fibras de este tipo ms usuales son las denominadas 62,5/125 y las 50/125 (nmeros que expresan, en m, el dimetro del ncleo y la vaina respectivamente). Unas cifras orientativas en cuanto a prestaciones podran ser: tasa de transmisin < 200 Mbit/s; distancias < 2 km.

multi-modo

mono-modo

Fig. 1.3 Concepto de los modos de propagacin en las fibras pticas

2.

Mono-modo: en estas fibras el dimetro del ncleo es de unas pocas veces la de la onda luminosa que se propaga por ellas (del orden de 8 a 12 m). Esto hace que las ondas se propaguen de forma ms rectilnea, bsicamente por un nico camino o modo de


1 Introduccin

19 propagacin. En el extremo receptor tendremos, por tanto, un menor ensanchamiento de los pulsos que se traducir en mayores prestaciones: tasa de transmisin de 1 a 10 Gbit/s; distancias de 10 a 50 km (cifras orientativas).

3.

A medio camino entre los dos anteriores tipos de fibra tenemos las multi-modo de gradiente de ndice. Como su denominacin indica, el ndice de refraccin disminuye de forma suave desde el centro hacia la periferia de la fibra, siendo la luz guiada por fenmenos de refraccin que tienden a curvar los haces luminosos hacia el centro de la fibra cuando aquellos se alejan de ste.

Los elementos usados para la generacin y la deteccin de la portadora ptica son principalmente dispositivos de estado slido (uniones semiconductoras). En el proceso de transmisin (conversin de la seal elctrica en ptica) se utilizan: a) diodos LED (light-emitting diode, diodo electro-luminiscente): de bajo coste, pero ofreciendo una fuente de luz de baja pureza espectral (emiten luz en un rango relativamente amplio de s), lo que aumenta la dispersin de los pulsos recibidos. Suelen emplearse con las fibras ms sencillas multi-modo. b) diodos LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificacin de luz mediante la emisin estimulada de radiacin): ms delicados y costosos, pero ofreciendo una fuente de luz de mayor pureza espectral (ms mono-cromtica). Suelen emplearse con las fibras mono-modo para obtener las prestaciones ms elevadas. Las frecuencias de emisin de los dispositivos anteriores caen en la regin del espectro de luz no visible del infrarrojo, siendo la banda ms usada la de =850 nm. Ms recientemente se vienen usando las bandas de menor frecuencia de 1350 y 1500 nm, que presentan mejores caractersticas de propagacin. En el proceso de recepcin (conversin de la seal ptica en elctrica) se usan diversos tipos de fotodiodos y fototransistores. Los medios de transmisin de fibra ptica presentan actualmente las mejores prestaciones, en cuanto a capacidad y distancia, para el transporte de la informacin. Otra caracterstica favorable es su prcticamente total ausencia de radiacin y captacin de cualquier energa electromagntica (elctrica u ptica). Su principal desventaja es su coste debido, en gran parte, no a la fibra en s sino a la complejidad de unin de las fibras (soldaduras y conectores) y a una instalacin y mantenimiento ms complicados por su fragilidad. Algunos ejemplos de aplicacin seran: enlaces troncales de elevada capacidad y distancia en redes extensas de telefona y datos, redes metropolitanas de difusin de video y datos, enlaces entre redes locales, etc. En cuanto a los medios no-guiantes, se caracterizan por un campo electromagntico de elevada frecuencia, actuando a modo de portadora de la informacin, que se extiende libremente por todo el medio (el espacio o ter) en el que se encuentran inmersos el emisor y el receptor. Un limitado confinamiento guiado de dicho campo se consigue por medio de los dispositivos de acoplo al medio (antenas o lentes). Algunas caractersticas especficas de este tipo de medio de transmisin son que existe un nico medio que debe ser compartido por todos los procesos de transmisin que se desarrollan en una cierta zona


20


espacial que, a su vez, no tiene lmites claramente definidos; la transmisin por este tipo de medios est sujeta a mayores problemas (de ruido, interferencia, atenuacin, dispersin por caminos mltiples, etc.) que cualquier otro medio; su capacidad est limitada, es decir, no puede aumentarse sencillamente como sucede en los otros tipos de medio (para los que siempre pueden instalarse ms lneas de par trenzado o fibras pticas, por ejemplo); en relacin con lo anterior, la capacidad disponible debe repartirse cuidadosamente entre las diferentes transmisiones asignndoles fracciones del espectro y del espacio difciles de planificar y mantener. Existen infinidad de ejemplos de aplicaciones de este tipo de medios: a) Ondas de radio con frecuencias por debajo de 1GHz: difusin de informacin de audio y vdeo, telemetra/telemando, servicios de voz y datos en sistemas de telefona mvil celular, etc. b) Ondas de radio por encima de 1 GHz: enlaces punto a punto y de difusin de informacin, tanto va satlite como terrestres, redes locales sin hilos, etc. c) Ondas en el rango de frecuencias ptico: enlaces entre puntos con visibilidad directa entre ellos de corta y media, redes locales sin hilos, telemando, etc.

1.1.4 El multiplexado de la seal El Multiplexado es el mtodo por el cual pueden transmitirse varias seales (canales) por un nico medio fsico de transmisin. Existen bsicamente dos mtodos: a) FDM (Frequency Divisin Multiplexing): multiplexado por divisin en la frecuencia. Las diversas seales (analgicas o digitales), que deben ser de banda limitada, modulan portadoras distintas suficientemente separadas en frecuencia y se transmite la suma de todo ello. Como se vio, la modulacin supone una traslacin del espectro de las seales. De este modo las distintas seales, aunque simultneas en el tiempo, quedan separadas desde el punto de vista frecuencial. La recuperacin, a la recepcin, de las distintas seales originales (el demultiplexado) se lleva a cabo mediante filtros paso-banda y demoduladores. Puede decirse que las tcnicas de FDM son bsicamente analgicas y que conllevan cierto coste y complejidad (la integracin a gran escala de circuitos analgicos es ms costosa que la de circuitos digitales, los filtros no son ideales, etc.). Algunos ejemplos de utilizacin de tcnicas de FDM son: la inmensa mayora de las comunicaciones que se llevan a cabo sobre medios no-guiantes (por ejemplo, difusin de radio y TV, comunicaciones mviles de telefona, mensajera, etc.); tambin se utiliza en medios guiantes (por ejemplo, las redes de cable de distribucin de TV, algunas redes locales realizadas sobre cables coaxiales de banda ancha, antiguamente, las conversaciones telefnicas a travs de cables submarinos, etc. y, ms recientemente, las tcnicas de WDM (Wavelength Divisin Mltiplex), es decir, el uso de varias portadoras


1 Introduccin

21 luminosas (colores), utilizadas para aumentar la capacidad, ya de por s elevada, de las fibras pticas.

S1 (t)

x F1

F.P. Banda

x F1

S1 (t)

S2 (t)

x F2

F.P. Banda

x F2

S2 (t)

Sn (t)

x Fn

F.P. Banda

x Fn

Sn (t)

Fig. 1.4 Esquema del proceso de multiplexado FDM

. . .F1 F2 Fn

F

Fig. 1.5 Separacin en la frecuencia de las seales multiplexadas mediante FDM

b) TDM (Time Divisin Multiplexing): multiplexado por divisin en el tiempo. Las diversas seales (digitales) se trocean en grupos de bits o bytes que se transmiten a mayor velocidad que la original, unos tras otros y siguiendo un proceso cclico. En este caso cada una de las seales utiliza todo el ancho de banda disponible en el medio de transmisin pero nunca coincidiendo en el tiempo. La estructura de bits que transporta un trozo de cada una de las seales a multiplexar, y que se repite cclicamente en el tiempo, se denomina trama. Dentro de ella, el grupo de bits perteneciente a una misma seal se denomina ranura (slot). Dado que una trama debe contener los trozos de informacin de todos los N canales a multiplexar en el mismo tiempo original, sta tendr una velocidad (en bit/s) N veces superior al de las seales originales (en realidad algo superior


22


dado que las tramas suelen incluir bits adicionales para la sincronizacin, la supervisin y el control de errores). Puede decirse que las tcnicas de TDM son bsicamente digitales y para seales digitales, y su coste y complejidad son reducidos (dado el menor coste de los circuitos integrados digitales). Un ejemplo de utilizacin de tcnicas de TDM se encuentra en la inmensa mayora de los enlaces troncales de alta velocidad en redes de rea extensa de telefona y datos y el acceso a la RDSI. Atencin especial merece el esquema de digitalizacin y multiplexado de los canales de voz en las redes telefnicas: los canales analgicos de voz, con un ancho de banda de aproximadamente 3,4 kHz, se digitalizan a 8.000 muestras/s, codificndose cada muestra con 8 bits; esto nos da el canal digital bsico de 64 kbit/s de toda red telefnica y, por extensin, de numerosas redes de datos. En los enlaces troncales el primer nivel de multiplexado (temporal) se realiza tomando 32 canales de 64 kbit/s cada uno (de los que 30 se usan para trfico de voz y los 2 restantes para funciones de sealizacin y supervisin). Esto constituye el llamado enlace E1, cuya velocidad es de 2,048 Mbit/s (de uso en Europa y otras partes del mundo excepto en los EUA, Canad y Japn). El acceso bsico a la RDSI, tambin llamado 2B+D, est construido por el multiplexado de 2 canales B (para trfico de voz y datos) de 64 kbits/s cada uno y un canal D (para sealizacin usuario-red y datos a baja velocidad) de 16 kbit/s. El acceso primario a la RDSI se realiza alrededor de un enlace E1 con algunas modificaciones.

s1(n) s2(n)

s1(n) s2(n)

sn(n)

sn(n)

Fig. 1.6 Esquema del multiplexado mediante TDM

. . .

sn

s1

s2

. . .

sn

s1

s2

. . .

sn

s1

. . .T

Fig. 1.7 Separacin en el tiempo de las seales multiplexadas mediante TDM


1 Introduccin

23

1.1.5 Clasificacin de la transmisin segn su sentido En funcin de los parmetros sentido de una comunicacin y tiempo, las transmisiones pueden clasificarse en: a) Simplex: cuando se dan siempre en un solo sentido; por ejemplo, aquellas asociadas a los servicios de difusin (TV, radio) y de mensajera (busca-personas). b) Semi-duplex: cuando pueden darse en ambos sentidos pero no al mismo tiempo; por ejemplo, las comunicaciones entre radioaficionados y las de los walkie-talkies. c) Full-duplex: cuando pueden darse en ambos sentidos y simultneamente en el tiempo; por ejemplo, la telefona (convencional y mvil).

1.1.6 Transmisin sncrona/asncrona Considerando la transmisin de caracteres (bytes), se dice que la transmisin es asncrona cuando stos pueden transmitirse en cualquier instante, aisladamente o en grupos, y no hay ninguna coordinacin temporal estricta entre emisor y receptor (para ello cada carcter lleva asociada informacin de autosincronizacin, que puede consistir en los llamados bit de inicio usualmente un bit 0- y bit de parada usualmente uno o ms bits 1). Por el contrario, la transmisin es sncrona cuando siempre existe una coordinacin temporal precisa entre emisor y receptor y los caracteres se transmiten contiguamente sin ningn bit adicional de sincronizacin (aun en el caso de que no hayan caracteres a transmitir, la sincrona se mantiene y es frecuente que se enven continuamente bits llamados de relleno.)

1.1.7 Capacidad de canal La capacidad de canal es una medida de la cantidad de informacin que puede llevar un canal de comunicaciones; por ejemplo, el ancho de banda (en Hz) constituira una medida analgica y la tasa de bit (en bit/s) una medida digital. Detrs de este concepto existe un aparato cientfico-tecnolgico muy importante y extenso (cuya presentacin ocupara ms de un libro como el presente). Se darn, por tanto, unas breves pinceladas sobre dicho tema. Los parmetros relacionados con el concepto de capacidad de canal son: R, velocidad de transmisin de datos (en bit/s) B, ancho de banda de la seal transmitida (en Hz) que, para aprovechar el canal, se hace coincidir con el de ste N, potencia de ruido (en W), usualmente considerado de tipo gaussiano (trmico, aleatorio, de espectro de potencia plano)


24 Pe, probabilidad de error de bit


Rm, velocidad de codificacin/modulacin (en baudios o smbolos/s); est relacionada con R de la siguiente forma R Rm log 2 A , donde A es el nmero de smbolos o seales distintas (formas de onda, niveles de tensin, etc.) que tiene el esquema de codificacin / modulacin empleado. En general, si se desean transmitir n bits en cada smbolo se requiere A=2n smbolos. Deben mencionarse algunas propiedades relacionadas con el concepto de capacidad de canal: Idealmente, por un canal de ancho de banda B Hz puede transmitirse a 2B baudios (utilizando, por ejemplo, pulsos paso-bajo). En total ausencia de ruido, por un canal de ancho de banda B finito y empleando seales de potencia finita puede transmitirse a velocidad arbitrariamente alta (R ) usando un esquema de codificacin con muchos niveles (A ). Teorema de Nyquist: Dada una seal analgica de ancho de banda B que deba ser digitalizada para su transmisin, es suficiente que sea muestreada a 2B muestras/s para poder restituirla con toda fidelidad. Por ejemplo, las seales de voz del servicio de telefona, que no pretende ser de alta fidelidad, sino simplemente de alta inteligibilidad, son usualmente muestreadas a 8 Kmuestras/s lo que tericamente garantiza que dichas seales puedan tener un ancho de banda de hasta 4 kHz. Relacin de Shannon: CS (bits/s). Esta importante relacin nos indica la N capacidad mxima de un canal de comunicacin de ancho de banda B en presencia de ruido gaussiano (de potencia N) y empleando seales de potencia S. Dicha relacin es una cota superior para cualquier esquema de codificacin/modulacin realizable actualmente o en el futuro, por sofisticado que sea. B log 2 1

Vase un ejemplo de aplicacin de la anterior ley a la determinacin de la capacidad mxima de transmisin digital del canal telefnico convencional usando mdems: las frecuencias utilizables en el canal telefnico van aproximadamente desde 300 a 3.400 Hz, es decir, su ancho de banda B es de 3,1 kHz; la relacin seal a ruido en dicho canal es del orden de 35 dB; por tanto su capacidad mxima, en este ejemplo, sera C 36.044 bit/s. Debe indicarse que en esta expresin, el valor de S/N debe indicarse en valores lineales, esto es, 35 dB = 3162,28).

1.2 Conceptos bsicos de redes de comunicacionesUna red de comunicaciones es un conjunto de medios de transmisin y conmutacin para el envo de informacin entre puntos separados geogrficamente. Esta definicin resulta extremadamente general y en la actualidad existe un gran nmero de implementaciones diferentes que responden a necesidades especficas, tales como redes de acceso de datos, troncales, inalmbricas, redes de voz, etc.)


1 Introduccin

25

nodos conmutacin equipos terminales RED medios transmisin

Fig. 1.8 Elementos de las redes y sistemas de comunicaciones

Un sistema de telecomunicacin es un conjunto de medios fsicos, lgicos y organizativos que permiten ofrecer un servicio de telecomunicacin; es decir, incluye a la red, los terminales y los recursos tcnicos y humanos adicionales para su mantenimiento, gestin y explotacin. Un servicio de telecomunicacin es el valor aadido que percibe el usuario; por ejemplo: telefona, facsmil (fax), transmisin datos (mdem) entre computadores. Obsrvese la diferencia entre servicio y red; los tres servicios citados anteriormente son habitualmente soportados por la red telefnica tradicional (aunque esta fuera inicialmente diseada y optimizada para soportar el servicio de telefona) y cabra pensar en redes ms adecuadas para soportar los dos ltimos servicios. En relacin con los servicios, en ocasiones se habla de: a) Teleservicios: coincidiendo bsicamente con la definicin genrica de servicio que se ha dado. b) Servicios portadores: aquellos que se ofrecen entre puntos de acceso a la red, no entre terminales. Retomando los ejemplos anteriores, puede decirse que el servicio portador de la red de telefnica tradicional es aquel que permite el envo, entre puntos situados prcticamente en cualquier lugar del globo terrqueo, de seales analgicas en el rango de frecuencias comprendido entre 300 y 3.400 Hz, en modo full-duplex, con retardo inferior a unos 200 ms y con una distorsin y adicin de ruido determinados. Evidentemente este servicio portador es el ms adecuado para ofrecer el teleservicio de telefona aunque, con el uso de mdems, se adapte al ofrecimiento de otros teleservicios, como se ha comentado anteriormente. c) Servicios suplementarios (o de valor aadido): no son servicios en s mismos, sino ms bien mejoras o complementos de algn teleservicio. Por ejemplo, todas las facilidades de marcacin abreviada, desviacin de llamadas, cobro revertido, indicacin de llamada en espera, conferencia a tres, identificacin del llamante, etc., asociadas al teleservicio de telefona constituyen servicios suplementarios.


26


RED

servicio portador teleservicioFig. 1.9 Servicio portador y teleservicio

1.2.1 Servicios orientados y no orientados a conexin Los servicios tambin pueden clasificarse segn la forma en que se establecen y finalizan. As puede hablarse de: a) servicios orientados a conexin: aquellos que requieren una fase de establecimiento (antes de estar disponibles) y una de finalizacin. Por ejemplo, el servicio de telefona requiere de una fase de establecimiento (en la que se especifica la direccin del destino, se analiza la viabilidad de establecer el servicio, se reservan los recursos necesarios en la red, se notifica al destinatario, etc.). A esta fase le sigue la de transferencia (en la que se ofrece el servicio propiamente) y, despus, la fase de liberacin (en la que se desocupan los recursos reservados en la red, se almacenan los datos de facturacin del usuario, etc.). b) servicios no orientados a conexin: aquellos que estn disponibles sin ningn procedimiento previo y carecen de fases. Por ejemplo, las redes de datos IP (Internet Protocol), donde los datagramas, conteniendo la direccin de destino, se envan por la red sin ningn proceso previo ni posterior.

1.2.2 Tipos de redes segn su capacidad de cobertura Aunque puedan establecerse multitud de criterios, las redes se clasifican tradicionalmente segn tres parmetros: velocidad de acceso, distancia cubierta y tipo de propiedad/explotacin. As tenemos: a) WAN (Wide Area Networks): Las redes de rea extensa comnmente se caracterizan por tener una velocidad de acceso moderada (de 1 a 64 kbit/s; o hasta 2 Mbit/s.), distancias cubiertas grandes (de 100 a 20.000 km) y propiedad pblica (en el sentido de que los territorios por donde se despliega la red son varios, de propietarios distintos, incluidas las administraciones pblicas. Antes del fenmeno de la liberalizacin de hace algunos aos en Espaa, la propiedad y explotacin eran enteramente pblicas). Ejemplos de este tipo de redes son: la red telefnica tradicional y la RDSI, las redes pblicas de datos con estndar de acceso X.25 (en retroceso), internet, etc. En algunos casos, se comprende tambin a los


1 Introduccin

27

troncales de red, que pueden alcanzar velocidades de los centenares de Gbit/s mediante tecnologas tales como DWDM. b) LAN (Local Area Networks): Las redes de rea local tradicionales se caracterizan por tener velocidades de acceso elevadas (de 0,2 a 16 Mbit/s; o hasta 1000 Mb/s si se incluyen las variantes ms recientes), distancias cubiertas reducidas (de 200 m a 5 km) y propiedad/explotacin privada (en el sentido de que la infraestructura de red usualmente pertenece a la organizacin a la que da sus servicios, se despliega en territorios de su propiedad y es explotada por la misma). Ejemplos de este tipo de redes son: Ethernet (IEEE 802.3), Token Ring (IEEE 802.5), AppleTalk (norma propietaria en declive), etc. c) MAN (Metropolitan Area Networks): Las redes de rea metropolitana se caracterizan por tener velocidades de acceso muy elevadas (de 30 a 150 Mbit/s y en la actualidad hasta los 10 Gbit/s), distancias cubiertas medianas (10 a 50 km, las correspondientes a una ciudad y su rea de influencia) y propiedad/explotacin a medio camino entre lo pblico y lo privado. Dichas redes, aparecidas en la dcada de 1990, eran tecnolgicamente avanzadas y su lugar actualmente es algo difuso, confundindose con las nuevas redes de rea local y extensa de alta velocidad. Ejemplos de este tipo de redes son: DQDB (Dual Queue Dual Bus) (IEEE 802.6), FDDI (Fiber Distributed Data Interface), etc.

Velocidad (bit/s) 10E8 P 10E6 LAN WAN PABX 10E2 HS-LAN MAN RDSI-BA

10E4

10E0

10E2

10E4

10E6

Distancia (m)

Fig. 1.10 mbito de aplicacin de los distintos tipos de redes segn los parmetros de velocidad y cobertura

1.2.3 Clasificacin de las topologas de red La topologa (de red) es la disposicin lgica de los elementos (enlaces, nodos) de una red. As pueden definirse diversos modelos de topologas bsicas: a) Malla: Los distintos nodos estn ms o menos densamente unidos entre s por enlaces directos (en general, de forma arbitraria y sin seguir ninguna jerarqua particular). Cuando cualquier


28


nodo est unido directamente a todos los dems mediante un enlace directo, se dice que la red presenta una topologa de malla completa. b) Estrella: Los distintos nodos estn unidos a un nico nodo central. c) rbol: Los distintos nodos estn distribuidos en forma de ramificaciones sucesivas a partir de un nico nodo raz. d) Bus: Todos los nodos estn unidos por un nico enlace comn. e) Anillo: Los nodos estn unidos en cadena, uno tras otro, cerrndose sta sobre si misma (de manera circular).

a)

a)

b)

c)

d)

e)

Fig. 1.11 Topologas de red a) malla, a) malla completa de 4 nodos, b) estrella, c) rbol, d) bus, e) anillo

1.2.4 Clasificacin de los tipos de conmutacin de datos La conmutacin permite la entrega de informacin desde un nodo origen hasta un destino a travs de un medio compartido, gracias a los nodos intermedios que actan como elementos activos en el encaminamiento de la informacin, dirigiendo los datos. Existen diversas tcnicas para llevar a cabo esta tarea, como son la conmutacin de circuitos, de paquetes y de celdas, as como variantes especficas que a continuacin son descritas. a) Conmutacin de circuitos: Modo de operacin de una red en el que la comunicacin entre dos terminales se produce a travs de caminos establecidos al inicio de la comunicacin, que no varan durante sta y que se dedican en exclusiva a ella. Los caminos se construyen al inicio de la comunicacin, por conmutacin electro-mecnica o electrnica en los nodos intermedios, concatenando una serie de circuitos fsicos (por ejemplo, una lnea de par trenzado dentro de un cable de pares, un canal en un sistema de FDM o TDM, un canal de radiofrecuencia en el


1 Introduccin

29

espacio o un canal luminoso en una fibra ptica). Las caractersticas ms relevantes de las comunicaciones establecidas en este modo de operacin son: a) su ancho de banda (B), o velocidad de transmisin (R), es fijo; b) su retardo (T) es bajo y constante. Dada la reserva exclusiva de recursos de red que implica, la conmutacin de circuitos resultar rentable cuando se stos aprovechen enteramente, es decir, para flujos continuos de datos. El ejemplo ms claro e importante de este modo de operacin lo constituye la red telefnica bajo los estndares del ITU-T (con sus circuitos digitales full-duplex a 64 kbit/s dedicados a cada llamada telefnica). b) Conmutacin de paquetes: Modo de operacin de una red en el que la comunicacin entre dos terminales se produce mediante los paquetes (unidades de informacin formadas por grupos de bits) que viajan a travs de caminos, establecidos inicialmente o no, fijos o variables a lo largo de la comunicacin, compartidos por paquetes de otras comunicaciones. El camino que sigue cada paquete se realiza, tras su anlisis, por su conmutacin digital en los nodos intermedios. Las caractersticas ms relevantes de las comunicaciones establecidas en este modo de operacin son: a) su ancho de banda (B) no est generalmente prefijado, es decir, la red proporciona capacidad segn los paquetes asociados a cada comunicacin vayan llegando (segn su demanda) y en funcin de la disponibilidad de recursos; b) su retardo (T) es variable y mayor que en la conmutacin de circuitos. Esta variabilidad en B y T es debida a que no se reservan recursos en exclusiva a las comunicaciones; por lo tanto, los tiempos de procesamiento y conmutacin y la capacidad disponible varan continuamente en funcin de las comunicaciones y paquetes que existen en un momento dado. Algunos ejemplos de este modo de operacin se encuentran en las redes de datos pblicas o privadas que operan bajo estndares como X.25 (o Frame Relay) del ITU-T, TCP/IP de la comunidad internet, etc. Existen dos grandes familias dentro de la conmutacin de paquetes clsica: 1. Conmutacin de paquetes en modo circuito virtual: El camino que siguen todos los paquetes pertenecientes a una comunicacin se determina en su inicio y permanece invariable a lo largo de la comunicacin como en la conmutacin de circuitos. Aun as, slo se determina el camino, no se hace una reserva de recursos (al menos no en exclusiva) como suceda en la conmutacin de circuitos. De ah el nombre de circuito virtual. Conmutacin de paquetes en modo datagrama: El camino que sigue cualquier paquete se determina individualmente, es decir, se determina en el momento en que un paquete llega a un nodo intermedio y solamente tiene validez para ese paquete en particular. De hecho, a nivel de la red, no existe la nocin de comunicacin (entendida como una asociacin lgica en el tiempo entre dos terminales). Dicho de otro modo, cada paquete (que lleva toda la informacin necesaria para su viaje a travs de la red) constituye en s una comunicacin.

2.

c) Conmutacin de celdas: Es una variante evolucionada de la conmutacin de paquetes en la que stos son de longitud pequea y fija (y usualmente llamados celdas). Su pequea longitud permite una granularidad muy fina a la hora de asignar recursos a las comunicaciones y, por tanto, un buen aprovechamiento del ancho de banda. El tamao fijo de las celdas facilita el uso de tcnicas de conmutacin muy rpidas (realizadas directamente por hardware). El ejemplo ms relevante de este modo de operacin se encuentra en las redes de banda ancha basadas en la tecnologa ATM (Asynchronous Transfer Mode) (ver ms detalles en el captulo 6).


30


a)

b)

c)

Fig. 1.12 Distintos modos de operacin de las redes: a) conmutacin de circuitos, b) conmutacin de paquetes en modo circuito virtual, c) idem, en modo datagrama

Tabla 1.1 Algunas caractersticas y diferencias de los distintos modos de conmutacin en las redes

Conmutacin de CIRCUITOS Circuito dedicado en exclusiva Ancho de banda Fijo Retardo de establecimiento de la conexin Retardo bajo y fijo (no hay almacenamiento, solo propagacin) Ruta establecida inicialmente e invariable Fiabilidad alta (slo desconexiones imprevistas) No existen cabeceras de red (durante la conexin) Para trfico continuo

Conmutacin de PAQUETES modo DATAGRAMA Circuito no dedicado (compartido) Uso dinmico del ancho de banda No hay retardo de establecimiento de la conexin Retardo mayor y variable (por almacenamiento y conmutacin) Ruta establecida para cada paquete Fiabilidad baja (posibles prdidas y desordenamientos de paquetes) Cabeceras de red grandes en cada paquete Para trfico discontinuo (a rfagas)

Conmutacin de PAQUETES modo CIRCUITO VIRTUAL Circuito no dedicado (compartido) Uso dinmico del ancho de banda Retardo de establecimiento de la conexin Retardo mayor y variable (por almacenamiento y conmutacin) Ruta establecida inicialmente e invariable Fiabilidad alta (slo desconexiones imprevistas) Cabeceras de red ms pequeas en cada paquete Para trfico discontinuo (a rfagas)

1.2.5 Clasificacin del trfico en clases Con el nico fin de perfilar los distintos tipos de trfico que puedan ser transportados por una red, se pueden establecer una posible clasificacin con las siguientes 3 clases de trfico:


1 Introduccin

31

1.

Clase I (tiempo real): de mensajes largos o continuos, en tiempo real (no tolera retardos superiores, digamos, a 200 ms), admite errores, admite bloqueo, muy interactivo: hombrehombre (telefona, videoconferencia), adecuado para la conmutacin de circuitos. Clase II (interactivo, racheado): de mensajes cortos y racheados (a rfagas), interactivo (tolera cierto retardo, de 1 a 3 s.), no suele admitir errores, admite cierto bloqueo, interactivo: hombre-mquina, mquina-mquina (terminal de datos, cajero electrnico, navegacin web), adecuado para la conmutacin de paquetes. Clase III (pesado, diferido): de mensajes muy largos, no requiere tiempo real (tolera retardos elevados, hasta de minutos), no admite errores, no admite bloqueo, no interactivo: mquinamquina (transferencia de archivos, correo electrnico), adecuado para la conmutacin de paquetes o circuitos.

2.

3.

Degradacin

I III IIBloqueoFig. 1.13 Representacin simblica de las clases de trfico segn los parmetros de degradacin, retardo y bloqueo (imposibilidad de establecer una conexin en un momento dado)

Retardo

1.3 Conceptos bsicos de teletrficoLa intensidad de trfico, o trfico simplemente, es una medida muy til de la carga o grado de ocupacin de los recursos (lnea de transmisin, rgano de conmutacin, etc.) de una red. Tres definiciones alternativas de este concepto son: 1. Ocupacin media de un recurso en el tiempo (enlace de comunicaciones, canal en un sistema FDM, ranura en un sistema TDM, elemento de un nodo de conmutacin, etc.). Nmero medio de recursos ocupados (de un grupo de ellos: lneas en un cable de pares, procesadores en un sistema, etc.) Dado un recurso que es solicitado por sus usuarios con una frecuencia promedio de peticiones/s y siendo el tiempo medio de ocupacin de dicho recurso en cada solicitud de T s, se define el trfico (A) cursado por dicho recurso como

2.

3.


32A T


(1.1)

Dicha cantidad es adimensional aunque, en honor al ingeniero A. K. Erlang, que desarroll la teora de teletrfico a principios del siglo XX, se suele expresar en Erlang (Er). Vanse con algunos ejemplos el significado de esta importante medida: a) Despus de observar la actividad en una lnea de comunicaciones, concluimos que sta se encuentra ocupada el 40% del tiempo. Entonces dicha lnea soporta un trfico de 0,4 Er. b) Los proveedores del servicio de telefona manejan estadsticas acerca de la actividad de sus abonados con el fin de dimensionar sus redes. As, por ejemplo, se dice que el trfico ofrecido por un usuario domstico es de unos 0,02 Er (es decir, la proporcin del tiempo, a lo largo de un da promedio, en el que el telfono de dicho usuario estara activo en llamadas, suponiendo que todas son realizadas). En ese mismo sentido, el trfico ofrecido por una cabina telefnica situada en la va pblica es de 0,1 a 0,4 Er. c) El trfico cursado a travs de un cable de pares trenzados de 100 pares es de 25 Er. Entonces puede decirse que 25 pares estn ocupados el 100% del tiempo y el resto desocupados o tambin que todos los pares estn ocupados en un 25% de su tiempo. d) En una central local de telefona se reciben 2.100 peticiones de llamadas por hora (en la hora del da con mayor trfico u hora cargada, busy hour). Si el promedio de la duracin de una llamada telefnica es de 3 min, puede decirse que la central soporta un trfico deA T 2100 llamadas 1h 3 min 105Er

1h

60 min 1llamada

Obsrvese que el trfico cursado es aquel que supone una ocupacin real de los recursos. El trfico ofrecido es aquel que se ofrece a un grupo finito de recursos, pero sin que haya la certeza de que todas las peticiones puedan satisfacerse (cursarse) en cualquier momento; es, por tanto, aquel que hipotticamente se cursara si el nmero de recursos fuera infinito. El trfico perdido es aquel que se debe a todas aquellas peticiones que no han encontrado algn recurso libre y, por tanto, han sido rechazadas. Finalmente, tambin se define el trfico demorado como aquel que se debe a todas aquellas peticiones que no han encontrado algn recurso libre inmediatamente y, por tanto, son mantenidas en espera hasta que eso suceda. Es aquel trfico que acaba materializndose, pero con demora. El caudal (throughput) es un trmino equivalente al de trfico cursado, normalmente usado en el entrono de redes de rea local y denotado por la letra S. Por ejemplo, un analizador de protocolos conectado a una red Ethernet que indique un caudal de S=0,35 quiere decir que la ocupacin promedio del bus en transmisiones es del 35% del tiempo o que el trafico que cursa es de 0,35 Er. Una definicin alternativa del caudal es

S

{bits de datos transm. / s}R

(1.2)

donde R es la tasa de transmisin en bruto en el canal.


2 Arquitecturas de comunicaciones

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2. Arquitecturas de comunicaciones2.1 Perspectiva histricaLa idea de red de comunicaciones como infraestructura para ofrecer algn servicio de comunicacin de informacin quizs se remonte muchos siglos atrs. Las redes basadas en el fenmeno de la electricidad se remontan a mediados del siglo XIX, con la invencin del telgrafo. Pero las redes de comunicacin de datos, digitales, surgen a partir de la invencin del ordenador moderno, hacia la dcada de 1960 (aunque existieron mquinas de calcular bastante antes: el baco de los rabes, la mquina de Leibniz y ya en el siglo XX, el computador ENIAC, basado en vlvulas de vaco). Los primeros ordenadores con transistores eran equipos grandes y costosos en posesin de unas pocas empresas (los llamados centros de clculo). Ofrecan los servicios a clientes que se desplazaban fsicamente para entregar los datos de entrada y recoger los datos de salida. Es decir, al principio el acceso a los ordenadores era local, a travs de terminales relativamente rudimentarios conectados a ellos (lectores de tarjetas perforadas con los programas y datos, impresores en papel continuo, teclados y pantallas de rayos catdicos, a lo sumo). Con el fin de mejorar los servicios ofrecidos a sus clientes, los centros de clculo habilitaron terminales en las ubicaciones de aqullos para permitir el acceso remoto, usando mdems y la red analgica de telefona (la nica realmente extendida en aquella poca). Con el tiempo los ordenadores empezaron a conectarse entre s para compartir datos y capacidad de proceso entre ellos, as como terminales de entrada/salida ms sofisticados. Ya tenemos las redes de ordenadores o de comunicacin de datos. La conectividad entre ordenadores y terminales requiri la adicin de hardware (los llamados front-end de comunicaciones) y software (los protocolos de comunicacin). Cada fabricante de ordenadores escogi su propio camino, es decir, escogi su propia arquitectura de comunicaciones. Pero antes de definir con ms exactitud eso, se har un breve repaso a la historia de las redes de datos. Postrimeras de la dcada de 1960: En EUA, ARPA (Advanced Research Projects Agency) promueve el desarrollo de una red especfica para la comunicacin entre los ordenadores de centros federales militares y de investigacin. Dicha red deba ser robusta ante fallos de algunos de sus elementos (topologa en malla con caminos redundantes) y adaptada al trfico generado por los ordenadores (el paquete como unidad de informacin). Esa red, llamada ARPANet, fue el embrin de lo que hoy conocemos como Internet.


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Principios de la dcada de 1970: IBM presenta su arquitectura de comunicaciones SNA (System Network Architecture). Poco despus Digital presenta la suya DNA (Digital Network Architecture); Xerox, en sus laboratorios de Palo Alto (California, EUA) desarrolla una red de mbito local y topologa en bus bautizada como Ethernet para conectar estaciones de trabajo a elevada velocidad; en Canad, DATAPAC significa una de las primeras redes pblicas de datos. Principios de la dcada de 1980: IBM, en sus laboratorios de Zurich (Suiza), desarrolla la red Token Ring, otra red de mbito local con topologa en anillo y filosofa de acceso diferente al de la red Ethernet. En 1985, la red SITA desarrollada por y para las compaas de transporte areo est ampliamente extendida (algunos datos de explotacin correspondientes al ao 1985 eran: cuenta con enlaces a 9,6 y 14,4 kbit/s, algunos de ellos va satlite, conecta unas 250 compaas areas de unos 150 pases, mueve 5x109 mensajes, relacionados con reservas de vuelos en tiempo real, de 80 octetos de longitud media al ao con un retardo tpico de 3 s, mueve tambin 4x108 mensajes, relacionados con partes de vuelo y meteorologa, de 200 octetos de longitud media al ao con un retardo mayor). En Espaa: A principios de la dcada de 1970 la CTNE (Compaa Telefnica Nacional de Espaa) presenta su red pblica de datos IBERPAC; la compaa influye de forma notable en la definicin, a nivel internacional en el CCITT, en la definicin del estndar X.25 para dicho tipo de redes; en 1982 la red sufre un cambio de tecnologa con la adopcin de equipos propios de fabricacin nacional (los sistemas TESYS); algunas cifras de explotacin al ao 1983 eran: velocidades de acceso de los terminales en modo paquete de 300 a 1200 bit/s, 24 centros de conmutacin, 103 concentradores de trfico, 1 centro de gestin de red, 16.300 terminales (con un crecimiento anual de 2000 terminales/ao), trfico total de unos 800 paquetes/s, el 80% del trfico se da entre las 9 y 15 horas del da, el tiempo medio de transferencia de los paquetes es < 1 s para el 86% de ellos y < 2 s para el 95% de ellos. Ao 1978: La ISO (International Standards Organization) promueve el desarrollo de un modelo de referencia para el desarrollo de una arquitectura de comunicaciones para la interconexin de sistemas abiertos (OSI: Open Systems Interconnection). Mediados de la dcada de 1990: Explosin de Internet y de las comunicaciones mviles celulares.

2.2 Conceptos de arquitecturas de comunicacionesLas arquitecturas de comunicaciones permiten ordenar la estructura necesaria para la comunicacin entre equipos mediante una red de modo que puedan ofrecerse servicios aadidos al simple transporte de informacin, algunos tan importantes como la correccin de datos o la localizacin del destinatario en un medio compartido. En esta arquitectura, deben definirse ante todo algunos conceptos esenciales: a) Proceso de aplicacin: cualquier proceso (programa de aplicacin en ejecucin) en un sistema informtico que ofrezca alguna utilidad al usuario. b) Sistema final: sistema informtico donde residen procesos de aplicacin; en ciertos contextos se le llama acertadamente host (anfitrin). Son los antiguamente llamados mainframes, las estaciones de trabajo, los PCs, etc.



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c) Sistema intermedio: sistema que, en general, no posee aplicaciones de usuario y acta como nodo de conmutacin e interconexin en las redes; son los repetidores, puentes (bridges) y encaminadores (routers, gateways) cada uno de ellos con funcionalidades especficas. d) Protocolo de comunicacin: Conjunto de reglas para el intercambio de informacin y de definiciones de los formatos de los mensajes para la interaccin fructfera entre dos o ms entidades. Por ejemplo, el popular protocolo IP, base de Internet. Para estudiar las arquitecturas de comunicaciones es conveniente pensar que los objetos en comunicacin son los procesos de aplicacin y no los sistemas (finales) donde se alojan. Bajo esta premisa, ya puede intuirse que la tarea de poner en comunicacin dichos procesos puede llegar a ser muy compleja.

Procesos de aplicacin

Arquitectura de comunicaciones PROBLEM A MUY COM PLEJO!

Fig. 2.1 La arquitectura de comunicaciones como estructura compleja para el intercambio de informacin entre procesos de aplicacin

En toda comunicacin entre equipos finales a travs de un medio, existen diversas cuestiones a las que buscar solucin con el fin de alcanzar el establecimiento de conexin. Vanse algunos aspectos a resolver: a) identificacin de orgenes / destinos (direccionamiento) b) control de los errores de transmisin (algoritmos de deteccin y correccin) c) prdidas de secuencia (numeracin y reordenamiento) d) diferencias de velocidad, saturaciones (control de flujo) e) diferencias de longitud (segmentacin y reensamblaje) f) optimizacin de costes (multiplexado, concatenacin)


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g) diferencias de representacin de la informacin (sintaxis comn, conversin) h) seguridad, es decir, privacidad, autenticidad (criptografa) i) gestin del acceso a recursos compartidos (protocolos de acceso, priorizacin) j) determinacin del mejor camino a seguir (encaminamiento) El nmero de problemas a resolver para permitir una comunicacin correcta entre los procesos de aplicacin es demasiado elevado como para atacarlos globalmente. Es mejor aplicar el principio de divide y vencers.

Procesos de aplicacin

Arquitectura de comunicaciones PROBLEMA MS MANEJABLE

Fig. 2.2 Divisin en bloques o conjuntos de tareas en una arquitectura de comunicaciones

Por eso, la mayora de arquitecturas de comunicaciones estn estructuradas en lo que suelen llamarse capas o niveles. Las principales ventajas de una estructuracin de ese tipo son: a) la modularidad o independencia entre tareas. Permite resolver el problema general en pequeos problemas, ms simples y resolubles individualmente. b) permitir varias alternativas para una misma tarea. Poder disponer de 2 protocolos, elegibles por la entidad de nivel superior, en funcin de los requisitos necesarios. c) la facilidad de cambios parciales. Por ejemplo, cambiar un protocolo por otro sin afectar al resto del funcionamiento. Una aplicacin de ello podra ser la migracin a una nueva versin de protocolo desde una anterior (pasar de IP versin 4 a IP versin 6, sin variar el resto de la torre de protocolos, obteniendo por tanto el beneficio del nuevo estndar en las funciones de las que especficamente sea responsable).



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2.3 Analoga de una arquitectura de comunicacionesPara ilustrar mejor el concepto y la utilidad de una arquitectura de comunicaciones, se presentar a continuacin una analoga ampliamente usada en la literatura sobre el tema. Supongamos dos pensadores (filsofos) que viven en pases distintos, con lenguas nativas distintas y que estn interesados en establecer un intenso debate dialctico. Ellos representarn los procesos de aplicacin que desean intercambiar informacin al ms alto nivel, sin preocupaciones secundarias. Para ellos debe disearse una arquitectura de comunicaciones que aborde bsicamente dos problemas: la separacin geogrfica entre los filsofos y su separacin idiomtica (distinta forma de representar sus pensamientos). En la figura 2.3 puede verse el esquema de dicha arquitectura.

Capa de aplicacin Capa de adaptacin sintctica

filsofo espaol

filsofo francs

traductor 1

traductor 2

Capa de comunicacin M edios de comunicacin

ingeniero 1

ingeniero 2

Fig. 2.3 Analoga de una arquitectura de comunicaciones

La capa de adaptacin sintctica aborda el problema de la distinta forma en que los filsofos (procesos de aplicacin) representan sus pensamientos (informacin), es decir, ofrece un servicio de intercambio de informacin transparente (independiente) al idioma en que est expresada. Con este fin, dicha capa se construye con dos entidades, traductor1 y traductor2, colaborando entre s, capaces de traducir a/desde el idioma de cada filsofo a otros idiomas comunes a ambos traductores (al menos uno de ellos). La capa de comunicacin aborda el problema de enviar cualquier informacin entre los sitios geogrficos distintos donde residen los filsofos, es decir, ofrece un servicio de transporte de informacin entre sitios distantes, ptimo (en cuanto a rapidez, fiabilidad o coste) y transparente (independiente) a los problemas (extravos, retrasos, desordenamientos, etc.) que puedan surgir en los envos. A tal fin, dicha capa se construye con dos entidades, ingeniero1 e ingeniero2, colaborando entre s, con un conjunto de medios de comunicacin (telfono, fax, correo postal, correo electrnico, etc.) a su disposicin para ponerse en contacto.


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Analicemos algunos aspectos que el uso de esta arquitectura de dos niveles o capas supone: el dilogo entre los filsofos es virtual (no es directo) y se produce a travs de la arquitectura diseada para ellos; en concreto, su dialogo slo se produce a travs de su interaccin con la capa de adaptacin sintctica, desconociendo ellos cualquier detalle de cmo dicha capa funciona y, mucho menos, cualquier detalle de las capas inferiores a sa. Algo similar puede decirse de las entidades traductor; stas, para llevar a cabo la funcin que tienen encomendada, se comunican virtualmente (no directamente) a travs de su interaccin con la capa de comunicacin, desconociendo cualquier detalle de cmo su informacin es intercambiada y qu medios se usan para ello. Veamos otro aspecto: las entidades de la capa de adaptacin sintctica no hacen valoraciones, ni mucho menos modifican, los pensamientos intercambiados por los filsofos; es decir, son de nuevo transparentes en ese aspecto; slo se ocupan de que el significado (semntica) de los pensamientos de los filsofos se mantenga lo ms intacto posible durante el proceso de traduccin de idioma que llevan a cabo. Lo mismo aplica a las entidades de la capa de comunicacin que, tomando literalmente (transparentemente) la informacin proporcionada por la capa superior, se encargan de que sta llegue intacta y de la mejor forma posible (econmica, rpida, etc.) al otro extremo. Adems, debe observarse que cuando uno de los filsofos, inquieto ante una idea nueva que acaba de surgir en su mente, decide intercambiar impresiones con su colega e invoca los servicios de la arquitectura de comunicaciones que tiene a su disposicin, se desencadenan una serie de hechos en las capas de dicha arquitectura. El filsofo solicita el servicio de la capa de adaptacin sintctica aportando su pensamiento y quizs algn parmetro relativo a la urgencia requerida en su envo; el traductor se pone en contacto con su colega de capa invocando para ello los servicios de la capa de comunicacin; una vez en contacto, ambos traductores se saludan, se comunican la lista de idiomas que dominan (de alguna forma preestablecida) y negocian cual ser el mejor idioma (o quizs el nico posible) para llevar a cabo sus funciones como capa. Algo similar sucede con los ingenieros de la capa de Comunicacin: se saludan, usando un medio de comunicacin preestablecido; se comunican la lista de medios de comunicacin de que disponen cada uno de ellos y negocian cul es el mejor medio a utilizar en aquella ocasin, basndose quizs en algn parmetro de urgencia proporcionado por la capa superior. En resumen, puede decirse que el servicio que ofrece cada capa requiere de una fase previa de establecimiento, con posible negociacin, antes de llevar a cabo el servicio propiamente dicho; es lo que se llama servicio orientado a conexin. Otros aspectos remarcables son la existencia de lo que podemos denominar un dilogo horizontal o protocolo de capa, entre las entidades de una misma capa para iniciar, llevar a cabo y finalizar las funciones de capa. Asimismo, tambin existe un dilogo vertical, entre entidades de capas adyacentes que residen en un mismo sitio, con el que se expresa la demanda / ofrecimiento de los servicios de capa. Este dilogo vertical se conforma mediante las llamadas primitivas de servicio, que permiten tener acceso a los servicios ofrecidos por las capas inferiores y comunicar con las superiores. Por ejemplo, una alarma de cable desconectado se notifica desde el nivel inferior hacia las capas superiores mediante primitivas. Finalmente, la concepcin de arquitectura modular permite cambios parciales sin que haya que modificarla enteramente. Por ejemplo, las entidades traductor de la capa de adaptacin sintctica



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pueden sustituirse (los traductores tambin merecen vacaciones) por otras que quizs conozcan idiomas distintos. La funcionalidad de la capa (sus servicios), sin embargo, no se vern alterados por eso. Lo mismo puede decirse de las entidades ingeniero, que pueden ser sustituidas, o de los medios de comunicacin a su disposicin, que pueden variar de un momento a otro.

2.4 El modelo de referencia OSI de la ISO2.4.1 Introduccin Como se ha visto en la breve introduccin histrica del apartado 2.1, a finales de la dcada de 1970 existan un nmero creciente de sistemas informticos a conectar. Dichos sistemas eran heterogneos, es decir: a) usaban distintos procedimientos de comunicacin b) usaban distintos formatos para representar la informacin intercambiada c) se basaban en arquitecturas desarrolladas por sus fabricantes para ellos mismos (propietarias) d) la conexin entre ellos era imposible Por ello, en 1977 la ISO (International Standards Organization) promovi el desarrollo de un modelo de referencia sobre el que desarrollar una arquitectura de comunicaciones abierta a adoptar por todo sistema informtico en una red de comunicaciones.

etc.

ArpaNet

SNA

AppleTalk

OSI

Fig. 2.4 Evolucin hacia una arquitectura comn (abierta) propuesta por la ISO

Los sistemas que adoptasen dicha arquitectura se llamaran sistemas abiertos, es decir, capaces de entenderse entre s, independientemente de su fabricante, de su hardware y de su sistema operativo. El documento bsico del modelo OSI (Open Systems Interconnection) vio la luz en 1983 (ISO 7498).


40 Algunas caractersticas de dicho modelo:


a) Es universal (apto para cualquier tipo de interaccin entre procesos de aplicacin de cualquier tipo, en cualquier contexto, en el presente y en el futuro) b) Es abstracto (independiente de la tecnologa empleada en su realizacin, del sistema operativo del sistema donde se implante y de la red) El modelo OSI contempla una arquitectura de comunicaciones dividida en siete capas o niveles. Algunas de las razones que condujeron a la definicin y nmero de las capas son las siguientes: a) Cada capa debe representar un nivel de abstraccin claramente distinto en el conjunto de tareas encomendado a una arquitectura de comunicaciones b) Cada capa se define de manera que el interfaz entre ellas sea lo ms claro y sencillo posible c) El nmero de capas debe ser suficientemente grande como para que funciones claramente distintas queden separadas d) El nmero de capas debe ser suficientemente reducido como para que el modelo no se complique con excesivos interfaces y protocolos distintos e) Debe aprovecharse el esfuerzo de investigacin y la prctica que representaban las arquitecturas propietarias ya existentes

Aplicacin Presentacin Sesin Transporte Red Enlace de datos Fsica

Aplicacin Presentacin Sesin Transporte Red Enlace de datos Fsica

Medios fsicos de transmisin

Fig. 2.5 Modelo arquitectnico de siete capas propuesto por la ISO



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2.4.2 Terminologa OSI El estndar OSI de la ISO recoge en su especificacin una terminologa de uso comn. Los principales trminos se definen a continuacin. a) Capa o nivel N: conjunto de funciones afines en una arquitectura de comunicaciones. Construida por la unin de las diversas entidades de capa N dialogando entre s por medio del protocolo de capa. b) Entidad de capa N: realizacin de las funciones de la capa en un sistema (final o intermedio) concreto. Dicha realizacin no est especificada por el modelo; una entidad puede ser una pieza hardware (circuito integrado) o software (proce

libro análisis de redes

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