Conmutación¶
Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados, denominados conmutadores. Los conmutadores son dispositivos hardware y/o software capaces de crear conexiones temporales entre dos o más dispositivos conectados al conmutador. En una red conmutada, algunos de estos nodos se conectan a dispositivos de conmutación. El resto se utiliza sólo para realizar el encaminamiento.
Existen tres métodos de conmutación tradicionales: conmutación de circuitos, conmutación de paquetes y conmutación de mensajes.
Conmutación de circuitos¶
La conmutación de circuitos crea una conexión física directa entre dos dispositivos, como teléfonos o computadoras.
Un conmutador de circuitos es un dispositivo con \(n\) entradas y \(m\) salidas que crea una conexión temporal entre un enlace de entrada y un enlace de salida.
La conmutación de circuitos puede utilizar una de las dos siguientes tecnologías: conmutación por división en el espacio o conmutación por división en el tiempo.
Conmutadores por división en el espacio¶
En la conmutación por división en el espacio, los caminos en el circuito están separados unos de otros espacialmente.
Conmutadores de barras cruzadas¶
Un conmutador de barras cruzadas conecta \(n\) entradas con \(m\) salidas en una rejilla, utilizando microconmutadores electrónicos (transistores) en cada punto de cruce.
Conmutadores multietapa¶
Los conmutadores multietapa combinan conmutadores de barras cruzadas en varias etapas. En la conmutación multietapa, los dispositivos se conectan a los conmutadores que, a su vez, se conectan a una jerarquía de otros conmutadores.
Al incrementar el número de etapas se añaden caminos múltiples, que se pueden eliminar a costa de incrementar la posibilidad de bloqueos.
Conmutadores por división en el tiempo¶
La conmutación por división en el tiempo utiliza multiplexación por división en el tiempo para conseguir la conmutación.
Intercambio de ranuras temporales (TSI, Time-Slot Interchange)¶
Un TSI cambia el orden de las ranuras temporales según las conexiones deseadas.
Un TSI consta de una memoria RAM con varias posiciones de memoria. El tamaño de cada posición es igual al tamaño de una ranura de tiempo. El número de posiciones es igual al número de entradas. La RAM se llena con los datos que llegan en las ranuras temporales en el orden recibido. Las ranuras son enviadas en un orden basado en las decisiones de una unidad de control.
Bus TDM¶
Las líneas de entrada y salida se conectan a un bus de alta velocidad a través de puertas de entrada y salida. Cada puerta de entrada está cerrada durante una de las cuatro ranuras temporales. Durante la misma ranura, sólo una puerta de salida está también cerrada. Este par de puertas permite que una ráfaga de datos sea transferida entre una determinada línea de entrada y de salida utilizando el bus. La unidad de control abre y cierra las puertas de acuerdo a las necesidades de conmutación.
Combinaciones de conmutación por división en el tiempo y en el espacio¶
La ventaja de la conmutación por división en el espacio es que es instantánea. Su desventaja se encuentra en el número de puntos de cruce necesarios para que la conmutación sea aceptable en términos de bloqueo.
La ventaja de la conmutación por división en el tiempo se encuentra en que no necesita puntos de cruce. Su desventaja es que el procesamiento de cada división crea retardos.
La combinación de los dos tipos de conmutación da lugar a conmutadores que se encuentran optimizados tanto físicamente (el número de puntos de cruce), como temporalmente (la cantidad de retardo).
Conmutación de paquetes¶
La conmutación de circuitos se diseñó para la comunicación de voz, ya que crea enlaces temporales (mediante marcación) o permanentes (alquilados) muy adecuados para este tipo de comunicación. Sin embargo, la conmutación de circuitos es menos adecuada para datos y transmisiones sin voz. Las transmisiones sin voz tienden a realizarse en ráfagas, lo que significa que los datos se envían con intervalos de tiempo de separación entre ellos. Cuando se utiliza un enlace de conmutación de circuitos para transmisión de datos la línea permanece durante esos intervalos inactiva, gastando recursos.
Otro problema de la conmutación de circuitos para la transmisión de datos es la velocidad de transmisión. Un enlace de conmutación de circuitos asume una tasa fija de datos para ambos dispositivos. Esto limita la flexibilidad y utilidad para redes que interconectan una gran variedad de dispositivos digitales.
Además, la conmutación de circuitos es inflexible. Una vez establecido un circuito, éste es el camino utilizado en la transmisión, sea o no el más eficiente o disponible.
Finalmente, la conmutación de circuitos trata a todas las transmisiones por igual. Cualquier petición es aceptada siempre que haya un enlace disponible. Pero en las transmisiones de datos se requiere la posibilidad de priorizar transmisiones.
Una mejor solución para la transmisión de datos es la conmutación de paquetes. En una red de conmutación de paquetes los datos son transmitidos en unidades discretas formadas por bloques de longitud potencialmente variable denominados paquetes. La red establece la longitud máxima del paquete. Las transmisiones grandes se dividen en paquetes. Cada paquete contiene datos e información de control. Los paquetes son enviados por la red de un nodo a otro.
Hay dos enfoques tradicionales de la conmutación de paquetes: datagramas y circuitos virtuales.
Datagramas¶
Cada paquete es tratado de forma independiente de los otros. A los paquetes se les denomina datagramas.
El nivel de transporte tiene la responsabilidad de reordenar los datagramas antes de pasarlos al puerto de destino.
El enlace que comunica cada par de nodos puede contener varios canales. Cada uno de estos canales es capaz, a su vez, de transmitir datagramas de varios orígenes diferentes o del mismo origen. La multiplexación se puede realizar utilizando TDM o FDM.
Circuitos virtuales¶
Se mantiene la relación que existe entre todos los paquetes que pertenecen a un mismo mensaje o sesión. Se elige al comienzo de la sesión una única ruta entre el emisor y el receptor. Cuando se envían datos, todos los paquetes de la transmisión viajan uno después de otro por la misma ruta.
La transmisión utilizando circuitos virtuales se implementa de dos formas: circuitos virtuales conmutados (SVC, Switched Virtual Circuit) y circuitos virtuales permanentes (PVC, Permanent Virtual Circuit).
SVC¶
Un circuito virtual conmutado (SVC) es comparable conceptualmente a las líneas de marcación en la conmutación de circuitos. En este método se crea un circuito virtual cuando se necesita y existe sólo durante la duración del intercambio específico. Cuando el último paquete ha sido recibido y, si es necesario, confirmado, se libera la conexión y el circuito virtual deja de existir. Sólo existe una ruta durante la duración de la transmisión.
PVC¶
Los circuitos virtuales permanentes (PVC) son comparables a las líneas dedidacas en la conmutación de circuitos. En este método, se establece de forma continua un mismo circuito virtual entre dos usuarios. El circuito está dedicado a los usuarios especificados.
Conmutación de mensajes¶
La conmutación de mensajes se conoce mejor por el término descriptivo almacenar y reenviar. En este mecanismo, un nodo recibe un mensaje, lo almacena hasta que la ruta apropiada esté libre y luego lo envía.
En la conmutación de mensajes, los mensajes son almacenados en una memoria secundaria, mientras que en la conmutación de paquetes, los paquetes se almacenan en memoria principal.
Hoy en día, prácticamente no se utiliza.