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zas
Redes y Servicios de Telecomunicación I
2º Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación
Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación
Universidad de Málaga
Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
Redes y Servicios de
Telecomunicación 1
Tema 1: Introducción a las redes de
telecomunicación
Contenido
1. Conceptos básicos
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que necesito para
comunicar información entre puntos distantes?
2. Red de telecomunicación
¿Qué sucede cuando hay muchos puntos que conectar?
3. Técnicas de conmutación (redes conmutadas)
¿Qué características tiene cada técnica?
4. Indicadores de prestaciones de una red
¿Cómo reflejar las características de una red?
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
¿Qué problemas hay que resolver en ellas?
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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1. Conceptos básicos
Sobre su definición…
- Telecomunicación: tele (griego) “ a distancia” y communicare
(latín) “compartir algo, poner algo en común”. Acuñado por primera
vez en la Ecole Supérieure des Postes et Télégraphes de Francia a
principios del S. XX.
- La Unión Internacional de Telecomunicación (ITU) la define como:
Toda transmisión y/o emisión y recepción de señales que representan
signos, escritura, imágenes y sonidos o información de cualquier
naturaleza por hilo, radioelectricidad, medios ópticos u otros sistemas
electromagnéticos.
Sin embargo…también los sistemas de comunicaciones acústicos
subacuáticos los enmarcamos dentro de la telecomunicación.
La ingeniería de telecomunicación en España…
- En España la ingeniería de telecomunicación está asociada a la
Escuela Oficial de Telegrafía, cuyo objetivo era: “capacitar a sus
poseedores para estudiar, plantear y resolver los más arduos
problemas de la telecomunicación”.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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1. Conceptos básicos
INFORMACIÓN O MENSAJE
¿Qué queremos transmitir?
INFORMACIÓN = MENSAJE, que puede ser: voz, fotografía, música,
documento, números, películas, campos de una base de datos, etc.
En comunicaciones, por sus características, se distinguen distintos tipos de
información:
 VOZ
 MÚSICA (AUDIO)
Sonido = Onda acústica (variaciones de presión del aire).
 IMAGEN
• FIJA (Gráficos).
• EN MOVIMIENTO (Vídeo).
 DATOS (el TEXTO se transmite como datos).
Para poder transmitir la información a distancia necesitamos transformarla
en una SEÑAL (otra forma de representar la información).
• Una señal eléctrica (tensión o corriente) que circula por un cable,
• Una señal radio que se transmite por el aire,
• Una señal óptica que se propaga por una fibra óptica…
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1. Conceptos básicos
TIPOS DE SEÑALES
Tanto la información como la señal que la representa puede ser:
- Analógica: La amplitud de la señal puede tomar cualquier valor (la señal tiene
“una forma análoga” al fenómeno representado). La información va contenida en la
propia forma de onda.
Ejemplo: señal a la salida del teléfono (conector RJ-11).
- Digital: La amplitud de la señal solo puede tomar un conjunto finito de valores.
La transición entre valores sólo se produce en ciertos instantes de tiempo. La
información va contenida en los pulsos codificados, no en la forma de onda.
Ejemplo: señal enviada por PC a través del cable de red (conector RJ-45).
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1. Conceptos básicos
CARACTERIZACIÓN DE SEÑALES ANALÓGICAS
Dominio del TIEMPO
Dominio FRECUENCIA
SEÑALES
SIMPLES
 Amplitud (A)
 Periodo (T)
 Frecuencia (f)
 Fase ()
 Longitud de onda
()
ANÁLISIS DE FOURIER

2.5
2
1.5
1
SEÑALES
0.5
1
0
-0.5
COMPUESTAS
 Ancho de banda
3
5
-1
-1.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Ancho de banda
Ancho de banda de la señal = Bs
Intervalo de frecuencias en el que se concentra la mayor parte
de la energía de la señal.
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1. Conceptos básicos
CARACTERIZACIÓN DE SEÑALES DIGITALES
[Aquí el estado del bit se corresponde
con una tensión positiva para “1” y una
tensión negativa (de igual módulo) para
“0”. Hay otras formas]
8 bits = 1 byte (B)
BIT = b
Unidad mínima de información en un sistema digital (Binary digit). Sus estados
lógicos pueden ser “0” o “1”. Cada estado lógico suele ser un valor de tensión
distinta o de transición entre tensiones.
TIEMPO DE BIT = Tb (s)
Tiempo que dura cada bit de una señal digital.
RÉGIMEN BINARIO
(Bit rate)
= R (bit/s) = 1/Tb
Número de bits que tiene la señal digital en un segundo.
Ejemplo: Telefonía (voz) = 64 kbit/s (8000 muestras/s x 8 bit/muestra).
En la bibliografía suelen utilizarse como sinónimos:
- Velocidad de transmisión.
- Tasa de datos (data rate).
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1. Conceptos básicos
CARACTERIZACIÓN DE SEÑALES DIGITALES
Dominio del TIEMPO
Dominio FRECUENCIA
ANÁLISIS DE FOURIER

t
Una señal digital
se puede ver
como una señal
analógica
compuesta, con
un ancho de
banda infinito.
En la práctica se
considera un
ancho de banda
finito, dado por
las componentes
más importantes.
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1
f
1
3
1
3
5
1
3
5
7
f
1
3
5
7 9
f
1
3
5
7 9 11 f
1
3
5
7 9 1113
1
3
5
7 9 111315 f
……
f
f
f
8
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1. Conceptos básicos
La información y las señales se pueden convertir de analógico a digital o de
digital a analógico. Se transmiten señales analógicas y señales digitales.
En general es deseable disponer de señales digitales:
-
Permiten su reproducción sin degradación.
Consiguen transmisiones más seguras (encriptación).
Pueden usarse técnicas de compresión.
Transmisiones a mayores distancias sin que se degrade la calidad.
La comunicación puede realizarse íntegramente con señales digitales, pero
en muchos casos la información tiene una naturaleza analógica.
¿Se puede transformar una señal analógica en digital y
una señal digital en analógica?
Señal analógica a digital
Señal digital a analógica
CONVERSIÓN ANALÓGICO-DIGITAL
CONVERSIÓN DIGITAL-ANALÓGICO
TARJETA
DE
SONIDO
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1. Conceptos básicos
CONVERSIÓN DE SEÑALES
Conversión analógico-digital
Mediante un dispositivo denominado conversor analógico-digital (A/D) es posible
convertir una señal analógica en una secuencia binaria.
A/D
0100110100111001010101
Tras esta conversión suele aplicarse un procesado que reduce el número de bits
que representa a la señal analógica. Al dispositivo que realiza ambas tareas
(conversión A/D+procesado) se le denomina codificador o “códec”. Dependiendo
del tipo de codificación, la misma señal puede representarse con distintos número
de bits (y distinta calidad). Ejemplo: la señal vocal puede codificarse a una
velocidad de 13 kbit/s (GSM) o 64kbit/s (telefonía fija).
Conversión digital-analógico
Mediante un dispositivo denominado conversor digital-analógico (D/A) es posible
convertir una secuencia binaria en una señal analógica. Con la ayuda de un filtro paso
bajo se puede reconstruir perfectamente la señal analógica.
0100110100111001010101
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D/A
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CONVERSIÓN DE SEÑALES
1. Conceptos básicos
CARACTERÍSTICAS DE LA VOZ Y EL AUDIO
Audio y voz es información analógica.
FM: Audio de alta fidelidad
50 Hz
Potencia relativa
0 dB
-20 dB
15 kHz
Canal telefónico
MÚSICA
VOZ
-40 dB
Rango dinámico
aproximado
de la voz
Rango dinámico
aproximado de
la música
ANCHO DE BANDA
3.1 kHz
300 Hz
3,4 KHz
-60 dB
Frecuencia
10 Hz
100 Hz
1 KHz
10 KHz
100 KHz
Para transmitirlas se suelen convertir a señales digitales:
Régimen binario alto
Voz: 8000 muestras/s x 8 bit/muestra = 64 kbit/s.
Audio: 44100 muestras/s x 16 bit/muestra x 2 (estéreo) = 1.411 Mbit/s.
Con técnicas de compresión, como MP3, 128 kbit/s.
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1. Conceptos básicos
CARACTERÍSTICAS DE LOS DATOS
• Conjunto de símbolos en cualquier formato que representa aquello
acordado por las partes que los utilizan.
• Es información digital.
• Normalmente se transmiten a ráfagas (se alternan periodos en los que se
transmite a alta velocidad con otros en los que no se transmite nada).
• El régimen binario necesario depende de la aplicación.
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1. Conceptos básicos
CARACTERÍSTICAS DE LAS IMÁGENES FIJAS
• Las imágenes en la mayoría de los casos se capturan como información
digital (cámaras digitales).
• Si disponemos de una imagen en papel, para transmitirla debemos
convertirla a un formato digital (escaner), y el tamaño de la señal digital
resultante depende de la resolución empleada (número de píxeles/cm).
• La variedad de colores depende del número de bits por píxel (bpp).
8 bpp = 256 colores;
16 bpp = 65536 colores ;
24 bpp =16.8 millones colores
1600 x 1200 píxeles
15.36 Mbit
720 píxeles
píxel
1024 x 768 píxeles
6.29 Mbit
20 x 25 cm
640 x 480 píxeles
2.46 Mbit
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1. Conceptos básicos
CARACTERÍSTICAS DEL VÍDEO
• Información digital (cámaras digitales).
• Se transmiten 25 imágenes/s (suficiente para dar sensación de movimiento).
720 píxeles
576 líneas
8 bit/color
R G B
25 imágenes/s
25
á
⋅ 576
í
⋅ 720
⋅3
⋅8
248,832/
í
• Requiere unas características para la transmisión más restrictivas.
• Los regímenes binarios que se transmiten son menores porque se utilizan
técnicas de compresión como MPEG2, resultando valores de 1.5 – 4 Mbit/s.
Régimen binario alto
• Normalmente el vídeo va acompañado de audio (deben estar sincronizados)
e incluso de datos  INFORMACIÓN MULTIMEDIA.
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1. Conceptos básicos
SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que se necesita para
enviar información entre dos puntos distantes?
Lo llamaremos SISTEMA* DE TELECOMUNICACIÓN.
*Sistema (R.A.E.): Conjunto de
cosas que relacionadas entre sí
ordenadamente contribuyen a
determinado objeto
Fuente/Destino: Genera/consume la información.
Canal: Medio de transmisión (cable, fibra óptica, enlace radio, etc.).
- Atenuación (Disminución de la energía de la señal con la distancia).
- Distorsión (Cambio en la forma de la señal a medida que se propaga).
- Ruido (Señal no deseada que se inserta entre fuente y destino).
Procesado en emisión: Da a la señal transmitida la forma más apropiada. El
objetivo es minimizar el efecto del canal sobre ella y facilitar su
recuperación.
Procesado en recepción: Recupera la información a partir de la señal
recibida (alterada por el canal). En cierto modo intenta deshacer lo que ha
hecho el canal.
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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1. Conceptos básicos
SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN. TRANSMISOR/RECEPTOR
Procesados que pueden existir en el transmisor/receptor:
 Amplificación
 Filtrado
 Modulación / Demodulación
 Desplazamiento en frecuencia
 Multiplexación / Demultiplexación
 Conversión A/D o D/A
 Codificación
 Compresión
 Transducción:
 Antenas: de señal eléctrica a electromagnética (o viceversa).
Imprescindible para comunicaciones no guiadas.
 Micrófono: de señal acústica a eléctrica.
 Altavoz: de señal eléctrica a acústica.
Las señales analógicas que no sufren ningún proceso de modulación ni
desplazamiento en frecuencia se llaman SEÑALES EN BANDA BASE. En el
caso de señales digitales se denominan códigos en banda base o CÓDIGOS
DE LÍNEA.
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1. Conceptos básicos
Códigos de línea
Combinación de valores de tensión utilizados para transmitir los estados “0”
y “1” de cada bit en los sistemas de comunicaciones digitales.
El Ancho de banda de la señal digital
depende del código de línea utilizado
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1. Conceptos básicos
SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN. EJEMPLOS
Ejemplo: Transmisión de voz a través de un cable.
Ejemplo: Transmisión de voz a través de ondas radio.
Transductor: Dispositivo que cambia el formato energético de una señal sin alterar su información.
Ejemplo: micrófono, altavoz.
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SISTEMA DE TELECOMUNICACIÓN. TRANSMISOR/RECEPTOR
1. Conceptos básicos
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN. CLASIFICACIÓN
Según el sentido del flujo de la información:
- En un solo sentido: sistema símplex. Ejemplos: la TV, la radiodifusión
comercial de FM y AM.
- En los dos sentidos, pero no de forma simultánea: sistema semidúplex
(half-duplex). Ejemplos: los walkie, radiotaxi.
- En los dos sentidos de forma simultánea: dúplex (full duplex).
Ejemplos: telefonía, ADSL.
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1. Conceptos básicos
SISTEMAS DE TELECOMUNICACIÓN: EL CANAL
De los bloques anteriores vamos a ver con más detalle el canal. En general,
éste puede modelarse* como:
*Modelo: representación
simplificada de la realidad.
El filtro (o canal) suele ser:
Paso-bajo
|H(f)|
|H(f)|
Paso-banda
f
f0
Ejemplos de señales que “pasan” por cada uno de los filtros anteriores:
1 0 1 1 0 1 0 0 1 1
f
t
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1. Conceptos básicos
EL CANAL
En algunos casos, las características del canal varían con el tiempo:
Cuando el usuario comienza a hablar (t=0)
solo recibe la onda directa.
Durante la conversación (t=t1) pasa un
camión. Durante ese tiempo el usuario
recibe la onda directa y una reflejada.
Recibe lo mismo por dos caminos distintos.
En el receptor la señal reflejada es casi
igual que la recibida directamente pero un
poco más atenuada y desfasada. En
consecuencia, la recepción es peor.
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. CONCEPTOS IMPORTANTES
ANCHO DE BANDA DEL CANAL = BW (Hz)
Intervalo de frecuencias en las que las características del canal son
adecuadas para la transmisión y permanecen prácticamente constantes.
También podemos describirlo como la banda de frecuencias que “pasan”
por el canal (el criterio podría ser el de caída a 3 dB, aunque suele ser
mayor).
H( f )
A
A
H( f )
A
2
A
2
BW
f
f
BW
El ancho de banda está directamente relacionado con la cantidad de
información que podemos enviar por el canal.
Para poder transmitir una señal analógica: Bs < BW.
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. CONCEPTOS IMPORTANTES
CAPACIDAD = C (bit/s)
Cantidad máxima de bits por segundo que se puede transmitir sin error por
el canal.
Para poder transmitir una señal digital: R ≤ C.
La capacidad depende del ancho de banda del canal y de la relación entre
la potencia de la señal y la potencia del ruido.
⋅ !
:
“eficiencia espectral” se mide en (bit/s)/Hz y nos indica el número de bit/s
que se está consiguiendo transmitir por cada Hz de ancho de banda del canal.
La eficiencia espectral depende de la relación entre la potencia de señal y la
potencia del ruido:
-Más potencia de señal->mayor eficiencia espectral.
-Más potencia de ruido->menor eficiencia espectral.
Los valores típicos de la eficiencia espectral están entre 1 y 10.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. CONCEPTOS IMPORTANTES
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN = Vprop (m/s)
Velocidad a la que viaja la señal por el medio (o canal).
,"#$" C.
n = índice de refracción
del medio (>1)
Ejemplo: - Ondas electromagnéticas en el vacío: 3·108 m/s (C0).
- Onda eléctrica en un cable de cobre: 1.8·108 m/s (0.6C0).
TIEMPO DE PROPAGACIÓN = tprop (s)
Tiempo que tarda la señal en recorrer el canal.
"#$" distancia
,"#$"
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1. Conceptos básicos
ERRORES
El canal introduce errores debido a interferencias y ruido.
En las transmisiones digitales se habla de Probabilidad de error de bit
(BER), probabilidad de que haya error en un bit, que depende de la
energía por bit y de la modulación.
Ejemplos de BER típicas en comunicaciones:
- par trenzado: 10-6
- fibra óptica: 10-8
- Inalámbricas: 10-3
Dependiendo de la aplicación, se toleran más o menos errores.
- Una transmisión de voz podrá tolerar cierto grado de error.
- El envío de ordenes de pago y transferencia electrónicas exigen una
transmisión libre de errores.
Para reducir la probabilidad de error que recibe un usuario se utilizan
códigos que corrigen errores (codificación de canal).
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN
Los medios de transmisión se pueden clasificar según exista o no un material
que guíe la propagación de la onda y, si lo hay, según su naturaleza.
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EL CANAL. CONCEPTOS IMPORTANTES
1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN NO GUIADOS
Las ondas electromagnéticas tienen
distintas características de
propagación según su frecuencia (f)
/longitud de onda ().
,"#$"
/
0
ENLACES RADIO
C0 = VpropVacío  VpropAire  3·108 m/s
Analogía con movimiento a
velocidad constante:
/ ,"#$" ⋅ 0 121
  c f
S  v t
¿Cuánto “recorre” la onda en un
ciclo? 
 (m)
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN NO GUIADOS
ENLACES RADIO
MF
MF 300 kHz - 3 MHz
-Las ondas viajan “pegadas” a la superficie de la
tierra (onda de superficie).
-Alcances de centenares de km.
-Regímenes binarios bajos (kbit/s a pocos Mbit/s)
HF
-Propagación a través de la ionosfera, que es muy
inestable en sus características.
-Alcances de centenares y hasta miles de km.
-Regímenes binarios bajos (centenares de kbit/s a
pocos Mbit/s).
Ionosfera
Troposfera
14 km
HF 3 MHz - 30 MHz
VHF y UHF
-Las ondas viajan por la troposfera (onda espacial).
VHF & UHF
30 MHz - 300 MHz
300 MHz – 3 GHz
LOS (Line-of-Sight)
+
SHF 3 GHz - 30 GHz
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Se recibirá onda directa y ondas reflejadas.
-Alcances del orden de 40 km (efecto de la
curvatura de la tierra).
-Regímenes binarios altos (Mbit/s a Gbit/s).
SHF
-Se necesita visión directa.
-Los alcances son del orden de 40km.
-Regímenes binarios muy altos (Gbit/s).
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN NO GUIADOS
ENLACES RADIO
Las transmisiones/recepciones radio pueden ser:
a) Omnidireccionales: se radia/recibe en todas las direcciones por igual.
Es la usada en la mayoría de los servicios de difusión o en aquellos en los que
uno de los extremos es móvil y, por tanto, no se conoce su posición. Ejemplo:
difusión de TV (transmisión omnidireccional, recepción direccional), radio FM
(transmisión y recepción omnidireccional), router wifi…
b) Direccionales: hay una dirección preferente de radiación.
Es la usada en los enlaces del servicio fijo, recepción de señales vía satélite.
+
MF
HF
VHF/UHF
frecuencia
SHF
+
-
tamaño antena
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN NO GUIADOS
ENLACES RADIO
Si se requieren alcances mayores que los anteriores pueden usarse varios
saltos
Bandas usadas en las redes de telecomunicación
VHF (Very High Frequency)
30 MHz- 300 MHz
- Radiodifusión de FM
- Radioenlaces fijos
SHF (Super High Frequency)
3 GHz - 30 GHz
- Radioenlaces fijos
- Recepción señales satélites
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UHF (Ultra High Frequency)
300 MHz – 3 GHz
- Difusión de TV
- Telefonía móvil GSM (Global System for
Mobile)
- DECT (Digital Enhanced Cordless Telephone)
- Radioenlaces fijos
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1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN GUIADOS
CABLE DE PARES TRENZADOS SIN APANTALLAR
(UTP-Unshielded Twisted Pair)
Velocidades: decenas de Mbit/s
Alcances: <10km
Usos: “bucle de abonado”, redes área local
Problema importante: diafonía (acope de señal entre pares).
CABLE COAXIAL
Velocidades: centenares de Mbit/s
Alcances: < decenas de km
Usos: redes de televisión por cable
10
Cable pares UTP 1 km
Cable coaxial 1 km
Cable coaxial 500 m
Cable pares UTP 500 m
9
8
Atenuación (dB)
7
6
5
4
3
Notar:
- El carácter paso-bajo.
- Relación ancho de banda-alcance:
más alcance menor ancho de banda
2
1
1
2
3
4
frecuencia (MHz)
5
6
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31
1. Conceptos básicos
EL CANAL. MEDIOS DE TRANSMISIÓN GUIADOS
FIBRA ÓPTICA (850nm-1550nm, frecuencias del orden de 1014 Hz)
Una fibra óptica está compuesta íntegramente por material dieléctrico, no tiene
conductores metálicos.
En la fibra óptica se
inyecta luz en el
núcleo y, si n1>n2,
ésta se propaga a
través de él sin
escapar al
revestimiento.
Velocidades: decenas de Gbit/s
Alcances: centenares de km (atenuaciones inferiores a 0.5 dB/km)
Usos: conexión de nodos de las redes de telecomunicación, redes de área local o
metropolitana de alta velocidad (red de la UMA)
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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1. Conceptos básicos
En los medios guiados el coste, ordenado de menor a mayor, es:
-Cable de pares UTP
-Cable coaxial
-Fibra óptica
Además, hay que tener en cuenta el coste de instalación (obra).
En los sistemas radio el coste de instalación es menor pero, en general,
hay que pagar por el uso del espacio radioeléctrico.
Ejemplo: Noticia RTVE 29/07/2011 sobre la subasta de la banda de 800MHz
dejada por la televisión analógica.
“La subasta del espectro para telefonía móvil se ha cerrado esta mañana por un
precio global de 1.647 millones de euros, según ha informado el Ministerio de
Industria.”
Existen bandas (ISM-Industrial, Scientific and Medical) de uso libre. Es la
usada, por ejemplo, por las redes WiFi.
El uso del espacio radioeléctrico está regulado a nivel mundial (ITU-R),
estableciendo grandes bandas. Dentro de éstas, los estados tienen cierto
margen de discrecionalidad.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Contenido
1. Conceptos básicos
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que necesito para
comunicar información entre puntos distantes?
2. Red de telecomunicación
¿Qué sucede cuando hay muchos puntos que conectar?
3. Técnicas de conmutación (redes conmutadas)
¿Qué características tiene cada técnica?
4. Indicadores de prestaciones de una red
¿Cómo reflejar las características de una red?
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
¿Qué problemas hay que resolver en ellas?
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
EL CANAL. COSTE DE LOS MEDIOS DE TRANSMISIÓN
2. Red de telecomunicación
NECESIDAD DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN
Comunicar dos terminales cercanos es sencillo.
Ordenador y ratón. Móvil y cascos, dos PCs conectados con un cable
A medida que aumenta el número de terminales, aunque se
encuentren en un entorno cercano, la comunicación entre
ellos comienza a complicarse.
Red de ordenadores en una oficina, ordenadores conectados a WiFi
Si los terminales son muchos y están geográficamente
lejanos, comunicarlos entre sí resulta una tarea muy
compleja.
- Internet
- Red de móviles
- Red de telefonía fija
Necesidad de una
infraestructura para
realizar la comunicación
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
NECESIDAD DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN
Red de telecomunicación:
Infraestructura encargada del
transporte de la información
entre los usuarios.
INFRAESTRUCTURA DE
TELECOMUNICACIÓN
El acceso de cada usuario a la
red se representa con una línea
que puede corresponder con un
medio guiado o no guiado
Se distinguen tres conjuntos de elementos:
- Terminales: Son los que generan y consumen la información.
- Sistemas de acceso: Su misión es que el terminal acceda a la red.
- Infraestructura de telecomunicación: Elementos que hacen posible
el transporte de la información entre diferentes puntos de la red
(amplificador, repetidor, conmutador, router, pasarelas).
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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2. Red de telecomunicación
NECESIDAD DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN
La interconexión entre los terminales se realiza siguiendo una determinada
TOPOLOGÍA o conexión física, siendo las más típicas:
ESTRELLA
BUS
JERÁRQUICA O EN ÁRBOL
ANILLO
MALLA
*Enlace: conexión entre dos nodos o terminales de la comunicación.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
NECESIDAD DE UNA RED DE TELECOMUNICACIÓN
La interconexión total o mallada es la más
robusta, pero tiene serios inconvenientes:
- El número de enlaces crece como N(N-1)/2
siendo N el número de usuarios (o terminales).
- Cada vez que se une un nuevo usuario hay que
hacer cambios globales.
- Habrá enlaces con distancias prohibitivas.
Además, hay dos causas de ineficiencia importantes:
- En general, la capacidad (bit/s) de los enlaces es mucho mayor que la
requerida por un solo usuario.
- La mayor parte de los enlaces están desaprovechados porque los
usuarios no los usan todo el tiempo ni de forma simultánea.
 Según las características de la red será preferible una topología concreta
 Se buscará compartir los enlaces para aprovechar mejor la red
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
CLASIFICACIÓN ATENDIENDO AL ÁREA DE COBERTURA
Las redes de telecomunicación se pueden clasificar atendiendo a su
cobertura geográfica en:
(1) PAN, Personal Area Network, limitada a pocos metros (<10m).
(2) LAN, Local Area Network, limitada a pocos cientos de metros.
(3) MAN, Metropolitan Area Network, entorno de una ciudad (varios km).
(4) WAN, Wide Area Network, sin límite de cobertura (país, continente,
mundial)
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
CLASIFICACIÓN ATENDIENDO AL MODELO DE COMUNICACIÓN
Las redes de telecomunicación también se pueden clasificar atendiendo a
cómo se envía la información en la red.
(1) Redes de difusión: Los terminales comparten el medio de
transmisión. La información enviada por cada terminal es recibida por
todos. Son los propios terminales los encargados de analizar si lo que
han recibido es para ellos o no.
En general, las redes de difusión se usan, además de para comunicaciones
simplex (como la TV) cuando hay pocos terminales (su infraestructura es más
simple) y/o cuando están próximos.
Ejemplo: Redes de área local (LAN).
(2) Redes conmutadas: Los usuarios “entregan” la información a la red,
que establece un camino para que llegue al destino. La red tiene
conmutadores (son los que deciden hacia qué camino de los posibles
se dirige la información).
Ejemplo: Red de telefonía fija.
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
(1) REDES DE DIFUSIÓN. EJEMPLOS
Esta topología física tiene algunos problemas:
-La inserción de los conectores en T
requiere “abrir el cable”.
-Puede ser difícil localizar roturas del cable.
Para evitarlos se emplea un HUB o
CONCENTRADOR:
Notar que físicamente la red tiene forma de
“estrella”, pero lógicamente (lo que “ve” la
información) es un bus.
Ejemplo: red Ethernet (IEEE 802.3). Alcanza
velocidades de 100/1000 Mbit/s en distancias
de centenares de metros.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
(1) REDES DE DIFUSIÓN. EJEMPLOS
b) Red en anillo
Esta topología física tiene problemas
similares a los del bus, por eso se
implementa usando un dispositivo similar al
HUB, denominado MAU (Media Access Unit):
Notar que físicamente la red tiene forma de
“estrella”, pero lógicamente es un anillo.
Ejemplo: red Token-ring desarrollada por IBM y
actualmente IEEE 802.5. Alcanza velocidades de
16 Mbit/s con anillos de menos de 360 m (aprox).
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
a) Red en bus
2. Red de telecomunicación
(1) REDES DE DIFUSIÓN. EJEMPLOS
c) LAN inalámbrica
Velocidad
transmisión Banda de
máxima
frecuencia
(Mbps)
(GHz)
Norma
IEEE 802.11a/h
54
5
IEEE 802.11b
11
2.4
IEEE 802.11g
54
2.4
IEEE 802.11n(40MHz)
>300
5
IEEE 802.11n(20MHz)
144
2.4 y 5
Radio
Cobertura
interior
(m)
85
50
65
120
120
Radio
Cobertura
exterior
(m)
185
140
150
300
300
d) Red de televisión por satélite
Satélites geoestacionarios
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
(2) REDES CONMUTADAS. EJEMPLOS
El conmutador (switch) es un
elemento que establece un camino
temporal entre una entrada y una
salida, conectando dos enlaces.
Cuando termina la comunicación
se libera el camino. A la tarea de
establecer caminos temporales
para la información se la denomina
CONMUTACIÓN (switching).
a) Topología en estrella
Ventajas e inconvenientes:
- Es la más simple de las topologías conmutadas.
- Es apropiada cuando los terminales están
geográficamente próximos.
- El establecimiento de un camino para la
información es simple porque todos los terminales
están conectados al mismo conmutador.
- Posibilidades de ampliación limitadas.
- Poco robusta (muy sensible a los fallos del
conmutador).
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2. Red de telecomunicación
(2) REDES CONMUTADAS. EJEMPLOS
b) Topología totalmente mallada
Ventajas e inconvenientes:
- Es muy robusta.
- Los enlaces que unen los terminales y la
red son cortos (excepto para terminales
muy alejados).
- Los enlaces entre conmutadores
transportan información de múltiples
usuarios, con lo que se aprovecha mejor
su capacidad.
- La introducción de nuevos usuarios
requiere, en general, pequeños cambios.
- El número de enlaces y la complejidad
de los conmutadores (por el número de
E/S) se hace prohibitivo cuando crece el
número de nodos.
- El número de enlaces entre
conmutadores crece como N(N-1)/2.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
(2) REDES CONMUTADAS. EJEMPLOS
c) Topología jerárquica (o en árbol)
Características:
- Cada elemento de la red está
conectado a un solo elemento (en
la práctica hay excepciones) del
nivel superior.
- El establecimiento de un camino
(encaminamiento) para la
información está sujeto a normas
estrictas que lo facilitan.
- El Nivel 1 está totalmente
mallado.
- Es la estructura que tienen las
grandes redes.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
LAS GRANDES REDES DE TELECOMUNICACIÓN
Las grandes redes de telecomunicación son CONMUTADAS y tienen una
topología JERÁRQUICA.
Los distintos niveles pueden agruparse en dos categorías:
- Nivel (red) de acceso.
- Nivel (red) de transporte o troncal.
Los usuarios acceden a la red a través de los enlaces y conmutadores de acceso.
No hay conexión directa de usuarios a los conmutadores de la red troncal.
Los interfaces son
fronteras entre
sistemas. En ellos el
intercambio de señales
está perfectamente
especificado. Esto
permite la
interconexión de
equipos de distintos
fabricantes.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
47
2. Red de telecomunicación
LAS GRANDES REDES DE TELECOMUNICACIÓN
Las características de los conmutadores y enlaces troncales y de acceso
son notablemente distintas.
Enlaces troncales:
-Transportan información de múltiples usuarios (compartidos).
-Son de gran capacidad (centenares y miles de Mbit/s).
-Pueden encontrarse múltiples tecnologías (fibra óptica, radioenlaces, etc.).
-Cubren grandes distancias (centenares y miles de km).
Enlaces de acceso:
-Transportan información de un solo usuario. En general suelen ser dedicados.
-Suelen ser de baja capacidad (pocos Mbit/s).
-Suelen emplearse cables de pares, coaxiales o enlaces radio.
-Cubren distancias de pocos km (decenas de km).
-Red sencilla pero muy extensa.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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2. Red de telecomunicación
Conmutadores troncales:
Conmutador con
accesibilidad total
Un conmutador puede modelarse como una
matriz de “puntos de cruce”, que conectan
una línea de entrada con una de salida.
1
Para ahorrar coste, no suele haber Entradas
accesibilidad total, de forma que, aunque
no todas las líneas de salida estén
ocupadas, puede haber bloqueo.
x x
x x
2
3
4
5
6
x x
x x
x x
x x
Entradas
2
3
4
5
6
x x
x
x
x x
x x x
x x x
x x
x
A B C D E F
x
Punto de
cruce
A B C D E F
Conmutador con accesibilidad limitada
Llamada entrante 1
x x
x
x
x
x x x
x x x
x x x
x x x x
x
x
x
x
x
Salidas
Si
ya
están
realizadas
las
conexiones (2,B), (3,C) y (6,A),
una llamada entrante por 1 no
encuentra línea disponible para
salir, aunque D, E y F estén libres.
Salidas
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2. Red de telecomunicación
LAS GRANDES REDES DE TELECOMUNICACIÓN
Conmutadores de acceso:
Suelen estar formados por dos etapas.
-Una primera etapa de “concentración” que hace uso del hecho de que no
todos los usuarios intentan comunicar a la vez. Esto permite disponer menos
enlaces de salida (N) que usuarios conectados al nodo hay (M).
-Un conmutador (mismo número de entradas que salidas).
¿Qué ocurre si el
número de usuarios que
intentan comunicar es
mayor que N?
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
LAS GRANDES REDES DE TELECOMUNICACIÓN
Contenido
1. Conceptos básicos
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que necesito para
comunicar información entre puntos distantes?
2. Red de telecomunicación
¿Qué sucede cuando hay muchos puntos que conectar?
3. Técnicas de conmutación (redes conmutadas)
¿Qué características tiene cada técnica?
4. Indicadores de prestaciones de una red
¿Cómo reflejar las características de una red?
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
¿Qué problemas hay que resolver en ellas?
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
51
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CLASIFICACIÓN DE LAS TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN
Para las redes conmutadas
 CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
 CONMUTACIÓN DE PAQUETES
MENSAJE
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
¿Cómo se puede transmitir el
mensaje desde la fuente al destino?
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
¿En qué consiste?
Se establece un canal de comunicaciones dedicado entre origen y destino.
Se reservan recursos de red (capacidad en los enlaces y nodos) para uso
exclusivo de la comunicación.
¿Dónde se utiliza?
Redes telefónicas públicas.
Redes privadas implementadas con líneas alquiladas.
Se desarrolló para tráfico de voz, aunque también puede gestionar tráfico
de datos, pero resulta en ocasiones ineficiente en este último caso.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
53
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
A
C
B
3
A
C
B
1
2
D
D
E
E
4
Ninguna llamada en curso
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
Primero se realiza la llamada 1 a 2.
Después se realiza la llamada 3 a 4.
Posibilidad de bloqueo para ciertas llamadas.
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
A
C
B
A
C
B
1
2
D
D
E
Finalizadas las llamadas 1-2 y 3-4 se
liberan los circuitos (caminos),
quedando disponibles para cualquiera.
E
Una nueva comunicación entre 1-2 no
tiene por qué establecer idéntico
circuito (pasar por mismos nodos).
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS. FASES EN LA COMUNICACIÓN
1. Establecimiento de la conexión:
En el momento en que se vaya a comenzar la comunicación, se recorrerán todos los
recursos (nodos y enlaces) que formen parte del trayecto entre el origen y el destino y se
reservará la capacidad necesaria en los mismos, estableciéndose así el circuito reservado
entre origen y destino. En caso de que los recursos estén ocupados y no sea posible esta
reserva, la conexión será rechazada.
2. Transferencia de información:
En esta fase se realiza la transmisión de VOZ, datos... a través del camino o circuito
reservado en la fase anterior.
3. Liberación de la conexión:
Una vez terminada la fase de transferencia se liberan todos los recursos reservados, de
forma que puedan ser utilizados para cualquier otra conexión que se quiera establecer.
MENSAJE
A
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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2
B
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
t1, t3, t5: Tiempo de propagación A-1, 1-2 y 2-B respectivamente. t1 + t3 + t5 = tprop.
t2, t4, t6: Tiempo de procesamiento en nodo 1, nodo 2 y terminal B respectivamente.
t7, t12: Tiempo de propagación B-2-1-A = tprop (no hay procesamiento en los nodos intermedios).
t0,t8: Tiempo de preparación para envío en terminal A.
t9: Duración del mensaje o información. Los datos se envían de forma continua.
t10: Tiempo de propagación A-1-2-B = tprop.
t11: Tiempo de preparación para desconexión en B.
RETARDO (EXTREMO A EXTREMO) =
t1
t0
testablecimiento
t3 t5
t7
t2
t4
t6
ttransferencia
t9
t8
ti
t10
tdesconex
t12
t11
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS. EJEMPLO CÁLCULO DE TIEMPOS
Se quiere enviar un mensaje de 15000 bits entre los extremos A y B, pasando por 2 nodos
intermedios, sobre un circuito a 64 kbps (mismo escenario que figura anterior).
 Calcule el tiempo que se tarda en transmitir los bits del mensaje (t9).
3456789:6 ; <=> > @
15000
234.4
A
64000/
 Determine el tiempo de establecimiento suponiendo que el tiempo de propagación entre
nodos adyacentes es igual a 1 ms. Considere despreciable el tiempo de procesado de los
nodos y el tiempo de preparación para el envío.
testabl t1 + t3 + t5 + t7 1ms + 1ms + 1ms + 3·1ms 6ms
 Calcule el retardo extremo a extremo. Considere despreciable el tiempo de preparación
para la desconexión.
retardo testabl+ttransf+tdescon 6ms + (234.4ms+3ms) + 3ms 246.4ms
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS. TIEMPOS INVOLUCRADOS
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS
Ventajas:
• Una vez establecido el circuito, el tiempo que se tarde en transmitir la
información de extremo a extremo y la cantidad de información perdida
serán mínimos.
Inconvenientes:
•
•
•
•
Uso ineficaz de los recursos durante los periodos de inactividad. Si en
una comunicación existen periodos de silencio los recursos siguen
estando reservados pero no se utilizan, con lo que se está
desperdiciando capacidad en el canal de comunicación.
Si todos los circuitos están ocupados la comunicación es imposible: la
comunicación puede ser rechazada en caso de que no exista capacidad
suficiente en alguno de los recursos que se deben atravesar a lo largo
de la red.
Se necesita un tiempo de establecimiento del circuito, los datos no
pueden empezar a enviarse hasta que se haya establecido el camino.
El circuito establecido es fijo durante la comunicación.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES
¿En qué consiste?
Los datos a transmitir se dividen en paquetes (= unidad de envío de
información, compuesta por un conjunto de bits organizados en distintos campos).
Al llegar a cada nodo, el paquete espera en una cola hasta que le llega su
turno para ser procesado y le sea asignado un enlace de salida para
continuar su camino.
Se realiza almacenamiento y reenvío del mensaje (STORE & FORWARD).
¿Dónde se utiliza?
Es la técnica óptima para cursar tráfico de datos.
MENSAJE =
PAQUETES =
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. FORMATO DEL PAQUETE
L = Longitud del paquete (número de bits)
DATOS DE USUARIO
CABECERA
COLA
Bits que se utilizan para detección y
corrección de errores.
•
•
•
•
La dirección del destino, para poder realizar el correcto encaminamiento de los
paquetes hasta el mismo.
La longitud del paquete, en caso de que los paquetes puedan tener distinta
longitud, para poder saber dónde termina un paquete y empieza el siguiente.
También hay veces que se utilizan secuencias de bits determinadas (FLAGS) que
identifican el fin del paquete.
El número de secuencia del paquete, es decir, la posición que ocupa dentro del
total de la información. Permitirá ensamblar en el destino los paquetes en el
orden correcto para obtener la información transmitida, en el caso de que los
paquetes puedan llegar desordenados.
Información de control, por ejemplo para indicar el tipo de paquete que es, si es
de datos entre origen y destino, o para mantenimiento y gestión de la red.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. Ejemplo
Se quiere enviar un mensaje de 15000 bits. Para ello se utilizan paquetes
de tamaño 1200 bits, de los que 1000 se reservan para datos de usuario.
 ¿Cuántos paquetes son necesarios para transportar todo el mensaje?
15000P93$8 ⋅
1Q=
15Q=
1000P93$8
 ¿Cuántos bits son necesarios para llevar el mensaje?
1200
15Q= ⋅
18000
1Q=
 ¿Cuántos bits de control (entre cabecera y cola) se envían?
1200 15Q= ⋅
P93$8
+ R$73#$S
⇒ como 1000P93$8 ⇒ 200R$73#$S
200R$73#$S
3000R$73#$S
1Q=
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. DATAGRAMA
•
•
•
•
•
Cada paquete debe llevar la dirección destino.
Cada uno de los nodos de la red decide el camino que se debe seguir.
Los retardos pueden variar en las distintas rutas elegidas.
Los paquetes pueden llegar desordenados.
Cada paquete deberá incluir el número de secuencia para poder ordenarlos.
1,2
3,1,2
1,2
3
1,2,3
3
3
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
63
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. CIRCUITO VIRTUAL
• La comunicación tiene 3 fases: establecimiento del circuito, transferencia de la
información y liberación del circuito.
• En la fase de establecimiento:
• Sólo el primer paquete debe llevar la dirección destino.
• Se establece la ruta para todos los paquetes del mismo circuito.
• En la fase de transferencia de información:
• Cada nodo almacena
la información de los
circuitos virtuales para
cada comunicación.
• Los paquetes llegarán
ordenados. El número
de secuencia no será
necesario, pero sí un
identificador para
realizar la
conmutación en cada
nodo.
1,2,3
1,2,3
1,2,3
1,2,3
1,2,3
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. FASES EN LA COMUNICACIÓN
RETARDO (EXTREMO A EXTREMO) =
Establecimiento
ti
Liberación
Transferencia de información
DATAGRAMA
RETARDO de un paquete (EXTREMO A EXTREMO) =
ti
Pueden existir
tiempo de procesado
y de espera en los
nodos en ambas
técnicas
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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65
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. TIEMPO DE TRANSMISIÓN DEL MENSAJE
Transmitir los bits de un mensaje requiere un tiempo ttxMensaje
En conmutación de paquetes, el mensaje se divide en un número de paquetes npaq.
Así, ttxMensaje depende del número de paquetes (npaq), del número de nodos
intermedios (Nnodos), del tamaño del paquete (L) y del régimen binario (R).
El tiempo de transmisión de 1 paquete se calcula como: ttxP L/R
Ejemplo:
Si la cabecera es de 3 bytes y el campo de datos de usuario de 40 bytes, ¿cuál es
el tiempo de transmisión de este paquete para R = 1kbit/s?
ttxP = (3*8+40*8) bit/1000 bps = 0.344 s
Si reducimos el campo de datos de usuario a la mitad, ¿cuál será el nuevo tiempo
de transmisión de este paquete?
ttxP = (3*8+20*8) bit/1000 bps = 0.184s
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66
Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
CIRCUITO VIRTUAL
3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONMUTACIÓN DE PAQUETES. TIEMPO DE TRANSMISIÓN DEL MENSAJE
Mensaje = 40 bytes.
 Cuanto menor L, cada nodo
intermedio puede comenzar
antes a enviar el paquete.
 Cuanto mayor L, necesarios
menos paquetes para un mismo
mensaje (y por tanto, menos
cabeceras).
Cabecera = 3 bytes
ttx2
ttx1
3456789:6 Y7$P$8 + 1 34Z +
ttxMensaje
ttxMensaje
Hay que buscar un valor óptimo
para el tamaño del paquete.
ttxMensaje
⇓
Para paquetes de longitud fija:
ttx4
ttx3
ttxMensaje
Se observa que:
+("9[ − 1)34Z
X
a
b
Y
t (s)
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
COMPARATIVA DE LAS TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
COMPARATIVA DE LAS TÉCNICAS DE CONMUTACIÓN
Conmutación de
circuitos
Conmutación de
paquetes: Datagrama
Conmutación de
paquetes: Circuito
Virtual
Ruta de transmisión dedicada
Ruta de transmisión no
dedicada
Ruta de transmisión no
dedicada
Transmisión de datos contínua
Transmisión de paquetes
Transmisión de paquetes
Los mensajes no se almacenan
Los paquetes se almacenan
hasta su envío
Los paquetes se almacenan
hasta su envío
La ruta se establece para toda
la conversación
La ruta se establece para cada
paquete
La ruta se establece para toda
la conversación
Existe retardo de
establecimiento de la llamada.
Retardo de transmisión
despreciable
Retardo de transmisión de
paquetes
Existe retardo de
establecimiento de la llamada y
de transmisión de paquetes
La sobrecarga puede bloquear
el establecimiento de la
llamada. No existe retardo en
las llamadas ya establecidas
La sobrecarga aumenta el
retardo y pérdidas de paquetes
La sobrecarga puede bloquear
el establecimiento de la
llamada. Aumenta el retardo de
paquetes
Capacidad fija
Uso dinámico de la capacidad
Uso dinámico de la capacidad
No se requieren bits de control
durante la fase de transferencia
Uso de bits de control en cada
paquete
Uso de bits de control en cada
paquete
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3. Técnicas de conmutación en redes conmutadas
CONCEPTO DE “ORIENTADO A CONEXIÓN”
Este concepto se aplica a redes, protocolos y servicios.
• Orientado a conexión:
• Antes de iniciar la transferencia de datos debe establecerse y negociarse la
conexión.
• Existen diferentes fases en la comunicación: establecimiento, transferencia de
datos y liberación de la conexión.
• Durante la fase de transferencia de datos generalmente implementan controles
de flujo y de error.
• Generalmente ofrecen un servicio fiable.
• No orientado a conexión:
• Los datos son enviados de forma independiente.
• No se establece una conexión.
• Generalmente no implementan controles de flujo ni de error.
• Generalmente ofrecen un servicio no fiable.
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Contenido
1. Conceptos básicos
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que necesito para
comunicar información entre puntos distantes?
2. Red de telecomunicación
¿Qué sucede cuando hay muchos puntos que conectar?
3. Técnicas de conmutación (redes conmutadas)
¿Qué características tiene cada técnica?
4. Indicadores de prestaciones de una red
¿Cómo reflejar las características de una red?
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
¿Qué problemas hay que resolver en ellas?
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
71
4. Indicadores de prestaciones de una red
LATENCIA O RETARDO EXTREMO A EXTREMO = E[t] (s)
Tiempo medio que tarda el mensaje completo en llegar del origen al
destino (extremo a extremo de la comunicación).
Se determina con la contribución de varios tiempos:
 Tiempo de propagación (tprop): Tiempo necesario para que un bit recorra la
distancia entre el origen y el destino.
 Tiempo de transmisión del mensaje (ttxMensaje): Tiempo requerido para
transmitir todos los bits del mensaje entre el origen y el destino.
 Tiempos de espera (tesp): Tiempos requeridos por el origen, destino o nodos
intermedios, si los hubiera, antes de realizar una tarea necesaria para la
comunicación. Cambia con la carga de la red. Por ejemplo, cuando el tráfico
es alto, los tiempos de espera son mayores.
 Tiempos de procesamiento (tproc): Tiempo que tarda el origen, destino o los
nodos intermedios, si los hubiera, en procesar el mensaje.
E[t] = tprop + ttxMensaje +  tesp +  tproc
(s)
La latencia se calcula dependiendo del tipo de red (difusión/conmutación).
Si es una red conmutada habrá que tener en cuenta también si es de circuitos o de
paquetes (datagrama/circuito virtual).
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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4. Indicadores de prestaciones de una red
Se dispone de una red lineal formada por 3 nodos intermedios en la que se
utiliza la técnica de datagrama. Los enlaces son de 10kbps, el tiempo de
propagación entre nodos de 1s y el tamaño de paquete de 3300 bits. Se
consideran el tiempo de espera y de procesamiento despreciables.
Terminal
A
Terminal
NODO1
NODO2
B
NODO3
a) ¿Cuánto tarda la red en enviar 1 paquete desde A a B?
Hay que considerar los tiempos:
E[t] = tprop + ttxMensaje +  tesp +  tproc (s)
Del enunciado se sabe tesp = tproc = 0.
tpropi = 1s (tiempo de propagación en cada salto, todos son iguales)
tprop =  tpropi = 4 saltos * 1 s/salto = 4 s
ttxP= L/R = 3300/10kbps = 0,33s (duración de cada paquete)
ttxMensaje = (Nnodos + 1) ttxP + (npaq – 1) ttxP = 4 x 0.33s + 0 = 1.33 s
E1paquete[t] = 4s + 1.33s + 0 + 0 = 5.33 s
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4. Indicadores de prestaciones de una red
LATENCIA. Ejemplo de cálculo para Red Conmutada
Terminal
A
Sale de A el primer bit
del paquete
0
Llega a Nodo1 el
primer bit del paquete
1
Terminal
NODO 1
Llega a Nodo2 el
último bit del paquete
ttxP
2
Como tesp1=tproc1=0,
en cuanto llega el último
bit del paquete, sale el
primer bit hacia Nodo 2
Llega a B el primer bit
del paquete
tprop12
ttxP
3
Llega a Nodo3 el
primer bit del paquete
Llega a Nodo3 el
último bit del paquete
B
NODO 3
tpropA1
Llega a Nodo1 el
último bit del paquete
Llega a Nodo2 el
primer bit del paquete
NODO 2
4
5
Llega a B el último bit
del paquete
6
t (s)
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
Como tesp2=tproc2=0,
en cuanto llega el último
bit del paquete, sale el
primer bit hacia Nodo 3
E[t]=5,33s
tprop23
ttxP
Como tesp3=tproc3=0,
en cuanto llega el último
bit del paquete, sale el
primer bit hacia B
tprop3B
ttxP
Llega el último bit del
paquete a B. Como
tprocB=0  FIN DE LA
TRANSMISIÓN
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
LATENCIA. Ejemplo de cálculo para Red Conmutada
4. Indicadores de prestaciones de una red
LATENCIA. Ejemplo de cálculo para Red Conmutada
b) ¿Cuánto tarda la red en enviar 4 paquetes desde A a B?
Hay que considerar los tiempos:
E[t] = tprop + ttxMensaje +  tesp +  tproc (s)
¿Qué cambia respecto al apartado a)?
Que en el receptor, Terminal B, hay que esperar a que lleguen todos paquetes.
tpropi = 1s (tiempo de propagación en cada salto, todos son iguales)
tprop =  tpropi = 4 saltos * 1 s/salto = 4 s
ttxP= L/R = 3300/10kbps = 0,33s (duración de cada paquete)
ttxMensaje = (Nnodos + 1) ttxP + (npaq – 1) ttxP = 4 x 0.33s + 3 x 0.33s = 2,33 s
E1paquete[t] = 4s + 2,33s + 0 + 0 = 6,33 s
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
75
4. Indicadores de prestaciones de una red
LATENCIA. Ejemplo de cálculo para Red Conmutada
Terminal
Terminal
NODO 1
A
0
ttxP
ttxP
ttxP 1
ttxP
NODO 2
B
NODO 3
tpropA1
ttxP
E[t]=6,33s
tprop12
2
ttxP
3
tprop23
ttxP
4
Llega a B el:
último bit del
PRIMER paquete
último bit del
SEGUNDO paquete
Primer paquete
E1[t]=5,33s
5
6
último bit del
TERCER paquete
último bit del
CUARTO paquete
7
tprop3B
ttxP
ttxP
ttxP
ttxP
t (s)
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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4. Indicadores de prestaciones de una red
LATENCIA. Ejemplo de cálculo para Red de Difusión
Determinar el retardo extremo a extremo para enviar 4 paquetes de 1200
bits entre dos terminales A y B conectados a una red de difusión con
topología tipo bus. La separación entre ambos terminales es de 1.05km, la
velocidad de transmisión de 1 Mbit/s y la señal se propaga al 70% de la
velocidad de la luz. Se supone despreciable el tiempo de procesamiento.
A
Hay que considerar los tiempos:
B
E[t] = tprop + ttxMensaje +  tesp +  tproc (s)
No existen nodos intermedios por lo que tesp = 0. Además tproc = 0.
tpropi = d/vprop = 5 us
C
ttxP= L/R = 1200/1Mbps = 1.2 ms
El mensaje de 4 paquetes se transmite en:
ttxMensaje = npaq x ttxP = 4.8 ms
E1paquete[t] = 5 us + 4.8 ms + 0 + 0 = 4.805 ms
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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4. Indicadores de prestaciones de una red
THROUGHPUT O CAUDAL = Th (bit/s)
Velocidad neta a la que el destino recibe la información. Se mide como la
cantidad de información trasferida entre fuente y destino durante un
tiempo determinado.
Los datos se transmite a R bit/s, pero el throughput sólo tiene en cuenta la
información que ha llegado correctamente al receptor.
Por tanto, Th ≤ R ≤ C. También se puede medir en paquetes/s.
Normalmente se trata de un valor medio, ya que la velocidad neta no suele
ser constante en el tiempo.
Velocidad de pico
Th
Velocidad
media
Velocidad variable
t
Un término relacionado es el THROUGHPUT NORMALIZADO o RENDIMIENTO,
S, definido como S = Th/R (adimensional).
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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4. Indicadores de prestaciones de una red
THROUGHPUT O CAUDAL = Th (bit/s). Ejemplo
Sea un enlace entre Málaga y Madrid de 1Mbps por el que se envía un
mensaje de 1Mbyte. Debido a interferencias y ruido, en el enlace se
producen errores que resultan en que solamente se reciban correctamente
7.2Mbits.
Calcular Th, S y la probabilidad de que haya error en la recepción.
R = 1 Mbps
Datos transmitidos = 8 Mbits
Datos recibidos bien = 7.2 Mbits.
Th=(Datos recibidos bien / Datos transmitidos)*1Mbps = 0.9Mbps
S= Th/R = 0.9/1 = 0.9
Proberror= Datos erróneos / Datos transmitidos = (8-7.2)/8 = 0.111
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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4. Indicadores de prestaciones de una red
JITTER (s)
Relacionado con la variación del
retardo que sufren paquetes del
mismo mensaje.
Es un problema si la aplicación
destino es sensible al tiempo, como
ocurre en audio o vídeo.
Aplicación
Retardo
Jitter
Throughput
Correo electrónico
Alto
(<5s)
Alto
Bajo
(>10 kbit/s)
Transferencia de ficheros
Alto
Alto
Medio
Acceso Web
Medio
(<400ms)
Alto
Medio
(>30kbit/s)
Telefonía
Bajo
(<150ms)
Bajo
(1ms)
Medio
Vídeoconferencia
Bajo
(<150ms)
Bajo
(<1ms)
Alto
(>16-384 kbit/s)
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Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Reservados todos los derechos. No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
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a64b0469ff35958ef4ab887a898bd50bdfbbe91a-1330714
1. Conceptos básicos
¿Cuál es el conjunto mínimo de elementos que necesito para
comunicar información entre puntos distantes?
2. Red de telecomunicación
¿Qué sucede cuando hay muchos puntos que conectar?
3. Técnicas de conmutación (redes conmutadas)
¿Qué características tiene cada técnica?
4. Indicadores de prestaciones de una red
¿Cómo reflejar las características de una red?
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
¿Qué problemas hay que resolver en ellas?
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
81
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED DE ÁREA LOCAL (LAN)
Generalmente se usa este término para referirse a una red formada por
un conjunto de ordenadores que se encuentran dispersos en un área
geográfica reducida (distancias del orden de centenares de m).
Son redes de difusión, entre otros motivos, porque el objetivo es que
sean fáciles de instalar y gestionar.
Independientemente de que tengan topología en bus, anillo o radio, hay
una serie de problemas comunes:
- Se necesita establecer un mecanismo de gestión
de acceso al medio compartido (Medium Access
Control-MAC)
para
decidir
quién
puede
transmitir en cada instante.
- Se necesita establecer mecanismos para detectar
y recuperar los errores en la transmisión: control
de errores.
- Puesto que habrá ordenadores con características
diversas (velocidad de transmisión, capacidad de
memoria, etc.), hay que establecer mecanismos
para que los terminales rápidos no desborden a
los lentos: control de flujo.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
82
Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
Contenido
5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED TELEFÓNICA CONMUTADA (RTC)
La red telefónica ha ido evolucionando desde un estado en que todas las
señales eran analógicas, al estado actual, en que solo los enlaces de
acceso son analógicos y el resto es digital. A esta red se la conoce como
red digital integrada (RDI).
Su estructura es jerárquica con, esencialmente, tres niveles:
CC1: Centros de Conmutación
de nivel 1
CC2: Centros de Conmutación
de nivel 2
CRU: Concentradores Remotos
de Usuarios
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED TELEFÓNICA CONMUTADA (RTC). PROBLEMAS A RESOLVER
1-Identificación unívoca de los usuarios en la red: direccionamiento.
Determinadas formas de asignar los
números de usuario pueden facilitar
el encaminamiento (establecimiento
de un camino para la información a
través de la red).
2-Uso eficiente de los medios de transmisión: multiplexación.
La capacidad de los medios de transmisión suele ser muy superior a la
requerida por un solo usuario.
Ejemplo: en un enlace de varios km mediante cable coaxial puede transportar
más de 140 Mbit/s. Sin embargo, una conversación telefónica solo requiere 64
kbit/s. ¡Se podrían transportar más de 2000 comunicaciones por un solo cable!
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED TELEFÓNICA CONMUTADA (RTC). PROBLEMAS A RESOLVER
3-Determinación del número de enlaces de salida de los concentradores:
dimensionado.
Existe un compromiso: si el número de enlaces de salida es alto el grado de
satisfacción de los usuarios será alto pero el coste de la red también será alto. Si el
número de enlaces es bajo el grado de satisfacción es bajo pero la red se abarata.
0.9
1 enlace
3 enlaces
5 enlaces
Probabilidad de bloqueo
0.8
0.7
Para obtener estas curvas primero
habrá que estudiar las características
de las llamadas (distribución de la
duración y de la tasa de generación):
modelado del tráfico (información
que los usuarios entregan a la red para
su transporte).
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0
10
20
30
Número de usuarios
40
50
4-Establecimiento de procedimientos y definición de señales de control
entre los conmutadores de la red y entre los terminales y la red para
permitir la realización de las llamadas: señalización.
Ejemplos: señales para indicar a la red el número del usuario llamado, información
sobre el progreso de la llamada (comunicando, tono de llamada, etc.)
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED DE COMUNICACIONES MÓVILES
Además de muchos de los problemas anteriores, en estas redes hay que
resolver problemas peculiares :
1- Los enlaces de la red de acceso son vía radio, que es un recurso
extremadamente escaso: sistemas celulares.
Ejemplo: el sistema GSM tiene asignadas las bandas de 935.2 MHz – 959.8 MHz (GSM900) y 1805.2 MHz – 1879.8 MHz (GSM-1800) para los enlaces descendentes. Cada
comunicación requiere unos 200 kHz en cada sentido. Por tanto, solo podrían mantenerse
506 (123+373) llamadas simultáneas…
Pero:
- si dividimos la zona de cobertura en células.
- cada célula utiliza sólo un subconjunto de bandas.
En el dibujo:
- 4 subconjuntos de frecuencias.
- cada célula tiene 500/4 bandas de 200kHz.
- las bandas se reutilizan entre células lejanas.
ES POSIBLE AUMENTAR EL NÚMERO DE LLAMADAS
SIMULTÁNEAS!
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
Se podrían realizar (500/4)x9=
1125 llamadas simultáneas
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
RED DE COMUNICACIONES MÓVILES
2- Los usuarios se pueden mover libremente: no siempre están
conectados al mismo nodo de la red de acceso. Incluso pueden
moverse de país (itinerancia o roaming).
3- Habrá que establecer mecanismos para que los terminales
comuniquen su posición a la red (location update) y para que la red
avise al terminal de que tiene una llamada (paging).
4- El movimiento de los usuarios puede producirse, incluso, durante el
transcurso de la comunicación. Habrá que establecer procedimientos
para que las comunicaciones no se interrumpan: handover.
5- Habrá que establecer mecanismos para la interoperabilidad de
terminales y elementos de la red hechos por distintos fabricantes:
normalización.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
INTERNET
Internet es la unión de muchas redes (universidades, empresas,
administraciones públicas, etc.) . Para su interconexión se reutilizan redes
de transporte y acceso ya existentes (telefónica, móvil, etc.). De forma
simplificada su estructura es:
NAP (Network Access Point)
MAE (Metropolitan Area Exchange)
IXP (Internet Exchange Point)
Los NAP, MAE e IXP son esencialmente
lo mismo: grandes conmutadores.
ISP (Internet Service Provider)
Notar como se está accediendo a una
red de transporte desde varias redes
de acceso distintas.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
Algunos de los problemas ya vistos en las otras redes son comunes a
Internet. Pero además, ésta tiene particularidades:
1- Determinar el camino (a través de la red) para las llamadas:
encaminamiento.
2- Los usuarios transmiten y reciben información con requisitos muy
variados:
- llamadas telefónicas (VoIP): la información puede transmitirse con algunos
errores pero con poco retardo (delay).
- correo electrónico: no importa que la información se entregue con retraso
pero debe llegar sin errores.
- vídeo: los cuadros de la imagen deben transmitirse con poca diferencia de
retardo entre ellos (jitter).
Habrá que definir:
- Magnitudes para medir la calidad
- Procedimientos para asegurarla.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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5. Ejemplos de redes de telecomunicación
INTERNET
3-La red está diseñada para soportar una determinada intensidad de
tráfico (información/unidad de tiempo). Si ésta aumenta, la calidad
puede degradarse e, incluso, es posible que la intensidad de tráfico
cursada disminuya. Habrá que establecer mecanismos de control de
congestión.
4-Es necesario disponer de mecanismos de gestión de red para:
-Monitorizar los parámetros de la red y realizar acciones que eviten que la
calidad se degrade.
-Configurar la red para adaptarla a las necesidades de cada momento.
-Gestionar los fallos que se produzcan.
Tema 1: Introducción a las redes de telecomunicación
Redes y Servicios de Telecomunicación 1
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Reservados todos los derechos.
No se permite la explotación económica ni la transformación de esta obra. Queda permitida la impresión en su totalidad.
INTERNET