Este trabajo da una visión general acerca de los tipos más importantes de WANs (Redes de Área Extensa) usadas para el transporte de información. Examinaremos las facilidades de transmisión disponibles para ser usadas y los niveles de transferencia de datos que se pueden obtener mediante el uso de diferentes facilidades de red.

Uno de los muchos métodos que se pueden usar para categorizar las WANs es a través del flujo de información en una facilidad de transmisión. Usando este método, podemos agrupar a las WANs en tres tipos básicos:

REDES DE CONMUTACIÓN DE CIRCUITOS

Es el tipo de red más popular y la que casi todo el mundo usa a diario.

La Red de Teléfono Pública, en la cual el número que se marca provoca que las oficinas de la compañía conmuten la llamada entre oficinas para establecer una conexión con la persona que se desea contactar, representa la red de conmutación de circuitos usada con más frecuencia.

En un sistema de conmutación de circuitos, el equipo de conmutación es usado para establecer un camino físico durante la duración de la llamada. Dicho camino es temporal, y estará disponible para otra llamada después de que finalice la primera.

Este tipo de conexión en la que la llamada se establece con un equipo de conmutación a través de un camino temporal se conoce como llamada virtual de conmutación.

Las redes de conmutación de circuito más antiguas usaban un cable de par trenzado para enrutar las llamadas desde el abonado hasta la oficina de servicio. Dependiendo del destino de la llamada, será enrutada directamente al abonado destino a través de la oficina que le corresponda, o bien en una línea principal para la transmisión a otra oficina de la compañía telefónica.

Existen dos tipos de facilidades de transmisión por conmutación de circuito que se pueden usar para interconectar zonas geográficamente dispersas: analógica y digital.

Las facilidades de transmisión por conmutación de circuito analógico están disponibles por todo el mundo, y son conocidas por la red telefónica convencional.

La digital está disponible en la mayoría de las principales áreas metropolitanas, no obstante, sólo ciertas zonas de una ciudad pueden soportar relativamente este nuevo servicio.

La transmisión de datos a través de la red telefónica (circuito de conmutación analógico) requiere el uso de modem. El modem (abrev. del término modulador-demodulador) convierte los datos digitales transmitidos por los ordenadores en pulsos analógicos para la transmisión por la red telefónica. El proceso de convertir una señal digital en analógica se conoce como modulación, mientras que el proceso inverso es llamado demodulación.

La figura 1 ilustra el uso de una red telefónica para transmitir datos entre un ordenador personal y un mainframe. El círculo es un símbolo frecuentemente usado para representar una red de conmutación.

Cuando se produce una transmisión en la red telefónica de conmutación, el tipo de modem usado y sus características gobiernan la tasa de transmisión útil (eficaz). Del tipo de modem depende la técnica de modulación usada y la tasa de transmisión de datos en bits por segundo obtenidos mediante el uso de una técnica de modulación particular. Las características de un modem tales como la compresión de datos, pueden elevar el índice de transmisión efectiva por encima del nivel de transmisión física de datos del modem.

Por ejemplo, el modem V.32 proporciona un índice de transmisión de datos de 9600 bps. Cuando éste incorpora la compresión de datos, V.42 bis, el índice de transmisión de datos sobrepasa los 19200 bps. Por supuesto, para obtener este rendimiento, se debe comunicar con un modem compatible que soporte la misma técnica de modulación y característica de compresión.

La transmisión digital se hace disponible a finales de los 80s, cuando AT&T introduce su servicio Accunet Switched 56, un servicio de 56 kbps. El uso de Switched 56 requiere disponer de una Unidad de Servicio de Datos (DSU) en lugar de un modem.

El DSU algunas veces se refiere a un modem digital, ya que convierte las señales digitales unipolares producidas por ordenadores en señales digitales bipolares, apropiadas para ser transmitidas por la red digital de conmutación. Como los datos son transmitidos por una red digital, la señal es regenerada por la portadora de comunicaciones muchas veces antes de llegar a su destino. Por lo general, el servicio digital da un mejor rendimiento y exactitud comparado con el analógico, debido a la naturaleza de la transmisión digital y al diseño de las redes digitales.

La mejora radica en que las señales digitales son regeneradas, mientras que las analógicas son amplificadas. Cualquier deformación de la señal analógica crece en magnitud debido a la operación de los amplificadores.

La figura 2 ilustra el uso de una transmisión de conmutación digital:

La transmisión digital por conmutación es similar a la de las redes analógicas. Sin embargo, a diferencia de un servicio analógico donde el índice de datos puede ser incrementado mediante la obtención de modems más rápidos, se debe disponer normalmente de DSUs que funcionen igual de rápidas y una nueva línea de acceso digital para obtener capacidades de transmisión digital mayores.

La línea de acceso digital conecta al abonado con una oficina central de la portadora que soporta transmisión digital.

Los servicios digitales de 56 y 384 kbps pueden ser usados en una gran variedad de aplicaciones de red. Se pueden usar para complementar la interconexión de LANs líneas punto a punto, o proporcionar el método primario (básico) de interconexión, cuando la transmisión entre dos redes es relativamente poco frecuente.

Los servicios de conmutación son particularmente útiles cuando la factura a pagar depende del uso de la línea, mientras que las líneas alquiladas tienen una tarifa mensual fija que no depende del uso.

En un principio, cuando surgió la conmutación de circuitos, las líneas se enrutaban entre oficinas de la compañía de teléfonos, y cada línea llevaba una sola conversación cada vez que se conmutaba sobre la línea.

Cuando el número de abonados fue creciendo, las compañías de teléfono rápidamente se dieron cuenta que este método de conmutar llamadas individuales sobre circuitos individuales no era económico. Para reducir el número de líneas requeridas para conectar unas oficinas con otras, se creó una técnica llamada multiplexación.

Al principio, la multiplexación por división en frecuencia (FDM) era usada exclusivamente por portadoras de comunicación. Poco a poco, FDM ha sido sustituida por la multiplexación por división en el tiempo (TDM). Esta evolución hacia equipos basados en TDM se basaba en las ventajas de las señales digitales frente a las analógicas, y han ido sustituyendo paulatinamente las líneas analógicas por las digitales.

El empleo de técnicas de multiplexación por división en frecuencia requiere el uso de circuitos que tengan un ancho de banda relativamente grande. Este ancho de banda se divide luego en subcanales de frecuencia.

Cuando una portadora usa FDM para la multiplexación de conversaciones de voz en un circuito ordinario, el paso-banda de 3 Khz de cada conversación se traslada hacia arriba en la frecuencia según un incremento fijo de frecuencia. Este cambio de frecuencia coloca la conversación de voz en un canal predefinido del circuito multiplexado de FDM.

En el destino, otro FDM demultiplexa la voz, cambiando el spectrum de frecuencia de cada conversación hacia abajo con el mismo incremento de frecuencia que se hizo al principio hacia arriba.

El principal uso de FDM es para permitir a las portadoras llevar un gran número de conversaciones de voz simultáneamente en un único circuito común enrutado entre dos oficinas portadoras.

El proceso actual para asignar bandas de frecuencia a cada conversación de voz ha sido estandarizado por la CCITT. Las recomendaciones FDM de la CCITT gobiernan las asignaciones de canal de conversaciones de voz multiplexada basadas en el uso de 12, 60 y 30 canales de voz derivados.

En la actualidad la línea analógica alquilada casi nunca está dedicada al uso exclusivo de un cliente (abonado). En lugar de esto, la línea representa un circuito enrutado desde las casas de los abonados hasta la oficina más cerca. Allí, se realiza el multiplexado mediante el uso de un equipo FDM y enrutada hacia su destino en un circuito de banda ancha. En la oficina de la portadora más cercana a la casa del abonado, la línea de banda ancha es demultiplexada y el canal es conectado a una línea que es enrutada hacia la casa del abonado.

De forma parecida a la transmisión de información por la red de conmutación, la tasa de operación que se obtiene cuando los datos son transmitidos por una línea analógica alquilada depende del índice de operación (rendimiento) de los modems usados en la transmisión. Dos modems de línea alquilada usados con frecuencia siguen las normas CCITT V.29 y V.33.

La V.29 define el proceso de modulación para un modem síncrono trabajando a 9600 baudios, mientras que la V.33 lo define para 14400 bps.

Aunque no hay definiciones estándar de modems funcionando por encima de los 14400 bps para uso en líneas punto a punto, a principios de 1992 varios vendedores ofrecieron aparatos síncronos a 19200 y 24400 bps. Esos modems han tenido rápidamente una buena acogida, y se usan normalmente para conectar LANs con requerimientos de transmisión relativamente poco densos a través de líneas analógicas punto a punto.

A pesar de que las líneas analógicas alquiladas son todavía vendidas para ser usadas como portadoras de comunicación, la infraestructura de las portadoras ha cambiado considerablemente. El núcleo de facilidades de transmisión usado para construir la red de una portadora ha pasado de ser la mayoría analógica a ser casi 100% un equipo digital.

Como resultado de este cambio, casi todas las líneas analógicas punto-a-punto se han convertido en una transmisión digital en la oficina central de una portadora y luego reconvertida de nuevo a formato analógico en la oficina que sirve a las casas de los abonados.

La construcción del núcleo de una transmisión digital fue basado en el uso de multiplexores por división en el tiempo (TDM) y el desarrollo de facilidades de transmisión de T-portadoras de alta velocidad.

Al principio su uso se limitaba a operaciones de compañías de teléfono, sin embargo, a principios de los 70, se comenzaron a vender facilidades de transmisión digital punto-a-punto a organizaciones comerciales y agencias gubernamentales.

En comparación con FDM, en la cual un circuito está subdividido en canales derivados por frecuencia, TDM parte del uso de un circuito para ser compartido en el tiempo.

Puesto que TDM trabaja con datos digitales, su utilización en comunicaciones requiere que las conversaciones de voz sean digitalizadas antes de ser transportadas en circuitos digitales enrutados por la línea telefónica.

La digitalización de voz se suele realizar usando una técnica conocida como modulación por código de pulso (PCM) en la cual una conversación de voz analógica es codificada en un flujo de datos digitales de 64 kbps para la transmisión sobre las facilidades de transmisión digital de la compañía telefónica. Una vez que una llamada ha sido digitalizada y enrutada a una oficina distante que sirve al individuo llamado (destino), el flujo de datos digital de 64 kbps se vuelve a convertir de nuevo en señal de voz analógica y se pasa al destino. De forma similar, la conversación de voz generada por el destino fluye de forma analógica por el circuito local hacia la oficina de la compañía telefónica que sirve al abonado. En este punto, la conversación es digitalizada y multiplexada usando un equipo TDM y colocada sobre un bus digital enlazando esa oficina con la oficina que servía al origen. En esa oficina la llamada es retirada del bus por el proceso conocido como demultiplexación, convertida de nuevo a su formato analógico, y pasada al abonado local.

La clave del exitoso uso de la multiplexación por división en el tiempo (TDM) por las compañías de teléfono fue el rápido crecimiento en el uso de facilidades de transmisión T-portadora.

Las facilidades T-portadora fueron originalmente desarrolladas por las compañías de teléfono como un mecanismo para aliviar la pesada carga en los circuitos de conmutación. La primera T-portadora fue puesta en servicio por AT&T en 1962 para moderar los problemas de congestión en áreas urbanas. Conocida como T1 en Norte América, esta facilidad portadora digital de ancho de banda trabaja con una tasa de 1.544 Mbps.

El término T1 fue definido por AT&T y se refiere a 24 canales de voz PCM de 64-kbps transportados en una señal de ancho de banda de 1.544 Mbps. Bajo el formato de trama del T1, cada grupo de 24 bytes representan 24 muestras de voz y tienen un bit de trama adicional para la sincronización. Puesto que el muestreo PCM se produce 8000 veces por segundo, esto produce el uso de 8000 bits de trama. Así, la tasa de operación del T1 se puede expresar como 24 canales x 64kbps/canal + 8000 bits de trama/seg., dando como resultado un porcentaje de operación de 1.544 Mbps.

Cuando AT&T empezó a usar su portadora T1 empleó bancos de canales digitales usados para hacer de interface entre la red de teléfono analógica con la facilidad de transmisión digital del T1.

Los bancos de canal usados por las compañías telefónicas fueron al principio dispositivos analógicos. Fueron diseñados para proporcionar el primer paso requerido en el manejo de llamadas telefónicas que se originaban en una oficina central, pero cuyo punto de terminación era una oficina central diferente. El banco de canal analógico incluía un equipo FDM, permitiéndole multiplexar por frecuencia y un grupo de canales de voz enrutados a un destino final o intermedio sobre un circuito común.

El desarrollo de PCM hizo que los bancos de canal analógicos llegasen a ser inadecuados para la voz digitalizada. AT&T entonces desarrolló el banco de canal tipo-D que realiza varias funciones además de la multiplexación por división en el tiempo de datos digitales.

El primer banco de canal digital, conocido como D1, contenía tres elementos claves como se muestra en la figura 3. El codec, abreviación de codificador-decodificador, convertía la voz analógica en un flujo de datos digitales de 64 kbps con codificación PCM. El TDM multiplexa 24 canales de voz codificados en PCM e inserta información de trama para permitir al TDM en un banco de canal distante ser capaz de sincronizarse con el flujo de datos multiplexado que se transmite por el par trenzado del T1.

Debido a la operación del banco de canal digital, este equipo puede ser visto como un puente analógico-digital. Para asegurar la calidad de la señal digital multiplexada resultante, AT&T instalaba repetidores en intervalos de 1830 metros en líneas cruzadas construidos entre las oficinas centrales. Aunque los repetidores son todavía requeridos en circuitos cerrados locales hacia las casas de los abonados y en cables de par trenzado de cobre, la introducción de la radio digital y la transmisión por fibra óptica ha añadido una flexibilidad significante a la construcción y enrutamiento de facilidades T-portadoras, ya que los repetidores no son necesitados en esas facilidades.

La introducción de facilidades de transmisión T-portadoras proporcionaron una autopista digital que posibilitaban a las portadoras de comunicación introducir una serie de facilidades de transmisión digital para uso comercial. En los años 70 AT&T introdujo su Dataphone Digital Service (DDS), que incluye una serie de facilidades de transmisión digital de línea alquilada disponible a velocidades de 2.4, 2.8, 9.6, 19.2 y 56 kbps. Tanto AT&T como otras empresas que ofrecen DDS necesitan usar DSUs en cada extremo de la facilidad de transmisión.

Otro servicio de transmisión digital basado en el uso de T-portadora resultó de empresas que vendían pequeñas partes de la T-portadora para uso exclusivo de un organismo. Conocida como T1 fraccionaria (FT1), dicho servicio está normalmente disponible en múltiplos de 64 kbps o 1/24avos de la capacidad de un circuito T1.

La diferencia clave entre el uso de servicios DDS (y DDS-equivalentes) y T1 fraccionaria está en el método usado para acceder a cada facilidad de transmisión. Los servicios DDS y DDS-equivalentes precisan de la instalación de una línea de acceso entre la casa del abonado y la oficina de servicio de la portadora, la cual está terminada por un DSU. Una línea de acceso FT1 opera a la velocidad de la T-portadora, aunque sólo se usa una porción de la capacidad de la T-portadora. En la oficina de servicio de la portadora la porción fraccionaria de la línea T1 usada por un abonado es multiplexada junto con otros abonados FT1 sobre un circuito T1. Esto se hace mediante el uso de un multiplexor T1 colocado en la oficina de la portadora que está dando servicio al abonado.

Una segunda diferencia entre el uso de líneas alquiladas DDS y FT1 está en el dispositivo terminal requerido en cada extremo de la línea. DDS usa como dispositivo terminal un DSU, mientras que FT1 y T1 terminan en la casa del abonado con una Unidad de Servicio de Canal (CSU). La CSU proporciona una terminación de línea a 1.544Mbps. Para el uso de la T1 fraccionaria algunas CSU, contienen un multiplexor incorporado. El multiplexor proporciona a los abonados de FT1 un acceso a grupos de canales de 64 kbps sobre la línea trenzada T1. Por otra parte, un abonado de FT1 debe usar un multiplexor T1 separado para tener acceso a la fracción de la línea T1 a la cual está abonado.

Una de las mayores limitaciones asociada con la conmutación de circuitos es la asignación permanente de un camino para el uso exclusivo de una sesión de comunicación mientras dura esa sesión.

Esto significa que indiferentemente a si un circuito completo o un canal en un circuito es usado para establecer un camino, ese circuito o canal no puede ser usado para soportar otras actividades hasta que la sesión en progreso no finalice. Como solución a esta limitación la conmutación de paquetes fue desarrollada como una técnica para permitir la compartición de facilidades de transmisión entre muchos usuarios. Aunque la multiplexación es también un mecanismo que permite la compartición, las dos técnicas son bastante diferentes.

En la multiplexación se usa FDM ó TDM para establecer una ocupación de slots en los cuales a fuentes individuales de datos se les asigna el uso de esos slots. Después, la información usa el slot reservado durante la duración de la sesión de transmisión. En conmutación de paquetes, un equipo especializado divide los datos en segmentos definidos que son direccionados, secuenciados y también se les añade una información de control de error. A la unidad de datos resultante se le llama paquete, y puede representar un mensaje del usuario o una porción muy pequeña de éste. El tráfico de paquetes de muchos usuarios puede compartir grandes porciones de las facilidades de transmisión usadas para formar una red de paquetes. De esta forma, el uso de una red de paquetes es normalmente más económico que la transmisión por la red telefónica de conmutación para transmisiones de larga distancia.

Una red de paquetes está construida mediante el uso de un equipo que ensambla y desensambla paquetes, otro que enruta paquetes, y unas facilidades de transmisión usadas para enrutar paquetes desde el dispositivo origen hasta el destino. Algunos DTEs pueden crear sus propios paquetes, mientras que otros precisan una conversión de paquetes. Esta conversión la realiza un PAD. Los paquetes son enrutados a través de la red por conmutadores de paquetes. Dichos conmutadores examinan el destino de los paquetes mientras circulan por la red y transfieren los paquetes en buses interconectando conmutadores basados en el destino del paquete y la actividad de la red.

Las facilidades de transmisión usadas para interconectar conmutadores de paquetes son líneas alquiladas ya que la red debe estar disponible las 24 horas del día. Algunas redes de paquetes usan líneas alquiladas analógicas, trabajando a 19.2 kbps. Sin embargo, la mayoría de las redes de paquetes usan ahora facilidades de transmisión digital de alta velocidad, tales como DDS, T1 fraccionaria, y líneas T1 debido al crecimiento del uso de las redes de paquetes.

La X.25 controla el acceso desde un DTE (ordenador) en modo paquete, hasta el DCE en un nodo de paquete. La X.28 controla el interface entre dispositivos en modo no-paquete (que no pueden formar paquetes) y un PAD. La X.29 especifica el interface entre el PAD y el ordenador host. X.3 especifica los ajustes de parámetro en el PAD y la X.75 especifica el interface entre las redes de paquete.

Arquitectura de la Red de Paquetes

Existen dos grandes categorías de redes de paquetes, donde cada categoría se basa en el método mediante el cual los paquetes son enrutados a través de la red:

• Basada en datagramas
• Basada en Circuitos Virtuales

En una red de datagrama, cada paquete se transmite independientemente de otros paquetes, donde los conmutadores de paquetes enrutan a éstos dependiendo del tráfico en la red, la tasa de error de las líneas así como si hay o no circuitos específicos disponibles para ser usados.

La figura 4 ilustra un ejemplo del flujo de paquetes en una red de paquetes de datagrama. En el ejemplo se asume que los paquetes creados por dos dispositivos son enrutados a través de una red que consta de cuatro conmutadores de paquetes, con dos ordenadores conectados a la red. Supongamos que los paquetes A, B, C y D son enrutados hacia el ordenador A, mientras que los paquetes W, X, Y y Z son enrutados hacia el ordenador B.

A medida que los paquetes son enrutados a través de la red, cada conmutador examina la dirección de destino del paquete (ordenador A o B) y enruta el paquete basándose en el criterio del camino óptimo en un instante dado. Puesto que los paquetes pueden atravesar diferentes caminos, puede que sean recibidos en un conmutador destino fuera de secuencia. Así, los conmutadores destino deben ser capaces de tener la suficiente memoria para almacenar paquetes hasta que éstos puedan ser secuenciados en su orden apropiado antes de su entrega a su destino último. Esta secuenciación ocurre en los conmutadores de paquetes 3 y 4 de la figura 4, donde aunque los paquetes enrutados de cada fuente a un destino, tomaron diferentes caminos, son reensamblados en su orden original en sus nodos de destino.

Aunque las redes de paquete de datagramas permiten que los caminos de transmisión sean dinámicamente alterados para responder a la condiciones y actividad de la red requieren un elevado proceso por la conmutación de paquetes. Esto es porque cada conmutador debe conocer el estado de las líneas que van a otros conmutadores para implementar los algoritmos de enrutamiento apropiados. Mientras que la mayoría de redes de conmutación de paquetes estaban en un principio basadas en datagramas, una mayoría de éstas han sido convertidas al uso de conmutación de paquetes por circuito virtual.

En esta red, se establece un camino fijo desde el origen hasta el destino en el momento en que se establece la llamada. Después, todos los paquetes circulan por el mismo camino.

La figura 5 ilustra el flujo de datos por una red de paquetes de circuito virtual. Notar que aunque se establecerá una ruta basada en la actividad de la red, una vez establecida, la ruta permanece fija durante todo el tiempo de la llamada. Así, los paquetes circularán en secuencia por cada conmutador, lo cual reduce tanto la cantidad de proceso requerido en cada conmutador, así como los retrasos asociados con la espera de que paquetes fuera de secuencia lleguen a un nodo destino antes que sea posible pasar una secuencia ordenada de paquetes a su destino.

Aunque muchos dispositivos pueden crear directamente los paquetes, la mayoría cuentan con el uso de ensambladores/desensambladores de paquetes (PADs). Los PADs son esencialmente dispositivos de conversión de protocolo que aceptan datos de un ordenador (DTE) y que convierten los datos en paquetes basados en el protocolo X. 25.

Los PADs son fabricados en placas adaptadoras diseñadas para ser insertadas dentro de un ordenador personal así como dispositivos aislados. Son dispositivos de un único puerto de entrada. Otros PADs pueden contener muchos puertos y soportar diferentes protocolos en cada puerto.

El nivel 3, que es el nivel de paquete, define los procedimientos para establecer y liberar llamadas entre usuarios, describe los formatos de paquete, y los procedimientos para tales funciones como control de flujo, transferencia de paquete y control de error.

Cada paquete transmitido en una red de paquetes contiene una cabecera de tres bytes como se ilustra en la figura 7.

Las redes de conmutación de paquetes usan circuitos virtuales y canales lógicos para permitir a muchos usuarios compartir las facilidades de la red. Como se explicó antes, un circuito virtual es un camino establecido a través de la red durante la duración de la llamada, parecido a un circuito físico directo. El canal lógico es un método que hace posible la multiplexación de una línea de acceso de un único abonado a una red de paquetes entre varias llamadas virtuales simultáneas. Por ejemplo, un PAD que atiende a varios terminales y esté conectado a una red de paquetes por una línea de acceso única asignaría a cada terminal conectado (al PAD) un número de canal lógico diferente. Así, el número de canal lógico (LCN) identifica cada paquete correspondiente a una conexión lógica particular.

El tercer byte en la cabecera del paquete es el identificador de tipo de paquete. Actualmente, se han definido 20 tipos de paquetes en X.25, divididos en seis grupos funcionales.

Una llamada virtual a través de una red de paquetes es iniciada por la transferencia de un paquete de petición de llamada a la red. El paquete de petición de llamada identifica el LCN seleccionado por el origen así como las direcciones del origen y del destinatario.

Después de que la petición de llamada es enrutada hacia el nodo destino, se selecciona un LCN local y entonces el nodo destino transmite un paquete de llamada reentrante al destino. Si el destino está disponible para aceptar la llamada, responde al paquete que le ha llegado transmitiendo un paquete de reconfirmación de llamada. La red entonces responde transmitiendo un paquete de establecimiento de llamada al origen en el LCN asignado a la petición de llamada inicial. Esta acción produce el establecimiento de una llamada virtual que permite que los paquetes de datos sean intercambiados entre los usuarios.

Una vez que se ha establecido una llamada virtual, el canal lógico entra en la fase de transferencia de datos. Ahora, los paquetes de datos constan del campo cabecera de tres bytes y el campo de datos de usuario que lleva la información de aquél. El campo identificador de tipo de paquete (tercer byte) incluye números de secuencia de envío (P(S)) y recepción (P(R)), que son usados para rastrear y reconocer paquetes de una forma similar al campo N(R) y N(S) en una trama HDLC. Cuando el bit More-Data (M) se pone a uno, notifica a la red que el próximo paquete que se transmita es una continuación de los datos del paquete actual. La longitud del campo de datos de usuario depende de la red de paquetes. La mayoría de las redes soportan un campo máximo de 128 bytes. Otros máximos soportados por la mayoría de redes incluye 32, 64, 256, 512, 1024, 2048 y 4096 bytes.

Una vez que el ordenador destino recibe el primer paquete de datos, puede autorizar una transmisión adicional devolviendo un paquete Receiver Ready (RR) o puede posponer la transmisión enviando un paquete Receiver Not Ready (RNR). Por último, cuando el ordenador origen ha completado su sesión, transmite un paquete Clear-Request que es confirmado por el destino. En este momento, el circuito virtual se rompe. La figura 8 ilustra un flujo de paquetes usado para establecer una conexión virtual, se pasan los datos y se rompe la conexión virtual.

Una vez que los datos comienzan a circular por la red se pueden producir retrasos debido a la congestión de la red o a errores de transmisión. Ambas situaciones pueden hacer que la red sea incapaz de adaptarse a la tasa de transferencia de información actual. Por lo tanto, se precisa de un mecanismo que regule el flujo de información. Este mecanismo recibe el nombre de control de flujo y se lleva a cabo con el uso de paquetes Receiver Ready (RR) y Receiver Not Ready (RNR). El paquete RR lleva un número de secuencia recibida (P(R)) que confirma paquetes previamente recibidos por la estación origen. Por el contrario, los paquetes RNR son transmitidos por la red de paquetes para detener el flujo de paquetes de datos. Los paquetes RNR indican al origen que deje de transmitir datos tan pronto como sea posible.

Puesto que casi toda la transmisión interactiva incluye pausas y puesto que el tiempo que queda libre en un circuito es esencialmente malgastado, el empaquetamiento produce el uso más eficiente de un circuito. Así, cuantos más paquetes circulen por un circuito, menor será el coste por paquete.

El fácil acceso a puntos de entrada (nodos) de una red de paquetes y el protocolo estandarizado X.25 hacen que esta red sea adecuada para la interconexión de redes de área local dispersas así como para obtener acceso a mainframes remotos. Uno de los métodos más comunes usados para conectar una red de área local sobre un nodo de una red de paquetes es mediante el uso de una facilidad de acceso dedicado (DAF). El DAF es una línea alquilada, analógica o digital, enrutada desde la casa del abonado hacia el nodo de paquete, donde es conectada a un conmutador de paquetes que soporta el protocolo X.25. Para proporcionar compatibilidad con el protocolo, el tráfico de la LAN debe ser encapsulado en paquetes X.25 para que circulen por la red de paquetes. Esto se lleva a cabo normalmente con la instalación de una tarjeta adaptadora X.25 en un puerto del PC y con el uso de un software apropiado. Aunque el PC es típicamente referido como un gateway, en esta situación realmente funciona como un router.

Un segundo uso de una red de conmutación de paquetes es proporcionar un mecanismo de transporte para un gateway verdadero.

El crecimiento en el uso de facilidades de transmisión de fibra óptica ha producido una significante reducción de la tasa de error experimentada en transmisiones de larga distancia. Este avance en facilidades de transmisión ha llevado a preguntarse la necesidad de usar métodos de conmutación de paquetes convencionales que soporten los niveles del 1 al 3 del modelo de referencia OSI y ha provocado el desarrollo de una serie de nuevas tecnologías llamadas conmutación rápida de paquetes, relé de trama y relé de celda. Antes de discutir estas nuevas tecnologías, centraremos la atención en los retrasos asociados con la conmutación de paquetes convencional y la importancia de esos retrasos en una época donde la mayoría de las líneas alquiladas que interconectan nodos de paquetes son ahora cables de fibra óptica.

En una red de conmutación de paquetes convencional, cada uno de los buses que enlazan los nodos en la red soportan las capas de 1 a 3 del modelo OSI. Esto significa que los paquetes son sometidos a un chequeo de errores en cada nodo. Aunque esto era necesario para asegurar la integridad de los datos cuando los buses eran en un principio líneas analógicas alquiladas con un porcentaje de error relativamente alto, el uso de cables de fibra óptica para la transmisión entre nodos ha reducido los errores en gran medida. Esto significa que la mayoría de los chequeos de errores en nodos de paquetes sólo retrasa la transmisión a través de la red y no es realmente beneficioso para la integridad de los datos.

Además, el crecimiento de aparatos terminales inteligentes basados en microprocesadores usados en ordenadores personales y estaciones de trabajo, permite que se chequee la integridad de los datos en cada extremo del enlace. De este modo, el chequeo de errores en cada nodo puede ser considerado una técnica obsoleta para muchas aplicaciones.

El control de flujo disminuye mucho cuando se usa cable de fibra óptica. Sin embargo, se aplica todavía debido a los retrasos de proceso que se producen cuando se realiza el chequeo de error de los paquetes en cada nodo. Así, la eliminación del chequeo de errores reduciría substancialmente la necesidad del control del flujo en una red de paquetes.

Los laboratorios AT&T comenzaron a experimentar una técnica durante los años 80 para reducir el retraso de los paquetes, lo que permitiría que un paquete se enviase con un retraso menor. La técnica usaba un hardware VLSI (alta escala de integración).

Esta técnica eliminaba el chequeo de errores en cada nodo de tal forma que el nodo podía comenzar a enviar el paquete tan pronto como su destino era decodificado.

Para evitar un error de enlace que pudiese causar el enrutamiento hacia un destino indeseado, se colocaba un CRC (código de redundancia cíclica) detrás de la información de enrutamiento. Si se detectaba un error, el nodo de paquetes simplemente suprimía el paquete. Si se producía un error de transmisión que afectaba a otros datos del paquete, el nodo no detectaba el error, sino que simplemente enrutaba el paquete rápidamente hacia su destino. En esta técnica se asume que el que recibe pedirá una retransmisión de paquetes perdidos o con error.

Después de que todos los protocolos modernos tengan detección de errores y capacidades de corrección, así como una característica de "tiempo muerto" que produce una petición de retransmisión si una unidad de datos no se recibe en un intervalo de tiempo predefinido, ni el abandono de paquetes ni el llevar paquetes con error a su destino perjudica a los modernos equipos. De hecho, eliminando el proceso de detección de error en los nodos, el flujo de datos a través de la red aumenta sustancialmente.

En general, el término "paquete rápido", se refiere a la transmisión de paquetes en la cual el proceso de paquetes se perfecciona para proporcionar un rendimiento mucho más alto que el que se obtiene en una red con protocolo X.25. Del esfuerzo pionero de AT&T, dos nuevas teconologías han sido estandarizadas a principios de los años 90: el relé de trama y el relé de celda.

Relé de Trama (Frame Relay)

Es un protocolo de enlace de datos, que define cómo se ensamblan las tramas de información y son rápidamente enrutadas a través de una red de paquetes.

Se añade una cabecera de dos bytes a la información de la capa 2. El Identificador de Conexión del Enlace de Datos (DLCI) permite a la red de paquetes enrutar cada trama a través de nodos a lo largo de un camino virtual creado para una conexión de relé de trama.

El DLCI no especifica una dirección de destino como en X.25, sino que designa una conexión que resulta del establecimiento de un circuito virtual. Después, cada dispositivo en el circuito virtual especifica el mismo DLCI para capacitar a cada dispositivo para transmitir al otro dispositivo. Una vez que el circuito virtual está libre, el DLCI previamente usado puede ser reutilizado en otro circuito virtual entre dos abonados diferentes.

En cada nodo, la conmutación de paquetes que soporta el relé de tramas controla la utilización de sus buffers. Si se alcanza un umbral predefinido que indica que podría ocurrir la congestión si no se ajusta el flujo de datos esta situación se indica a los dispositivos del usuario final en ambas direcciones.

En la dirección de avance, el bit de Notificación de Congestión en Avance (CFN) en la cabecera de la trama se pone a uno. En la dirección contraria, se pone a uno el bit de Notificación de Congestión Hacia Atrás (CBN) en todas las tramas transmitidas en la dirección contraria. Cuando los dispositivos en cada extremo de la red reciben una notificación de congestión, deben reducir el porcentaje de transferencia de información hasta que la notificación de congestión esté libre; esencialmente se realiza con un control de flujo. Si el nivel de congestión tuviese que aumentar debido a una respuesta lenta a notificaciones CFN o CBN, el manejador de trama en el nodo paquete descarta tramas entre todos los usuarios de una manera equitativa mediante el uso del bit de elección de descarte (Discard Eligibility Bit: DE).

Cuando este bit es puesto a uno por el equipo cliente, identifica tramas de usuarios que pueden ser rechazadas si la red llega a sobrecargarse. Así, el bit DE habilita al equipo del usuario a enviar temporalmente más tramas de las que se permite enviar.

La red de paquetes enviará esas tramas si tiene capacidad para hacerlo, sin embargo las descartará si la red se sobrecarga. El CRC de la trama se usa para detectar errores en los campos cabrecera e información. A diferencia de X.25, en el cual un nodo retrasa la transmisión y pide al nodo origen que retransmita de nuevo el paquete, una red de "relé de trama" simplemente descarta la trama errónea. Esto hace que el peso de recuperación de errores recaiga sobre las máquinas de los usuarios finales.

La mayoría de las redes de paquetes que utilizan "relé de trama", ofrecen un porcentaje de información garantizada (CIR). El CIR (Commited Information Rate) significa la tasa mínima de transferencia de datos que se le garantiza a un abonado en el establecimiento de una llamada virtual. Valga el siguiente ejemplo:

Un organismo puede establecer una conexión entre un router y un nodo de "relé de trama" con una tasa de 1.544 Mbps. Si el CIR es de 256 kbps, significa que el router puede ser capaz de transferir datos a través de la red de "relé de trama" a una velocidad de hasta 1.544 Mbps, cuando lo permita la actividad de la red. Sin embargo, siempre se garantiza la capacidad de transferir datos a través de la red a 256 kbps.

Durante 1992, las capacidades del "relé de trama" comenzaron a ser incluidas en varias redes de paquetes. El "relé de trama" está diseñado para soportar aplicaciones que requieran altas velocidades de transferencia con retrasos mínimos en la red, tales como aplicaciones de interconexión de redes LAN, transferencia de grandes ficheros, aplicaciones de imágenes y la interconexión de WANs de alta velocidad.

Una de las ventajas del "relé de trama" es el hecho de que es un servicio que ofrece grandes redes públicas. Esto significa que la portadora que posee este tipo de servicios proporciona un mecanismo que permite a una empresa el uso de un único enrutador de puerto en diferentes zonas geográficas para acceder a un servicio de "relé de trama". Después, la capacidad de conmutación de la red, proporciona a la empresa la habilidad para interconectar zonas geográficamente dispersas. En comparación, si la empresa instala una red privada con enrutadores y facilidades de transmisión de alta velocidad digitales se tendrán que obtener enrutadores multipuerto para establecer más de una conexión desde una zona geográfica a otra.

Aunque el "relé de trama" tiene muchas ventajas sobre el X.25 no está diseñado para sustituir redes X.25. Ésta continuará como método para el transporte de datos para baja velocidad, transmisión insensible a retrasos que requiere la capacidad de corrección de error proporcionada por una red X.25.

Puesto que la mayoría de transmisiones interactivas (tales como ordenadores personales usados como terminales para acceder a una aplicación de un mainframe) son insensibles al pequeño retraso de 100 milisegundos de una red X.25, se puede esperar que estas redes permanezcan viables como facilidades de transporte de datos hasta donde se pueda ver.

El relé de celda es una arquitectura diseñada para redes públicas de muy alta velocidad de conmutación.

A diferencia del "relé de trama" en el que se transmiten paquetess de longitud variable, el "relé de celda" usa paquetes de tamaño fijo llamados celdas (cells); esto hace el procesado de paquetes más rápido y sencillo.

La implementación del "relé de celda" está basada en un hardware especializado. En comparación, el "relé de trama" se basa en el software. Aunque las diferencias parezcan triviales, el "relé de celda" está diseñado para soportar unas tasas de datos mucho mayores, que puede acercarse a los 150 Mbps.

Mediante el uso de celdas de tamaño fijo, el "relé de celda" ha sido diseñado para transportar voz, datos y vídeo basado en el estándar IEEE 802.6.

Aunque esta nueva arquitectura no ha hecho más que empezar, se espera que sea usada extensamente por redes públicas para transmitir voz, datos y vídeo por cables de fibra óptica a finales de esta década.

GILBERT HELD

Internetworking LANs and WANs

Wiley, 1993