República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Defensa Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada Tinaquillo-Edo. Cojedes
Conmutación.
Profesor:
Integrantes:
Al richar Salazar Salazar
Angarita Angarita Emily Scott Carlos Jeisimar Arteaga Anyii Bazan Bazan
Tinaquillo, Octubre del 2013
¿Qué es Conmutación?
En las redes de comunicaciones, la conmutación se considera como la acción de establecer una vía, un camino, de extremo a extremo entre dos puntos, un emisor (Tx) y un receptor (Rx) a través de nodos o equipos de transmisión. La conmutación permite la entrega de la señal desde el origen hasta el destino requerido. Adicionalmente, la conmutación representa una de las capas de los nuevos modelos de redes. La capa Conmutación, también conocida como capa 2, permite a los nodos asignar direcciones y adjuntar datos a una señal.
Todo este proceso se lleva a cabo por un dispositivo digital lógico de interconexión de redes de computadores que opera en la capa 2 (nivel de enlace de datos) del modelo OSI denominado conmutador (switch). Su función es interconectar dos o más segmentos de red, de manera similar a los puentes (bridges), pasando datos de un segmento a otro de acuerdo con la dirección MAC de destino de las tramas en la red.
Reseña Histórica.
Después de la invención de la tecnología por Alexander Graham Bell en 1876, las primeras líneas que se instalaron eran punto a punto, conectando directamente los equipos terminales de dos usuarios del servicio telefónico. Inmediatamente se vio la necesidad de tener acceso a multiplicidad de usuarios para extender las posibilidades del servicio. La solución era llevar todas las líneas a un centro y proporcionar allí los medios para conectar a los usuarios entre sí. Estos medios son los que constituyen los elementos de conmutación.
En los albores de la telefonía, cuando las comunicaciones se establecían entre dos puntos concretos, cada aparato disponía de su propia pila, con la que producía la corriente eléctrica necesaria para la comunicación, y de un interruptor para activar el timbre de llamada al otro aparato. En el momento en el que la telefonía empieza a desarrollarse y utilizarse como un servicio urbano para comunicar a varias personas entre sí, se hace necesario establecer algún sistema de regulación de las llamadas. Es en ese momento cuando nacen los centros manuales o centralitas y, junto a ellos, la entrañable figura de la telefonista. El sistema de funcionamiento de las centralitas es relativamente sencillo. Un dispositivo llamado conmutador suizo, muy parecido al utilizado en las centrales telegráficas, es el que permite interconectar las diversas líneas que están relacionadas; tras solicitar un abonado a la centralita, mediante un avisador acústico accionado desde el propio domicilio, su deseo de realizar una comunicación, la telefonista introducía una clavija metálica en los orificios de cruce, conectando a las dos personas para que pudieran hablar. Cuando el número de usuarios de teléfono
se
incrementó
notablemente,
el
conmutador
suizo
resultó
insuficiente, por lo que las compañías adoptaron los más modernos cuadros de jacks con clavija de cordón.
Los
dispositivos
de
conmutación
fueron
en
primer
lugar
electromecánicos, pasando a ser desde hace un par de años electrónicos. Entre los primeros debe destacarse el relé que fue ampliamente utilizado de una u otra manera por los diversos sistemas; este estaba formado por un núcleo férrico que se rodeaba de una bobina. Al circular la corriente eléctrica se atraía una armadura que a su vez actuaba sobre un grupo de contactos de cierre y apertura con los que se realizaban los circuitos. El relé ha sido un gran complemento en las técnicas de conmutación.
En 1878, dos años después de la invención del teléfono, se pone en marcha en New Haven la primera central de conmutación que atendía un total de 21 usuarios los cuales al estar subscrito a un contrato reciben el nombre de abonados.
Ahora bien, como es de saber el número de abonados aumentaría con el tiempo y con gran rapidez, sustituyendo la alimentación por pilas por baterías centrales.
No obstante, las limitaciones de las operadoras llevaron a diseñar elementos electromagnéticos que las reemplazaran en las labores
de
conmutación el cual consistió en asignar una numeración a cada abonado y el diseño de un disco generador de impulso que se iva enviando de acuerdo con las cifras marcadas.
El avance imparable de la informática ayudado por la introducción de la microelectrónica, proporciono un nuevo elemento a los diseñadores de la
conmutación y fue la creación de ordenadores los cuales ayudaban en el reparto de carga y la microsincronizacion. Sin embargo, el gran salto de las técnicas de conmutación lo propicio la introducción de métodos de conmutación temporal hacia mitad de los años 70.
Esta consistía en la digitalización de señales analógicas de conversacio, ideada por Reeves en 1937 en los laboratorios ITT de parís para resolver el problema de calidad de transmisión en las conexiones por radio de aquella época.
Hoy en nuestras épocas ya no se requiere de personas para dicho funcionamiento pues se trabaja bajo grabaciones que ascienden nuestras llamadas y nos da las opciones por medio de números para establecer la comunicación. En fin se puede decir que la conmutación ha pasado en estos últimos 100 años de la simplicidad de las primeras conexiones de voz hasta la espectacular complejidad de los servicios multimedia que ahora están disponibles.
Necesidad de la conmutación centralizada La primera función de una central telefónica es la de establecer un camino de comunicación entre dos teléfonos cualesquiera de los que atiende, o entre un teléfono y otra central. En la figura se ilustra un sistema de seis abonados telefónicos conectados directamente. Entre todos los aparatos telefónicos se han establecido una serie de líneas. A fin de que cualquiera de los abonados pueda hablar con cada uno de los otros cinco, se necesitan un total de 15 líneas, además de los conmutadores respectivos, permitiendo así que cada abonado seleccione cualquiera de los otros cinco
aparatos. Sólo tres llamadas pueden hacerse cuando la mitad de los abonados está hablando con la otra mitad. Evidentemente, este método de la conexión directa es poco práctico y antieconómico.
La conmutación centralizada es la más práctica y económica porque los abonados no están directamente conectados. En vez de eso, cada aparato telefónico se haya conectado a un dispositivo llamado nodo de conmutación, o central telefónica si estamos en PSTN, por medio de un par de cables. En la central, su equipo de conmutación establece la conexión que comanda cada teléfono.
Tipos de conmutación:
1. Conmutación de paquetes: Con el fin de subsanar las debilidades de la conmutación de Circuitos “Circuit Switching” y en especial la de la transmisión de datos se
desarrolló la conmutación de paquetes “Packet Switching”. En este tipo de conmutación el mensaje original de divide en bloques de una longitud variable llamados paquetes, los cuales son almacenados en un buffer (almacén) cuando llegan a un nodo de la red.
La dirección de entrega está incluida en cada paquete mediante una etiqueta “Label”. De esta manera los paquetes son enviados al receptor o al siguiente nodo. La ruta a través de la central de conmutación es seleccionada por intermedio de la etiqueta.
Características de la conmutación de paquetes:
Cuando se establece la comunicación, el canal no es dedicado para las dos (2) personas que están hablando, pues el camino de conversación puede cambiar.
La facturación es por el volumen de información que se envié
Velocidad variable.
Los errores de bits (BER) son críticos.
Ventajas de la conmutación de paquete:
En la técnica de paquetes, cada paquete se trata de forma independiente. En cada nodo se decide hacia donde se enviará el paquete.
Una ventaja del empleo de la técnica de paquetes es que no existe la fase de establecimiento de llamada. De esta forma, si una estación desea enviar solo uno o pocos paquetes, el envío resultara más rápido.
Otra ventaja del servicio paquetes es que, si se produce congestión en una parte de la red, los paquetes entrantes se pueden encaminar siguiendo rutas lejanas a la zona de congestión.
Una tercera ventaja es que el envío paquetes es más seguro ya que los paquetes siguientes pueden encontrar una ruta alternativa que no atraviese dicho nodo.
Técnicas Para la utilización de la conmutación de paquetes se han definido dos tipos de técnicas: los datagramas y los circuitos virtuales.
Datagramas:
Internet es una red de datagramas.
En Internet existen 2 tendencias: orientado a conexión y no orientado a conexión.
En el caso orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es TCP.
En el caso no orientado a conexión, el protocolo utilizado para transporte es UDP.
TCP garantiza que todos los datos lleguen correctamente y en orden.
UDP no tiene ninguna garantía.
No todos los paquetes siguen una misma ruta.
Un paquete se puede destruir en el camino, cuya recuperación es responsabilidad de la estación de origen (esto da a entender que el resto de paquetes están intactos).
Circuitos Virtuales
Son los más usados.
Su funcionamiento es similar al de la Red de conmutación de circuitos (la diferencia radica en que en los circuitos virtuales la ruta no es dedicada, sino que un único enlace entre dos nodos se puede compartir dinámicamente en el tiempo por varios paquetes).
Previo a la transmisión se establece la ruta previa por medio de paquetes de petición de llamada (pide una conexión lógica al destino) y de llamada aceptada (en caso de que la estación destino esté apta para la transmisión envía este tipo de paquete); establecida la transmisión, se da el intercambio de datos, y una vez terminado, se presenta el paquete de petición de liberación (aviso de que la red está disponible, es decir que la transmisión ha llegado a su fin).
Cada paquete tiene un identificador de circuito virtual en lugar de la dirección del destino.
Los paquetes se recibirán en el mismo orden en que fueron enviados.
Si no existiese una técnica de conmutación en la comunicación entre dos nodos, se tendría que enlazar en forma de malla. Una ventaja adicional de la conmutación de paquetes (además de la seguridad de transmisión de datos) es que como se parte en paquetes el mensaje, éste se está ensamblando de una manera más rápida en el nodo destino, ya que se están usando varios caminos para transmitir el mensaje, produciéndose un fenómeno conocido como transmisión en paralelo.
Además, si un mensaje tuviese un error en un bit de información, y estuviésemos usando la conmutación de mensajes, tendríamos que retransmitir todo el mensaje; mientras que con la conmutación de paquetes solo hay que retransmitir el paquete con el bit afectado, lo cual es mucho menos problemático. Lo único negativo, quizás, en el esquema de la conmutación de paquetes es que su encabezado es más grande.
2. Conmutación de circuitos: Es un tipo de comunicación que establece o crea un canal dedicado durante la duración de una sesión. Después de que es terminada la sesión se libera el canal
y este podrá ser usado por otro par de
usuarios. Un ejemplo más común de este tipo de redes es el sistema telefónico la cual enlaza segmentos de cable para crear un circuito o trayectoria única durante la duración de una llamada o sesión. Los sistemas de conmutación por circuito son ideales para comunicaciones que requieren que los datos sean transmitidos en tiempo real.
Características de la conmutación de circuitos:
Cuando se establece la comunicación, el canal es dedicado para las dos (2) personas que están hablando.
La facturación es por el tiempo que esta establecida la comunicación, se hable o no.
Velocidad constante de 64 Kbps.
Los errores de bits (BER) no son críticos.
LA CONMUTACIÓN SE DIVIDE EN TRES SECCIONES:
1. Conmutación digital: En el entorno de telefonía se refiere al establecimiento de conexiones a través de un centro de conmutación o central telefónica mediante operaciones con señales digitalizadas, es decir, sin convertirlas a su forma analógica original. Las señales de datos están normalmente en forma digital (excepto cuando se convierten a analógicas mediante un módem), por lo tanto, el término "conmutación digital" raramente se utiliza en relación con datos porque las señales siguen siendo digitales aunque puedan conmutarse en base a un circuito conmutado. La transmisión digital se conoce desde hace mucho tiempo bajo la forma telegráfica, que fue una de las primeras maneras utilizadas en comunicaciones eléctricas. Justamente, por ese motivo, el de usar señales digitales, permitió que se materializara primero las centrales de conmutación de Telex que en telefonía. El progreso tecnológico recién impulsa una verdadera evolución para las aplicaciones telefónicas en la década del 70. Las señales telefónicas son esencialmente analógicas por naturaleza y su conversión digital implica transformaciones sucesivas (muestreo-cuantificación y codificación). Las ventajas de la transmisión digital son dobles: por una parte la economía material que implica el desarrollo tecnológico y por otra parte la digitalización de la información transmitida permite mezclar muy fácilmente, en el mismo multiplexor, señales de distinta naturaleza: telefonía, Telex,
facsímil, datos, etc. Vale decir que la transmisión digital permite obtener la integración de servicios, es decir, RDSI. Las centrales de conmutación telefónicas conmutan vías digitales sin efectuar conversiones intermedias digital-analógico ni tampoco de multiplexar las vías temporales. En consecuencia se unen directamente al múltiplex de transmisión y cumplen funciones sin equivalencias en la conmutación espacial.
2. Conmutación por Matrices: Una matriz de conmutación es una matriz programa que proporciona una trayectoria a una señal por un lapso de tiempo determinado, en otras palabras, es la encargada de seleccionar que señal va a llegar a cada teléfono. Para que se comunique con el teléfono necesita de un lazo local, que es la trayectoria de transmisión dedicada entre el teléfono y la matriz.
También se pueden conectar dos o más matrices de conmutación entre sí, para esto se utilizan un circuito llamado circuito trocal que proporciona la trayectoria entre las matrices. Una matriz de conmutación solo da servicio a un área determinada, por lo que se les conoce como matriz de conmutación
local,
también
llamadas
centrales
de
servicio.
Funciones de la matriz de conmutación. Una matriz de conmutación debe de cumplir con las siguientes funciones básicas:
1. Identificación: La matriz debe reaccionar ante una señal de entrante del suscriptor que esté realizando la llamada y debe ser capaz de recibir información para identificar la terminal de destino requerida. 2. Direccionamiento: Debe reconocer al suscriptor al que se le hace la llamada por la información entrante. Si la terminal o el circuito troncal se encuentran ocupados se debe devolver un tono al suscriptor que realiza la llamada. 3. Hallazgo y establecimiento de trayectoria: Una vez que el destino del suscriptor que realiza la llamada es identificado y que el suscriptor destino está disponible, una señal de aceptación es enviada al sistema de conmutación y al suscriptor destino. Basado en la disponibilidad, se elige la mejor trayectoria para la llamada. 4. Prueba de ocupado: Si el número marcado por el suscriptor llamante es erróneo o el suscriptor llamado no contesta el teléfono, la matriz de conmutación debe enviar un tono de ocupado o un mensaje de voz después de esperar por algún tiempo. 5. Supervisión: una vez que se estableció la trayectoria entre el suscriptor llamante y el llamado, debe ser supervisado para detectar respuestas y saber cuándo finaliza la llamada. 6. Finalización de la llamada: Cuando se completa la llamada establecida, la trayectoria que se estableció debe ser desconectada. Para borrar la señal que se estableció, la matriz debe desconectar el sendero de comunicación entre el llamante y el llamado.
7. Facturación: También debe tener un mecanismo para medir o contar la cantidad de tiempo transcurrida en la conversación. Se calcula el número acumulado de tiempo que duro la conversación.
Tipos de matrices de conmutación
Matriz de conmutación de travesaño: Este tipo de matriz necesita al menos M x N juegos de contactos y M +
N o menos contactos para elegir uno de los contactos. Contiene un arreglo de cables horizontales y verticales. Ambas líneas están conectadas a puntos de
contacto
de
interruptores
inicialmente
separados.
A ésta matriz también se le conoce con el nombre de configuración de travesaño no bloqueado. Requiere N2 interruptores para N suscriptores, por ésta
razón
es
obvio
que
ésta
no
es
una
solución
económica
Matriz diagonal de puntos cruzados: En ésta configuración el número de intersecciones se reduce a N (N-
1)/2, en donde N es el número de suscriptores. También se le llama matriz triangular o matriz de dos vías. Aunque es más económica que la matriz en travesaño, su principal desventaja es que la falla de un interruptor dejará inaccesible a más de un suscriptor.
8. Por selectores: Es un órgano de conmutación utilizado en las etapas de distribución y expansión de la red de conexión de los sistemas rotatorios. Se trata de un
mecanismo de una entrada y muchas salidas. Dos dispositivos giratorios permiten que en un instante determinado esté conectada la entrada con una sola de las salidas elegidas en función de los dos giros de los dos dispositivos. Según la posición de los órganos giratorios del selector, se conecta una de las salidas con la entrada, estableciendo un punto de cruce. El selector es, por tanto, una pequeña etapa de expansión en sí mismo y, por tanto, es el órgano idóneo para realizar la expansión, al tener más salidas que entradas. También se utiliza en las etapas de distribución donde, por medio de un adecuado conexionado, se puede equilibrar el número de entradas y salidas de la etapa. El selector se diferencia del buscador tanto por su construcción como por la función que realiza, ya que las selecciones efectuadas por el selector están siempre gobernadas por la unidad de control del sistema
