Capítulo 3 técnicas de transmisión, multiplexación y conmutación

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TEORÍA DE LAS TELECOMUNICACIONES

CAPÍTULO 3 TÉCNICAS DE TRANSMISIÓN, MULTIPLEXACIÓN Y CONMUTACIÓN ..................................................................................................... 3

3.1 Tipos de Velocidades. ........................................................................................... 3 3.1.1 Velocidad de Transmisión (bps)...................................................................... 4 3.1.2 Velocidad de Modulación (baudios)................................................................ 6

3.2 Transmisión de datos............................................................................................ 9 3.2.1 Modos de transmisión: Simplex, half-duplex y full-duplex.............................. 9 3.2.2 Tipos de transmisión: Transmisión serie, transmisión paralela ...................... 10 3.2.3 Técnicas de transmisión: transmisión síncrona y asíncrona. .......................... 12 3.2.4 Tipos de conexión: punto a punto y multipunto............................................. 16

3.3 Dispositivos para la transmisión de datos: El Módem ...................................... 18 3.3.1 Estándares utilizados por los módems ........................................................... 28

3.4 Multiplexación (Muchas señales en una) ........................................................... 40 3.4.1 Multiplexación por división de frecuencias (un esquema analógico) (FDM).. 41 3.4.2 Multiplexación por división de tiempo (un esquema digital) (TDM Y STDM) 44 3.4.3 Multiplexación por división de código (CDM).............................................. 53 3.4.4 Multiplexación por longitudes de onda (WDM) ............................................ 56

3.5 Sistema de conmutación ..................................................................................... 57 3.5.1 Topología ..................................................................................................... 59 3.5.2 Técnicas de Conmutación ............................................................................. 65

2 Capítulo 3 Técnicas de transmisión, multiplexación y conmutación

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Capítulo 3 Técnicas de transmisión, multiplexación y conmutación 3

Capítulo 3 Técnicas de Transmisión, Multiplexación y Conmutación

3.1 Tipos de Velocidades. Aunque las comunicaciones digitales comenzaron su gran desarrollo a partir de la

década de los 50, mucha de la terminología y conocimientos básicos se han derivado del viejo arte de la telegrafía. Un resultado de esta situación ha sido la variedad de formas en las cuales se han definido las velocidades de transmisión y la consiguiente confusión que se ha creado. Un ejemplo muy común es la confusión entre el baudio, el bit y el bit por segundo (bps).

Otro error frecuente es utilizar el baudio como sinónimo de bit por segundo. La velocidad en baudios o baud rate no debe confundirse con el bit rate. La velocidad en baudios de una señal representa el número de cambios de estado, o eventos de señalización, que la señal tiene en un segundo. Cada evento de señalización transmitido puede transportar uno o más bits. Sólo cuando cada evento de señalización transporta un solo bit coinciden la velocidad de transmisión de datos en baudios y en bits por segundo.

El baudio es un parámetro de naturaleza eléctrica que representa la velocidad de modulación o velocidad básica de transmisión en impulsos por segundo; es una medida de la capacidad de un canal para transportar impulsos digitales y está muy relacionado con el ancho de banda del canal. Estrictamente hablando, el baudio es un enunciado de la velocidad de señalización e indica cuántos impulsos de portadora son apropiados para transmitir información por unidad de tiempo sobre un canal dado. Por otro lado, el bit es la unidad de información y es una medida de la cantidad de información contenida en un mensaje dado y que puede transmitirse mediante impulsos o en cualquiera otra forma. El baudio no se refiere entonces a la cantidad o flujo de información; la cantidad de información que se puede “empacar” en cada baudio se representa por el número de bits por baudio, y la velocidad o flujo de la información se expresa en bits por segundo (bps). Digital La velocidad de la transmisión digital se mide en bits por segundo (bps). Son velocidades comunes de los módems: 28.8 Kbps, 33.6 Kbps, y 56 Kbps donde la K significa mil. Los dispositivos completamente digitales son mucho más rápidos. Cuanto más rápido, desde luego es mejor. Una velocidad de 2400 bps enviaría un texto de 20 páginas tecleado a un espacio, en 5 minutos. Análogica El lado análogo es medido en baudios , dónde un baudio es un cambio por segundo en la señal. Muchos usan bps y baudios cómo si fueran la misma cosa. Para velocidades de 2400 bps y menores, eso es verdad , pero no para las velocidades más elevadas donde por cada cambio de señal se transmite más de un bit.


3.1.1 Velocidad de Transmisión (bps) Velocidad binaria, tasa o flujo de bits (bit rate en inglés), es la velocidad global de transmisión expresada en bits por segundo. Se denomina velocidad de transmisión en un canal de datos, al número de dígitos binarios transmitidos en la unidad de tiempo, independientemente que los mismos lleven o no información. Está dada por la cantidad de bits que se transmiten por segundo independientemente de si los mismos contienen información o no.

La unidad con que el SI (Sistema Internacional) expresa el bit rate es el bit por segundo (bit/s, b/s, bps). La b debe escribirse siempre en minúscula, para impedir la confusión con byte por segundo (B/s). Para convertir de bytes/s a bits/s, basta simplemente multiplicar por 8 y viceversa.

Que la unidad utilizada sea el bit/s, no implica que no puedan utilizarse múltiplos del mismo:

• kbit/s o kbps (kb/s, kilobit/s o mil bits por segundo) • Mbit/s o Mbps(Mb/s, Megabit/s o un millón de bits por segundo) • Gbit/s o Gbps (Gb/s, Gigabit, mil millones de bits) • Byte/s (B/s u 8 bits por segundo) • kilobyte/s (kB/s, mil bytes u ocho mil bits por segundo) • Megabyte/s (MBs/s, un millón de bytes u 8 millones de bit por segundo) • Gigabyte/s (GB/s, mil millones de bytes u 8 mil millones de bits)

Ejemplo:

Velocidades típicas de los accesos de conexión a Internet actuales (2007)

• Módem Telefónico: 56 kbps = 7 kB/s (7 kiloBytes por segundo) • ADSL: 1024 kbps (nominal 1 Mbps) = 128 kB/s (128 kiloBytes por

segundo) • Cable: 2400 kbps = 300 kB/s (300 kiloBytes por segundo) • VSAT: 600 kbps = 75 kB/s (75 kiloBytes por segundo) • Telefonía móvil 3G: 384 kbps = 48 kB/s (48 kiloBytes por segundo)

Bit rate para transmisión sonora

• 8 kbit/s teléfono. • 32 kbit/s Radio AM • 96 kbit/s Radio FM • 128 kbits/s Sonido calidad semi CD, muy común en MP3 • 192 kbit/s Sonido calidad CD en formato MP3 • 320 kbits/s Máxima calidad para formato MP3


Estas velocidades son brutas. En la práctica, la velocidad neta disponible para el usuario, suele ser entre un 10-15 % menor, debido al ancho de banda consumido por las cabeceras y las colas de los protocolos. Si la velocidad de modulación es Vm, la velocidad de transmisión esta dada por:

Si tenemos un canal trabajando con dos niveles como sucede con el sistema binario, la velocidad de transmisión resulta

La unidad de medida de la velocidad de transmisión es bits/segundo. Si se tiene un sistema multinivel, se puede incrementar la velocidad de transmisión sin cambiar la velocidad de modulación. Por ejemplo:

Si n = 4

Si n = 8

Si tenemos dos bits, las posibles combinaciones serán:

0 0 0 1 1 0 1 1

Si establecemos un nivel para cada combinación obtendremos una señal multinivel


Figura 3.1 Señal Multinivel Si aplicamos lo anterior a una secuencia binaria la señal que se transmite tendrá la siguiente forma:

Figura 3.2 Secuencia binaria: 101101001001

La señal anterior, si bien posee la misma velocidad de modulación que una señal binaria tiene mayor velocidad de transmisión puesto que cada nivel significa la transmisión de 2 bits (dibit). El concepto de velocidad de modulación se emplea en transmisiones sincrónicas, puesto que en transmisiones asincrónicas carece de sentido ya que no se tiene en cuenta la duración de los bits de arranque y parada.

3.1.2 Velocidad de Modulación (baudios) Se define como la inversa del tiempo más corto entre dos instantes significativos de la señal.

Figura 3.3 Un baudio


Esta velocidad está dada por la velocidad de cambio de la señal y por lo tanto dependerá del esquema de codificación elegido. También se suele definir como “la inversa del tiempo que dura el elemento más corto de señal que se utiliza para crear un pulso”. La velocidad de modulación, también se suele llamar velocidad de señalización. Hay que diferenciar entre la razón de datos ( bits por unidad de tiempo ) y la velocidad de modulación (elementos de señal por unidad de tiempo ) . Cuanto mejor sea el sistema de codificación , mayor velocidad de modulación se podrá obtener . Relación entre el ancho de banda y la velocidad de transmisión Si se tiene un sistema de comunicaciones a través del cual se transmiten datos binarios, señal cuadrada, y considerando que la frecuencia de dicha señal es de 1 MHz. De acuerdo al desarrollo de Fourier, por ser la señal cuadrada, solo tendremos armónicas impares y si aceptamos una deformación que permita despreciar a las señales más allá de la 5ª armónica, el ancho de banda necesario para transmitir dicha señal será:

BW = 5f – f = 4f BW = 5MHz – 1MHz = 4MHz

Ahora bien, si consideramos que a dicha frecuencia estamos transmitiendo ceros y unos, el periodo resultara t = 1 µs, razón por la cual el tiempo de duración de cada bit será 0.5µs y ello implica una velocidad de modulación de 2MBaudios. Si consideramos que se trata de un solo canal y por ser la señal cuadrada tenemos 2 niveles, resulta que la velocidad de transmisión y la velocidad de modulación coinciden numéricamente, resultando la velocidad de transmisión VT = 2 Mbits/seg. Si ahora consideramos tener una señal cuya frecuencia es de 2MHz y aceptamos una distorsión, al igual que en e caso anterior, que permita despreciar a las señales más allá de la 5ª armónica, el ancho de banda resultará

f = 2MHz BW = 5 * 2MHz – 2MHz =10 MHz – 2 MHz = 8MHz


En este caso la duración de cada bit es de 0.25 ms, por lo tanto, siguiendo el mismo razonamiento del caso anterior, la velocidad de transferencia resultara de 4 Mbits/seg. Si en un tercer análisis consideramos que la frecuencia de la señal es de 2MHz pero aceptamos una distorsión en la cual se desprecian las señales cuya frecuencia esté más allá de la tercera armónica, el ancho de banda resultara

f = 2MHz BW = 3 – 2MHz – 2 MHz = 4MHz

y para la frecuencia dada la velocidad de transmisión es, igual que en el caso anterior, de 4 Mbits/seg. Del análisis anterior podemos obtener las siguientes conclusiones:

• Para transmitir una señal sin deformación se requiere un ancho de banda infinito. • Todo medio de transmisión disminuye el ancho de banda, razón por la cual todas las

señales sufren alguna deformación. • Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la velocidad de transmisión que puede

obtenerse. • Cuanto mayor es la frecuencia de la señal, mayor es la velocidad de transmisión

puesto que cada bit tiene un menor tiempo de duración y ello hace que sea posible enviar mayor cantidad de bits en el mismo tiempo.

Capacidad de un canal Nyquist determinó que la máxima velocidad alcanzable para un ancho de banda dado es dos veces dicho ancho de banda si no existe ruido. Si se tienen señales de más de dos niveles, es decir que cada elemento de las señales representa más de un bit, la fórmula de Nyquist resulta

C = 2 BW log2M donde M es la cantidad de niveles. Si existe ruido, la velocidad de transmisión debe disminuir pues se corre el riesgo de aumentar la taza de errores ya que mayor cantidad de bits pueden verse afectados en el mismo tiempo. Solo es posible incrementar la velocidad de transmisión por medio de una transmisión multinivel. Capacidad de un canal con ruido Teniendo en cuenta que el ruido es un parámetro fundamental y que el mismo se evalúa en potencia Shannon estableció que la capacidad de un canal de comunicaciones esta dada por la siguiente expresión


La expresión de Shannon indica el máximo límite teórico que puede obtenerse y a dicha capacidad se la denomina capacidad libre. En forma práctica la capacidad de un canal es siempre menor que la capacidad libre.

3.2 Transmisión de datos Las dos características que distinguen a las posibles configuraciones del enlace de datos son la topología (tipos de conexión) y su funcionamiento en “simplex”, “semi-duplex” o “full-duplex”. De las topologías nos ocuparemos en la sección 3.2.4

3.2.1 Modos de transmisión: Simplex, half-duplex y full-duplex.

Los distintos tipos de transmisión de un canal de comunicaciones pueden ser de tres clases diferentes:

• Simplex. • Duplex o Half-dúplex (o Semi-dúplex) • Full-Dúplex (o dúplex completo).

Simplex En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor. Un ejemplo de servicio simplex es el que brindan las agencias de noticias a sus asociados.

Figura 3.4 Transmisión simplex Dúplex o Semi-dúplex En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. En la transmisión semi-duplex cada vez sólo una de las dos estaciones del enlace punto a punto puede transmitir. Este modo también se denomina en “dos sentidos alternos”, aludiendo al hecho de que las dos estaciones pueden transmitir alternativamente. Esto es comparable a un puente que tiene un solo carril y con circulación en los dos sentidos. Este tipo de transmisión se usa a menudo en la interacción entre las terminales y la computadora central. Mientras que el usuario introduce y transmite datos, la computadora central no podrá enviar datos a la terminal, ya que si no, éstos aparecerían en la pantalla de la terminal provocando confusión. Otro ejemplo, la conversación entre dos radioaficionados que están dialogando, pero donde uno espera que el otro termine de hablar para continuar el diálogo; nunca pueden ambos hablar simultáneamente.


Full Duplex En la transmisión Full-Dúplex las dos estaciones pueden simultáneamente enviar y recibir datos. Este modo se denomina “dos sentidos simultáneos” y es comparable a un puente que tuviera dos carriles con tráfico en ambos sentidos o la conversación telefónica entre dos personas se escuchan y hablan simultáneamente. Para el intercambio de datos entre computadoras, este tipo de transmisión a más eficiente que la transmisión semi-duplex.

Figura 3.5 Transmisión Full-Dúplex Para la señalización digital, en la que se requiere un medio guiado, la transmisión full-duplex normalmente exige dos caminos separados (por ejemplo, dos pares trenzados), mientras que la transmisíon semi-duplex necesita solamente uno. Para la señalización analógica, dependerá de la frecuencia: si una estación transmite y recibe a la misma frecuencia, utilizando transmisión inalámbrica se deberá opera en modo semi-duplex, aunque para medios guiados se puede operar en full-duplex utilizando dos lineal de transmisión distintas. Si una estación emite en una frecuencia y recibe a otra, para la transmisá inalámbrica se deberá operar en full-duplex. Para medios guiados se deberá optar por full-duplex usando una sola línea.

3.2.2 Tipos de transmisión: Transmisión serie, transmisión paralela Transmisión paralela Todos los bits se transmiten simultáneamente, existiendo luego un tiempo antes de la transmisión del siguiente boque. Este tipo de transmisión tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas cuando la distancia es muy corta. La principal ventaja de esto modo de transmitir datos es la velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo. También puede llegar a considerarse una transmisión en paralelo, aunque se realice sobre una sola línea, al caso de multiplexación de datos, donde los diferentes datos se encuentran intercalados durante la transmisión. Cuando se usa la transmisión en paralelo, se emplean generalmente altas velocidades, dado que esa es precisamente, una de sus características más importantes: enviar más bits en menor tiempo posible. En estos casos las velocidades se miden en Bytes o caracteres por segundo. En general no se usa este tipo de transmisión, cuando las distancias superan las decenas de metros debido a que el tiempo de arribo de los bits difiere de una línea a otra, situación ésta que se agrava con el aumento de la distancia.


Figura 3.6 Transmisión en paralelo Transmisión serie En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la misma línea.

Figura 3.7 Transmisión en serie A la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el último bit es de paridad. Un aspecto fundamental de la transmisión serie es la sincronía, entendiéndose como tal al procedimiento mediante el cual transmisor y receptor reconocen los ceros y unos de los bits de igual forma.


La sincronía puede tenerse a nivel de bit, de byte o de bloque, donde en cada caso se identifica el inicio y finalización de los mismos. La secuencia de los bits transmitidos se efectúa siempre al revés de cómo se escriben las cifras en el sistema de numeración binario. Cuando se transmite con bit de paridad, éste se transmite siempre al final de la cadena de datos. La transmisión en modo serie tiene dos procedimientos diferentes, el denominado síncrono y el asíncrono.

3.2.3 Técnicas de transmisión: transmisión síncrona y asíncrona. Este libro estudia fundamentalmente la transmisión de datos serie; es decir, la transmisión de datos al través de un único camino, en lugar utilizar un conjunto de líneas en paralelo, como es habitual en los dispositivos de E/S y en los buses internos de los computadores. En la transmisión serie, los elementos de señalización se envían a través de la línea de transmisión de uno en uno. Cada elemento puede ser:

• Menos de un bit: como, por ejemplo, en la codificación Manchester. • Un bit: NRZ-L y FSK son un ejemplo digital y otro analógico, respectivamente. • Más de un bit: como, por ejemplo, en QPSK.

La transmisión de una cadena de bits desde un dispositivo a otro a través de una línea de transmisión implica un alto grado de cooperación entre ambos extremos. Uno de los requisitos esenciales es la sincronización. El receptor debe saber la velocidad a la que se están recibiendo los datos de tal manera que pueda muestrear la línea a intervalos constantes de tiempo para así determinar cada uno de los bits recibidos. Para simplificar, en el razonamiento que sigue, mientras no se especifique lo contrario, supondremos que se usa un bit por elemento de señalización. Esta simplificación no va a influir en el tratamiento llevado a cabo. Recuérdese que para determinar el valor binario en la recepción de los datos digitales, se realiza un muestreo de la señal por cada bit recibido. En este caso, los defectos en la transmisión pueden corromper la señal de tal manera que se cometan errores ocasionales. El problema anterior se agrava por la dificultad adicional de la temporización: para que el receptor muestree los bits recibidos correctamente, debe conocer el instante de llegada así como la duración de cada bit. Supóngase que el emisor emite una cadena de bits. Esto se hará de acuerdo con el reloj del transmisor. Por ejemplo, si los datos se transmiten a un millón de bits por segundo (1 Mbps), significará que se transmite un bit cada 1/106 = 1 microsegundo (µs), medidos con el reloj del emisor. Generalmente, el receptor intentará muestrear el medio en la parte central de cada bit, obteniendo una muestra por cada intervalo de duración de un bit. En el ejemplo, el muestreo se hará cada 1 µS. Si el receptor delimita las duraciones basándose en su propio reloj, potencialmente se puede presentar un problema si los dos relojes (el del emisor y el del receptor) no están sincronizados con precisión. Si hay una desincronización del 1 por ciento (el reloj del receptor es un 1 por ciento más rápido o lento que el reloj del transmisor), entonces el primer muestreo estará desplazado 0.01 veces la duración del bit (0.01 µs) del instante central del intervalo (es decir, a 0.5 µs del principio o del final del


intervalo). Tras 50 muestras o más, el receptor puede obtener un error debido a que el muestreo lo realizará en un instante incorrecto (50 x 0.01 = 0.5 µS). Si la desincronización fuera menor el error ocurriría más tarde, en cualquier caso, si se emite un número suficiente de bits dicho error aparecerá irremediablemente si no se adoptan medidas para sincronizar al transmisor y al receptor. Para este fin, se utilizan habitualmente dos técnicas: Transmisión asíncrona y transmisión síncrona. Tranmisión asíncrona De los dos enfoques habituales para resolver el problema de la sincronización, el primero se denomina, de una manera no muy acertada, transmisión asincrona. La estrategia seguida aquí consiste en evitar el problema de la temporización mediante el envío ininterrumpido de cadenas de bits que no sean muy largas. En su lugar, los datos se transmiten enviándolos carácter a carácter, normalmente cada carácter tiene una longitud de 5 a 8 bits1. La temporización o sincronización se debe mantener durante la duración del carácter, ya que el receptor tiene la oportunidad de resincronizarse al principio de cada carácter nuevo.

Figura 3.8 Transmisión asíncrona Esta técnica se va a explicar haciendo referencia a la figura 3.9. Cuando no se transmite ningún carácter, la línea entre el emisor y el receptor estará en estado de reposo. La definición de reposo es equivalente al elemento de señalización correspondiente al 1 binario. Así, en la señalización NRZ-L, que es habitual en la transmisión asincrona, el estado de reposo correspondería con la presencia de una tensión negativa en la línea. El principio de cada carácter se indica mediante un bit de comienzo que corresponde al valor binario 0. A continuación se transmite el carácter, comenzando por el bit menos significativo, que tendrá entre cinco y ocho bits. Normalmente, los bits correspondientes al carácter van seguidos de un bit de paridad, que ocupará por tanto la posición del bit más significativo. El bit de paridad se determina en el emisor de tal manera que el número de unos dentro del carácter, incluyendo el bit de paridad, sea par (paridad par) o impar (paridad impar), dependiendo del criterio que se elija. Este bit se usa en el receptor para la detección de errores. Por último está el denominado elemento de parada, que corresponde a un 1 binario. Se debe especificar la longitud mínima del elemento de parada, y normalmente coincide con 1, 1.5 ó 2 veces la duración de un bit convencional. No se


especifica un valor máximo. Debido a que el elemento de parada es igual que el estado de reposo, el transmisor transmitirá la señal de parada hasta que se vaya a transmitir el siguiente carácter.

Figura 3.9 Un carácter en transmisión asíncrona Si se envía una cadena estacionaria de caracteres, la separación entre cada dos caracteres será uniforme e igual a la duración del elemento de parada. Por ejemplo, si el elemento de parada corresponde a 1 bit y se envía los caracteres ABC, con paridad par y transmisión de izquierda (primer bit) a derecha (ultimo bit), el patrón de bits será: 01000001010010000101011000011111...111. El bit de comienzo (0) determinará la secuencia de temporización para los siguientes 9 elementos, que corresponden con un código de 7 bits, el bit de paridad y el bit de parada. En el estado de reposo, el receptor buscará una transición de 1 a 0 que indicará el comienzo del siguiente carácter y entonces muestreará, siete veces la señal de entrada, una vez por cada intervalo. A continuación buscará la siguiente transición de 1 a 0, lo que no ocurrirá antes del intervalo correspondiente a la duración de un bit. Este esquema no es muy exigente en cuanto a los requisitos de temporización. Por ejemplo, generalmente los caracteres se envían como unidades de 8 bits, incluyendo el bit de paridad. Si el receptor es un 5 por ciento más rápido o más lento que el emisor, el octavo muestreo estará desplazado un 45 por ciento, lo que significa que todavía es aceptable. La transmisión asincrona es sencilla y barata, si bien requiere 2 o 3 bits suplementarios por cada carácter. Por ejemplo, en un código de 8 bits sin bit de paridad y con un elemento de parada de duración 1 bit, de cada 10 bits, 2 no contendrán información ya que se dedicarán a la sincronización; por tanto, los bits suplementarios llegan a un 20 por ciento. Por descontado que el porcentaje de bits suplementarios se podría reducir mediante la transmisión de bloques con más bits entre el bit de comienzo y el de parada. No obstante, cuanto mayor sea el bloque de bits, mayor será el error de temporización acumulativo. Para conseguir un mejor rendimiento se puede usar una estrategia diferente para la sincronización denominada transmisión síncrona. Transmisión síncrona En la transmisión síncrona, se transmite un bloque de bits como una cadena estacionaria sin utilizar códigos de comienzo o parada. El bloque puede tener una longitud de muchos bits.


Figura 3.10 Transmisión asíncrona

Para prevenir la desincronización entre el emisor y el receptor, sus relojes se deberán sincronizar de alguna manera. Una posibilidad puede ser proporcionar la señal de reloj a través de una línea independiente. Uno de los extremos (el receptor o el transmisor) enviará regularmente un pulso de corta duración. El otro extremo utilizará esta señal a modo de reloj. Esta técnica funciona bien a distancias cortas, sin embargo a distancias superiores, los pulsos de reloj son susceptibles de las mismas dificultades y defectos que las propias señales de datos, por lo que pueden aparecer errores de sincronización. La otra alternativa consiste en incluir la información relativa a la sincronización en la propia señal de datos. Para la señalización digital, esto se puede llevar a cabo mediante la codificación Manchester o Manchester Diferencial. Para señales analógicas se han desarrollado a su vez diversas técnicas; por ejemplo, se puede utilizar la propia portadora para sincronizar al receptor usando la fase. En la transmisión síncrona se requiere además un nivel de sincronización adicional para que el receptor pueda determinar dónde está el comienzo y el final de cada bloque de datos. Para llevar a cabo esto, cada bloque comienza con un patrón de bits denominado preámbulo y generalmente termina con un patrón de bits de final. Además de los anteriores, se añaden otros bits que se utilizan en los procedimientos de control del enlace. Los datos, más el preámbulo, más los bits de final junto con la información de control se denomina trama. El formato en particular de la trama dependerá del procedimiento de control del enlace que se utilice.

Figura 3.11 Formato de una trama síncrona

En la figura 3.11 se muestra, en términos generales, un formato típico para una trama de una transmisión síncrona. Normalmente, la trama comienza con un preámbulo denominado delimitador de 8 bits. El mismo delimitador se utiliza igualmente como indicador del final de la trama. El receptor buscará la aparición del delimitador que determina el comienzo de la trama. Este delimitador estará seguido por algunos campos de control, el campo de datos (de longitud variable para la mayoría de los protocolos), más campos de control y por último, se repetirá el delimitador indicando el final de la trama. Para los bloques de datos que sean de suficiente tamaño, la transmisión síncrona es mucho más eficiente que la asíncrona. La transmisión asíncrona requiere un 20 por ciento o más de


bits suplementarios. La información de control, el preámbulo y el final son normalmente menos de 100 bits. Por ejemplo, el HDLC, uno de los esquemas más utilizados, contiene 48 bits de control, preámbulo y final. Por tanto, para bloques de datos de 1,000 caracteres, cada trama contiene 48 bits de bits suplementarios y 1,000 x 8 = 8,000 bits de datos, lo que corresponde a un porcentaje de bits suplementarios igual a 48/8048 x 100% = 0.6% solamente.

3.2.4 Tipos de conexión: punto a punto y multipunto Con el término topología se hace referencia a la disposición física de las estaciones en el medio transmisión. Si hay sólo dos estaciones (es decir, un terminal y un computador, o dos computadoras) el enlace es punto a punto. Si hay más de dos estaciones, entonces se trata de una topología multipunto Históricamente, los enlaces multipunto se han utilizado cuando se disponía de una computadora (estación principal) y un conjunto de terminales (estaciones secundarias). Actualmente, las topologías multipunto son típicas de las redes de área local. Las topologías tradicionales multipunto son sólo útiles cuando los terminales transmiten durante una fracción del tiempo. En la figura 3.12 se muestran las ventajas de la configuración multipunto. Si cada terminal tuviera un enlace punto a punto hasta su computadora central, éste debería tener un puerto de E/S para cada terminal conectado. También se necesitaría una línea desde cada uno de las terminales a la computadora central. En una configuración multipunto, la computadora central sólo necesita un puerto de E/S y una única línea de transmisión, ahorrando así los costos correspondientes.

Figura 3.12 Configuraciones tradicionales computadora/terminales


La distribución geográfica de dispositivos terminales y la distancia entre cada dispositivo y el dispositivo al que se transmite son parámetros importantes que deben ser considerados cuando se desarrolla la configuración de una red de comunicaciones. Los dos tipos de conexiones mas utilizados son: punto a punto y multipunto.

Figura 3.13 Conexión punto a punto Las líneas de conexión que solo conectan dos puntos son punto a punto. Cuando dos o más localidades terminales comparten porciones de una línea común, la línea es multipunto. Aunque no es posible que dos dispositivos en una de estas líneas transmita al mismo tiempo, dos o más dispositivos pueden recibir un mensaje al mismo tiempo. En algunos sistemas una dirección de difusión (broadcast) permite a todos los dispositivos conectados a la misma línea multipunto recibir un mensaje al mismo tiempo. Cuando se emplean líneas multipunto, se pueden reducir los costos globales puesto que porciones comunes de la línea son compartidos para uso de todos los dispositivos conectados a la línea. Para prevenir que los datos transmitidos de un dispositivo interfieran con los datos transmitidos por otro, se debe establecer una disciplina o control sobre el enlace. Cuando se diseña un red de datos se pueden mezclar tanto líneas punto a punto como multipunto, y la transmisión se puede efectuar en modo simplex, half-duplex o full-duplex.

Figura 3.14 Conexión Multipunto


3.3 Dispositivos para la transmisión de datos: El Módem En el capítulo 1 se describieron los elementos básicos de un sistema de telecomunicaciones que se muestran en la figura 3.15. En el capítulo 2 se describieron las técnicas de modulación usadas para transmitir al través de un medio de transmisión analógico como son el aire o las red pública de teléfonos convencional conocida como PTSN (Plain Telephone Switched Network). Dependiendo de la forma de la señal fuente puede ser Modulación Analógica o Modulación Digital. En ambos casos la señal portadora es una señal analógica. Si la fuente está formada por señales analógicas, como la voz captada por un micrófono, es Modulación Analógica; si la señal fuente es digital (como la generada por una computadora) se llama Modulación Digital. Para la transmisión sobre líneas digitales, no hay necesidad de realizar modulación alguna puesto que no se va a transmitir usando una señal analógica, así que el término de “modulación en banda base” significa realmente alterar la forma de la señal digital para adecuarla a una portadora digital. Si la fuente es analógica y la portadora es digital, primero se tiene que digitalizar la señal fuente y luego transmitirla usando modulación en banda base. Este proceso que puede incluir otros tipo de modulaciones como: PAM (Pulse Amplitude Modulation, Modulación por Amplitud de Pulsos ) o PCM (Pulse Coded Modulation, Modulación por Codificación de Pulsos). En este sección vamos a describir como se realiza la transferencia de datos entre el equipo digital fuente de los datos (una de las terminales en la figura 3.15) y el módem. En este punto es necesario clarificar dos términos importantes en las comunicaciones: equipo terminal de datos (DTE, Data Terminal Equipment) y equipo terminal del circuito de datos (Data Circuit-terminating Equipment). Habitualmente hay cuatro unidades funcionales básicas involucradas en la comunicación de datos: un DTE y un DCE en un extremo y un DTE y un DCE en el otro, tal como se muestra en la figura 3.15. El DTE genera la señal digital y la pasa, junto con señales de control, a un DCE. El DCE convierte la señal a un formato apropiado para el medio de transmisión y la introduce en el enlace. Cuando la señal llega al receptor, se efectúa el proceso inverso.

Figura 3.15 Comunicación DTE-DCE Equipo terminal de datos (DTE) El equipo terminal de datos (DTE) incluye cualquier unidad que funcione como origen o destino para datos digitales binarios. A nivel físico, puede ser un terminal, una computadora, una


impresora, un fax o cualquier otro dispositivo que genere o consuma datos digitales. Los DTE no se suelen comunicar directamente a menudo; generan y consumen información pero necesitan un intermediario para ser capaz de comunicarse. Piense que un DTE funciona de la misma forma en que lo hace nuestro cerebro cuando hablamos. Suponga que alguien tiene una idea que quiere comunicar a un amigo. Su cerebro crea la idea pero no puede transmitir la idea directamente al cerebro de su amigo. Por desgracia, o por suerte, no somos telépatas. En su lugar, el cerebro pasa la idea a las cuerdas vocales y la boca, que la convierten en ondas de sonido que pueden viajar a través del aire o por una línea telefónica hasta el oído de su amigo y de aquí a su cerebro, donde se vuelve a convertir en información. En este modelo, su cerebro y el cerebro de su amigo son DTE. Sus cuerdas vocales y su boca son su DCE. El oído de su amigo también es un DCE. El aire o la línea telefónica es el medio de transmisión. Equipo terminal del circuito de datos (DCE) El equipo terminal del circuito de datos (DCE) incluye cualquier unidad funcional que transmita o reciba datos a través de una red en forma de señal digital o analógica. A nivel físico, un DCE toma los datos generados por el DTE, los convierte en una señal apropiada y después introduce la señal en un enlace de telecomunicaciones. Entre los DCE que se usan habitualmente en este nivel se incluyen los módems. En cualquier red, un DTE genera datos digitales y se los pasa a un DCE; el DCE convierte los datos a un formato aceptable para el medio de transmisión y envía la señal convertida a otro DCE de la red. El segundo DCE extrae la señal de la línea, la convierte en un formato utilizable por su DTE y la entrega. Para hacer que la comunicación sea posible, tanto el DCE emisor como el receptor deben usar el mismo método de modulación (por ejemplo, FSK), de la misma forma que si usted se quiere comunicar con alguien que comprende solamente el japonés, será necesario que hable en japonés. Los DTE no necesitan estar coordinados entre sí, pero cada uno debe estar coordinado con su propio DCE, y los DCE deben estar coordinados de forma que la traducción de datos se pueda hacer sin pérdida de integridad. Normas para la conexión de un DTE con un DCE Para la comunicación adecuada entre un DTE y un DCE se necesita de una colaboración muy precisa entre ambos dispositivos. Siempre que sea necesario comunicar dos dispositivos hay que definir las reglas de colaboración, las forma en que se transmitirán los datos, los tipo de conectores, etc. Al conjunto de especificaciones de una conexión entre dos dispositivos se le llama interfaz. A lo largo de los años, se han desarrollado muchos normas para definir la conexión entre un DTE y un DCE (véase la Figura 3.15). Aunque sus soluciones son distintas, cada norma proporciona un modelo para las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la conexión. De todas las organizaciones involucradas en la normalización de la interfaz DTE-DCE, las más activas son la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Association) y la Unión Internacional de Telecomunicaciones-Comité de Estándares de Telecomunicación (ITU-T, International Telecommunication Union-Telecommunications Standards Committee). Las normas de la EIA se denominan, bastante apropiadamente, EIA-232, EIA-442, EIA-449 y así. Las normas de la ITU-T se denominan Serie V


(Comunicación de datos por la red telefónica) y Serie X (Redes de datos y comunicación entre sistemas abiertos y seguridad).

Figura 3.16 Interfaz DTE-DCE

Interfaz EIA-232 Una interfaz importante desarrollada por la EIA es la EIA-232, que define las características mecánicas, eléctricas y funcionales de la interfaz entre un DTE y un DCE. Publicado originalmente en el año 1962 como la norma RS-232 (Recommended Standard), el EIA-232 ha sido revisado varias veces. La versión más reciente, el EIA-232-D, no solamente define el tipo de conectores a usar, sino también los cables y conectores específicos y la funcionalidad de cada pin. Especificación mecánica La especificación mecánica de la norma EIA-232 define la interfaz como un cable de 25 hilos con un conector de pins DB-25 macho y uno hembra, respectivamente, en los extremos. La longitud del cable no puede exceder de 15 metros.

Figura 3.17 Conectores DB-25 y DB-9


Un conector DB-25 es un enchufe con 25 pins o receptáculos, cada uno de los cuales está conectado a un único hilo y tiene una función específica. Con este diseño, la EIA ha creado la posibilidad de tener 25 interacciones separadas entre un DTE y un DCE. En la práctica se usan habitualmente menos, pero la norma permite la inclusión de más funcionalidad en el futuro. El EIA-232 recomienda un cable de 25 hilos terminado en un extremo con un conector macho y en el otro extremo por un conector hembra. El término conector macho se refiere al enchufe en el cual cada cable se conecta a un pin. El término conector hembra se refiere a un receptáculo en el cual cada hilo del cable se conecta a un tubo de metal, o receptáculo. En el conector DB-25, estos pins y tubos están colocados en dos filas, con 13 en la superior y 12 en la inferior. Como se verá en la sección siguiente, hay otra implementación del EIA-232 que usa un cable de 9 hilos con un conector hembra y un conector macho de 9 pins DB-9 añadido en cada extremo. Especificación eléctrica La especificación eléctrica del norma define los niveles de voltaje y el tipo de señal a transmitir en cualquier dirección entre el DTE y el DCE. Envío de datos. La especificación eléctrica para enviar datos se muestra en la figura 3.18. El EIA-232 indica que todos los datos se deben transmitir como unos y ceros lógicos (denominados marca y espacio) usando codificación NRZ-L, con el cero definido como un voltaje positivo y el uno definido como un voltaje negativo. Sin embargo, más que definir un único rango acotado por la amplitud más alta y más baja, el EIA-232 define dos rangos distintos, uno para voltajes positivos y otro para negativos. Un receptor reconoce y acepta como una señal intencionada cualquier voltaje que caiga entre estos rangos, pero ninguno que caiga fuera de ellos. Para que sea reconocida como datos, la amplitud de una señal debe estar entre 3 y 15 voltios o entre -3 y -15 voltios. Permitiendo que las señales válidas estén dentro de dos rangos de 12 voltios, el EIA-232 hace improbable que la degradación de la señal por el ruido afecte la capacidad de reconocimento. En otras palabras, mientras que los pulsos caigan en uno de los rangos aceptables, la precisión del pulso no es importante.

Figura 3.18 Especificaciones eléctricas para envío de datos del EIA-232


La figura 3.18 muestra una onda cuadrada degradada por el ruido a una forma curva. La amplitud del cuarto bit es más baja que la supuesta (comparada con la del segundo bit) y en lugar de permanecer en un único nivel de voltaje, cubre un rango de muchos voltajes. Si el receptor estuviera esperando un voltaje fijo, la degradación de este pulso lo habría hecho irrecuperable. El bit también habría sido irrecuperable si el receptor estuviera mirando solamente por aquellos pulsos que mantienen el mismo voltaje a lo largo de su duración. Control y temporización Solamente 4 hilos de los 25 disponibles en la interfaz EIA-232 se usan para las funciones de datos. Los 21 hilos restantes están reservados para funciones como control, temporización, tierra y pruebas. La especificación eléctrica de estos otros hilos es similar a la de los que gobiernan la transmisión de datos, pero más sencilla. Cualquiera de ellas se considera a ON si transmite un voltaje de al menos +3 voltios y OFF si transmite un voltaje con un valor menor de -3 voltios.

Figura 3.19 Especificaciones eléctricas para el control del EIA-232

La figura 3.19 muestra una de estas señales. La especificación para la señal de control es conceptualmente inversa a la de la transmisión de datos. Un valor de voltaje positivo significa ON y negativo significa OFF. Observe también que OFF se sigue significando mediante la transmisión de un rango específico de voltaje. La ausencia de voltaje en uno de estos hilos mientras que el sistema está funcionando indica que algo está funcionando mal y no que la línea esté apagada. Una última función importante de la especificación eléctrica es la definición de la velocidad de transmisión de bits. El EIA-232 permite una tasa de bits máxima de 20 Kbps, aunque en la práctica se suele obtener más. La especificación funcional Hay disponibles dos conexiones distintas del EIA-232: DB-25 y DB-9. Conexión DB-25. El EIA-232 define las funciones asignadas a cada uno de los 25 pins del conector DB-25. La figura 3.20 muestra el orden y la funcionalidad de cada pin de un


conector macho. Recuerde que un conector hembra es una imagen en espejo del macho, de forma que el pin 1 del enchufe se corresponde con el tubo 1 del receptáculo y así sucesivamente.

Figura 3.20 Funciones de cada pin en la versión DB-25 del EIA-232 (Conector DTE)

Figura 3.21 Funciones de cada pin en la versión DB-9 del EIA-232 (Conector DTE)

Cada función de comunicación tiene una función espejo, o respuesta, para el tráfico en la dirección opuesta, para permitir la operación full-dúplex. Por ejemplo, el pin 2 es para transmitir datos, mientras que el pin 3 es para recibir datos. De esta forma, ambos equipos


pueden transmitir datos al mismo tiempo. Como se puede ver en la figura 3.20, no todas los pins son funcionales. Los pins 9 y 10 se reservan para uso futuro. El pin 11 está todavía sin asignar. Conexión DB-9. Muchos de los pins de la implementación del DB-25 no son necesarias en una conexión asíncrona sencilla. Por ello, se ha desarrollado una versión más sencilla del EIA-232 que solo usa 9 pins, conocida como DB-9 y mostrada en la figura 3.21. Observe que no hay una relación pin a pin entre ambas implementaciones.

Resumen de la distribución de pins y señales en ambas implementaciones

DB-25 DB-9 Señal Descripción E/S

1 - - Masa chasis (Tierra de chasis) - 2 3 TxD Transmit Data (Transmisión de datos) S 3 2 RxD Receive Data (Recepción de datos) E 4 7 RTS Request To Send (Petición de envío) S 5 8 CTS Clear To Send (Permiso para enviar) E 6 6 DSR Data Set Ready (DCE preparado) E 7 5 SG Signal Ground (Tierra de señal) - 8 1 CD/DCD (Data) Carrier Detect (Detector de señal recibida) E 15 - TxC(*) Transmit Clock (Temporizador del elemento de señal

transmitido) S

17 - RxC(*) Receive Clock (Temporizador del elemento de señal recibido)

E

20 4 DTR Data Terminal Ready (DTE preparado) S 22 9 RI Ring Indicator (Indicador de llamada) E 24 - RTxC(*) Transmit/Receive Clock (Temporizador del elmento de

señal transmitido/recibido) S

Un ejemplo El ejemplo, que se presenta en la figura 3.22, muestra el funcionamiento del EIA-232 en modo síncrono full-dúplex sobre una línea dedicada que usa solamente el canal primario. En este caso los DCE son módems y los DTE son computadoras. Hay cinco pasos distintos, desde la preparación hasta la terminación. Este es un modelo full-dúplex, por lo que ambos sistemas computadora/módem pueden transmitir datos concurrentemente. Sin embargo, en términos del modelo EIA siempre se puede clasificar un sistema como emisor y otro como receptor. El paso 1 muestra la preparación de las interfaces para la transmisión. Los dos circuitos de tierra, 1 (chasis) y 7 (señal), están activos entre ambas combinaciones de la computadora/módem emisora (izquierda) y la combinación de computadora/módem receptora (derecha). El paso 2 asegura que los cuatro dispositivos están listos para la transmisión. En primer lugar, el DTE emisor activa el pin 20 y envía un mensaje DTE listo a su DCE. El DCE


responde activando el pin 6 y devolviendo un mensaje DCE listo. Esta misma secuencia se lleva a cabo entre la computadora y el módem remoto.

Figura 3.22 Transmisión síncrona full-dúplex

El paso 3 establece la conexión física entre los módems emisor y receptor. Se podría pensar en este paso como la activación on de la transmisión. Es el primer paso que involucra a la red. Primero, el DTE emisor activa el pin 4 y envía a su DCE un mensaje de petición-para-enviar. El DCE transmite una señal portadora al módem receptor. Cuando el módem receptor detecta la señal portadora, activa el pin 8, que corresponde al detector de señal de línea recibida, indicando a su computadora que va a comenzar una transmisión. Después de transmitir la señal portadora, el DCE emisor activa el pin 5, enviando a su DTE un mensaje de listo-para-enviar. La computadora y el módem remoto hacen lo mismo. El paso 4 es el procedimiento de la transferencia de datos. La computadora emisora transfiere su flujo de datos a su módem por el circuito 2, acompañado de una señal de temporización por el circuito 24. El módem convierte los datos digitales a una señal analógica y los envía por la red. El módem receptor recibe la señal, los convierte otra vez en datos digitales y los pasa a su computadora a través del circuito 3, junto con el pulso de temporización por el circuito 17. La computadora receptora sigue en todo momento el mismo procedimiento para enviar datos a la computadora emisora.


Una vez que ambos lados han completado sus transmisiones, ambas computadoras desactivan los circuitos petición-para-enviar; los módems desconectan sus señales portadoras, sus detectores de señal de línea recibida (no hay ya ninguna línea para detectar) y sus circuitos listo-para-enviar (paso 5). Módem nulo Suponga que necesita conectar dos DTE en el mismo edificio, por ejemplo dos estaciones de trabajo o una terminal a una estación de trabajo. No es necesario usar módems para conectar directamente dos equipos digitales compatibles; la transmisión no tiene que cruzar líneas analógicas, como las líneas telefónicas, y por tanto no necesita ser modulada. Pero es necesario tener una interfaz para gestionar el intercambio (establecimiento de conexión, transferencia de datos, recepción, etc.) de la misma forma que lo hace un cable DTE-DCE del EIA-232.

Figura 3.23 Conexión de dos DTE con y sin DCE

La solución, propuesta por la norma de la EIA, se denomina módem nulo. Un módem nulo proporciona la interfaz DTE-DTE sin DCE. ¿Por qué usar un módem nulo? Si todo lo que se necesita es la interfaz ¿por qué no usar un cable normal EIA-232? Para comprender el problema, examine la figura 3.23. La parte a muestra una conexión que usa una red telefónica. Los dos DTE están intercambiando información a través de DCE. Cada DTE envía sus datos a través del pin 2 y el DCE los recibe en su pin 2; y cada DTE recibe a través del pin 3 los datos que han sido enviados por su DCE usando su propia pin 3. Como se puede ver, el cable EIA-232 conecta el pin 2 del DTE al pin 2 del DCE y el pin 3 del DCE al pin 3 del DTE. El tráfico que usa el pin 2 es siempre de salida del DTE. El tráfico que usa el pin 3 es siempre de entrada al DTE. Un DCE reconoce la dirección de una señal y la pasa al circuito adecuado. La parte b de la figura muestra qué pasa cuando se usa la misma conexión entre dos DTE. Sin un DTE que conmute las señales de o hacia los pins apropiadas, ambos DTE intentan transmitir sobre el mismo hilo del pin 2 y recibir sobre el mismo hilo del pin 3. Cada DTE está transmitiendo al pin de transmisión del otro, no a su pin receptor. El circuito de recepción (3) no hace nada porque ha sido completamente aislado de la transmisión. El circuito de transmisión (2) acaba teniendo ruido de colisiones y señales que no pueden ser nunca


recibidas en los DTE. No es posible establecer una comunicación de datos de un dispositivo a otro.

Figura 3.24 Conexiones de pins en un módem nulo Conexiones cruzadas. Para que sea posible realizar la transmisión, es necesario cruzar los cables de forma que el pin 2 del primer DTE se conecte con el pin 3 del segundo DTE y el pin 2 del segundo DTE se conecte con el pin 3 del primero. Estos dos pins son los más importantes. Sin embargo, varias de los otras tendrían problemas similares y también necesitarían ser recableadas (véase la figura 3.24). Un módem nulo es una interfaz EIA-232 que completa los circuitos necesarios para hacer que los DTE de los extremos crean que tienen un DCE y una red entre ellos. Debido a que su propósito es establecer las conexiones, un módem nulo puede ser tanto un cable como un dispositivo o incluso lo puede construir usted mismo usando un cable EIA-232 normal y una caja de conexión que le permita cruzar los cables directamente de la forma que desee. De todas estas opciones, el cable es la más habitualmente usada y la más conveniente (véase la figura 3.24) Otras diferencias. Mientras que el cable de la interfaz del DTE-DCE en el EIA-232 tiene un conector hembra en el extremo del DTE y un conector macho en el extremo del DCE un módem nulo tiene conectores hembra en ambos extremos para permitir la conexión a los puertos del DTE del EIA-232, que son machos.


3.3.1 Estándares utilizados por los módems

Antecedentes Cuando surgió la necesidad de conectar computadoras a larga distancia, en la mayoría de los casos la única alternativa viable era (en algunos sitios lo sigue siendo) utilizar los tendidos telefónicos tradicionales; esta red ya estaba disponible, y prácticamente en todos los hogares y oficinas hay al menos una conexión RTB (Red Telefónica Básica). Así pues, la solución de utilizar la RTB para las comunicaciones digitales entre computadoras venía por si sola. Sin embargo, la utilización de estas líneas requería ciertas adaptaciones, dado que estaban diseñadas para comunicación de audio (señales analógicas) y no eran ni remotamente adecuadas para las comunicaciones digitales. Ya existían antecedentes de comunicación digital (no analógica) en telefonía y telegrafía; El antiguo teleimpresor Baudot ya utilizaba un código digital sobre líneas de larga distancia La red telefónica conmutada Como hemos indicado, la red telefónica que utilizamos normalmente en nuestras conversaciones, está diseñada para transmitir voz en lo que se denomina calidad telefónica básica; para esto se requiere un ancho de banda relativamente modesto; basta un rango de frecuencias de 500 a 1000 Hz. Aunque la red telefónica puede transmitir razonablemente bien entre 300 y 3300 Hz, sin embargo, está restringido el uso continuo de tonos por encima de 2,400 Hz, denominados tonos de señalización, ya que en esta zona se sitúan determinadas frecuencias utilizadas por el propio sistema telefónico (por ejemplo los tonos de marcado). Aunque la red telefónica estaba diseñada para transmitir señales analógicas (voz humana), a partir de la década de los 60 comenzó una paulatina "digitalización". El tráfico entre centrales comenzó a realizarse digitalmente (sistemas PCM, Modulación por Impulsos Codificados). Un poco más tarde, a mediados de los 80, las propias centrales, que inicialmente eran analógicas con circuitos de conmutación basados en relevadores, se hicieron digitales, utilizando circuitos de conmutación de estado sólido. Aunque el propio teléfono y el denominado bucle de abonado (par de hilos de cobre entre el teléfono del abonado y la central telefónica) siguen siendo analógicos, el camino seguido hasta la central del otro interlocutor es totalmente digital. En la central de origen, el sonido es digitalizado y multiplexado junto con otras muchas señales, hasta la central de destino. Una vez allí, la señal es de-multiplexada y convertida de nuevo en señal analógica antes de ser entregada al bucle de abonado del otro interlocutor. El módem, principios básicos. La mayoría de los conceptos que se exponen en este capítulo relativos al módem son también aplicables a los dispositivos FAX. De hecho, los fax comunican por mediación de un módem incluido en su interior. A su vez, la mayoría de los módems actuales tienen también la capacidad FAX (unidades FAX-modem). Puesto que el ancho de banda (2,400 Hz) de la RTB no es ni remotamente adecuada para enviar directamente las señales digitales de un computadora (la modestísima IBM PC original funcionaba a 4.77 MHz), se recurrió a una triple medida para enviar estas señales a través de la red telefónica:


a) Utilizar una transmisión serie asíncrona bidireccional que utiliza la norma RS-232 . b) Codificar los dos estados de las señales binarias en forma de dos señales analógicas;

para esto se utilizan dos tonos (audibles). Estas señales si pueden ser enviadas por la red telefónica (como cualquier otro sonido). Al llegar a su destino los tonos deben ser traducidos de nuevo a señales digitales.

c) Los bits de información (representados por tonos) deben ser enviados a una velocidad suficientemente lenta como para que los cambios (de tono) puedan ser asumidos por las líneas telefónicas. Esta velocidad oscila entre unos 300 bps y 56 Kbps.

d) A su vez, desde el lado de la salida telefónica, los módems deben ajustarse a las normas impuestas por las compañías suministradoras de este servicio; en sección siguiente se tratan estos estándares o normas, en español..

La norma RS-232 fue pensado en una época en que las transmisiones serie se utilizaban casi exclusivamente para teleimpresión ("Telex"); un sistema electromecánico que había sustituido al telégrafo. Las señales y protocolos empleados se referían a cuestiones tales como sonar una campana para recabar la atención del operador, y enviar un retorno de carro CR (Carriage Return) o un salto de línea LF (Line feed) (eran impresoras mecánicas). La comunicación serie entre computadoras no requiere tantas señales, en especial en los modernos módems duplex. Sin embargo, se sigue utilizando la terminología y muchas de las señales de la norma. La conversión de señales digitales en tonos se realiza mediante un generador de tono (un sintetizador de sonido muy simplificado). Este proceso es denominado modulación, en referencia a que se modula una señal de alta frecuencia para que el resultado sea una señal de baja frecuencia. Por su parte, la conversión de tonos en señales digitales se denomina demodulación. Por extensión, los elementos que realizan dichas funciones se denominan también modulador y demodulador, y el dispositivo completo módem (acrónimo de modulador-demodulador). Una de las características de los módems actuales es su habilidad de marcar el número con el que se establecerá comunicación, por lo que el generador de tono es realmente un generador multifrecuencia DTMF ("Dual Tone MultiFrequency"), ya que además de los tonos de datos debe ser capaz de generar los de marcado. Las comunicaciones actuales son bidireccionales en la modalidad full-duplex. Para esto cada módem utiliza tonos distintos de los usados por el interlocutor. El cuadro adjunto muestra los dos pares de tonos correspondientes a una conexión según la norma Bell (Estados Unidos) a 300 baudios y los valores lógicos "0"/"1" correspondientes.

Módem que origina la llamada ("Caller")

Módem respondedor ("Responder")

1 0 1 0 1270 Hz 1070 Hz 2225 Hz 2025 Hz


En lo sucesivo consideramos que se trata de módems dúplex con auto respuesta (no tienen necesidad de cambiar de estado transmisor/receptor), y que la comunicación es full-dúplex, ya que las otras formas son obsoletas. Protocolo de conexión Evidentemente, los interlocutores deben estar de acuerdo en el par de tonos que utilizará cada uno (lo que uno envía es recibido por el otro); estos valores y otros que definen el detalle de la comunicación, son tratados en la negociación previa a la conexión propiamente dicha. Esta negociación sigue un protocolo muy preciso; el módem que genera la llamada utilizará el par de tonos correspondientes a su condición de iniciador ("caller"), y envía un "1" = marca (su tono más alto). Cuando el otro módem recibe este tono continuo, responde con dos acciones:

a) Se pone a su vez a la escucha, enviando también una marca en el tono correspondiente al receptor.

b) Pone su señal DCD (Data Carrier Detect) en estado alto, para señalar esta circunstancia a su UART.

Cuando ambos módems reciben los tonos esperados se ha establecido la conexión y puede comenzar la transmisión propiamente dicha. Es frecuente que durante la fase de conexión, el módem que inicia la llamada tenga conectado el altavoz con la línea de salida, lo que permite oír el proceso, incluyendo los tonos de llamada. Cuando finalmente se recibe la señal de marca del otro módem y se ha establecido comunicación, el altavoz es desconectado, quedando en silencio, y se enciende el indicador luminoso marcado CD (Carrier detect). En los sistemas modernos el protocolo de conexión no termina con la primera comunicación; los interlocutores pueden renegociar las condiciones de comunicación (velocidad de la transmisión) con el fin de ajustarla a los valores más altos compatibles con sus velocidades máximas y con una relación señal/ruido aceptable.

Modos de operación El módem es un dispositivo programable, en el sentido de que puede adaptarse a diversas modalidades de transmisión; tanto la velocidad como los bits de datos, paridad, etc. Para esto disponen de dos modos o estados de operación; el de control y el de comunicación . En el primer caso el módem recibe señales que actúan como órdenes para configurar las características de transmisión o realizar determinadas tareas; en el segundo las señales son enviadas a la línea telefónica. El juego de órdenes ("Command set") utilizado en el modo de control muy variado. En los comienzos, los módem eran equipos especiales instalados por las compañías telefónicas a los escasos usuarios que los necesitaban con el nombre de terminales de datos, cuya programación era específica de cada fabricante. Cuando a principios de los 80 comenzaron a fabricarse módems de propósito general para conectar a mini computadoras, la compañía


norteamericana Hayes dotó a sus modelos de un juego de órdenes que pronto se hizo muy popular, convirtiéndose en una norma "de facto". Actualmente todos los módems utilizan un núcleo "Compatible Hayes" en su juego de órdenes. En realidad la aserción "Hayes compatible" es un tanto ambigua, dado que la compañía Hayes fabricó diversos modelos. En rigor esta compatibilidad debe significar que el módem acepta por lo menos los comandos del primer modelo Smartmodem™ 300 de Hayes.

Comunicación entre módems Recuerde que un módem es un dispositivo de comunicaciones que actúa como pasarela entre un chip UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter) y la línea telefónica. La comunicación en el interior del módem es serial, y al llegar a la UART es transformada a un formato paralelo compatible con el bus del sistema (las comunicaciones serie se han dibujado con flechas horizontales en azul, y las paralelo con flechas verticales en rojo).

Figura 3.25 Comunicación entre módems

Para mayor claridad, en la figura 3.25 se ha representado la UART separada de la computadora (PC). En realidad puede estar incluida en el chipset de la tarjeta madre; en una tarjeta independiente, o en el propio módem (caso de ser interno). El recuadro PC simboliza el bus paralelo de la tarjeta madres. Cada tramo de la comunicación tiene sus propias características: PC-UART: Es una comunicación paralela digital; podemos suponer que los caracteres son de 8 bits. Esta comunicación se realiza a la velocidad del bus de la computadora; puesto que en cada ciclo se transmite un byte, la velocidad en bytes por segundo (Bps) se corresponde con la velocidad de reloj del bus. UART-Módem: La UART tiene dos caras: Por un lado dispone de una comunicación paralela síncrona con el bus de la computadora. Por el lado del módem esta comunicación es serie y generalmente asíncrona (precisamente una de las funciones de la UART es esta conversión serie↔paralelo). Es interesante observar que la UART recibe del bus un conjunto de 8 bits por carácter, pero la comunicación con el módem se realiza según un diseño de tramas ("Frames") normalizadas. Por ejemplo: una transmisión 8N1 supone una trama de 10 bits compuesta de un bit de inicio, 8 bits de datos y un bit de parada (no existe


bit de paridad). Esta velocidad depende del chip integrado en la UART, son frecuentes velocidades desde 4,800 hasta 115,200 bits por segundo (bps). Módem-Módem: Este tramo representa la red telefónica. En su interior la comunicación utiliza señales analógicas (tonos) en formato serie (generalmente asíncrona) según un diseño de una trama ("Frame") normalizada. Hemos visto que una transmisión 8N1 supone una trama de 10 bits compuesta de un bit de inicio, 8 bits de datos y un bit de parada, con lo que una conexión modem a modem operando a 2400 bps transporta en realidad 1920 bits de datos por segundo, el resto son "Housekeeping bits". Además de esto, si el módem utiliza compresión de datos es más que posible que no exista una correspondencia 1:1 entre los bytes recibidos de la UART y las tramas enviadas a la línea telefónica. La velocidad dependerá de las características del enlace telefónico y de los módems involucrados. Son frecuentes velocidades desde 300 a 56 Kbps. Tipos de módem Existen dos tipos de módems: Internos y Externos; los instalados en tarjetas PC-Card (PCMCIA), utilizados principalmente en sistemas portátiles, pueden considerarse internos, ya que cuentan con su propia UART y se conectan directamente a una extensión del bus. En las figura 3.26 se muestran los esquemas de bloque de ambos tipos.

Figura 3.26 Diagramas de bloques de módems interno y externo

Los módems internos se montan en una tarjeta o están integrados en la propia tarjeta madre; esto último es lo normal en portátiles y en tarjetas madre modernas; su alimentación se realiza a través de las líneas de corriente del bus. Los módems externos tienen su fuente de alimentación independiente, y se conectan directamente con una salida de puerto serie de la computadora. Como puede verse, la diferencia básica entre ambos tipos es que los primeros tienen su propia UART que se encarga de las comunicaciones serie. Los módems externos utilizan una UART instalada en la PC con la que se comunican mediante el conector del puerto serie (generalmente un DB9 o un DB25) utilizando el protocolo RS-232. Cualquiera que sea el tipo de módem utilizado, las señales exteriores se reciben en un conector RJ-11, desde el que pasan a la interfaz, que tiene la misión de aislar y adaptar las


señales telefónicas a los niveles de la electrónica interna. La actuación está gobernada por un controlador, que se encarga de establecer las características de la comunicación y de conmutar entre el estado de control y el de comunicación. El controlador está apoyado por cierta cantidad de memoria no volátil, NVRAM (Not Volatile Ramdom Access Memory), en la que se guarda la configuración por defecto y otros datos en lo que podríamos llamar la BIOS del módem. Normas telefónicas para el funcionamient o de los módems Los módems, al igual que cualquier dispositivo que pueda conectarse a la red telefónica, debe ajustarse a las normas establecidas por la compañía prestataria del servicio. Además, para que la comunicación sea posible una vez conseguido el acceso, deben compartir un protocolo de comunicación. Normas Bell Las comunicaciones entre computadoras se desarrollaron principalmente en Estados Unidos de América, donde la compañía que mantuvo durante mucho tiempo el monopolio del servicio telefónico fue la Bell Telephone Co. Debido a las leyes anti-monopolio fue dividida en 1984; quedando una compañía principal AT&T y otras siete operadoras regionales, pero en su tiempo de esplendor estableció normas que marcaron la pauta de las comunicaciones. Hoy son obsoletas, pero todavía se utilizan normas "compatibles Bell", de las que dos son las más importantes:

• Bell 103: La primera norma para comunicaciones por módem; funcionaba a 300 baudios con un sistema de modulación FSK ("Frequency Shift Keying"). Debido al método de codificación empleado es el único modo en el que coinciden la velocidad en Baudios con la de transmisión de datos.

• Bell 212A: La segunda norma para comunicaciones por módem; funcionaba a 600 baudios con un sistema de modulación PSK ("Phase Shift Keying"), lo que le permite transportar 1,200 bps.

Aunque obsoletos, ambas normas, B103 y B212, han quedado como un común denominador de conexión para módems de todas clases; son los protocolos elegidos cuando fallan todas las demás alternativas de conexión, por lo que están incluidos en todos los módems actuales. Normas CCITT A medida que las comunicaciones internacionales (telefráficas y telefónicas) fueron adquiriendo importancia, las operadoras debieron homogenizar sus normas, por lo que se creó al efecto el CCITT ("Comite Consultatif International de Telegraphie et de Telephonie"), el cúal se convirtió posteriormente en la ITU ("International Telecommunications Union"). La ITU/CCITT ha dictado decenas de normas que son válidas en todo el mundo, incluyendo los Estados Unidos de América. Estas normas se


identifican por la letra V seguida de un punto y un número, por ejemplo V.32, y se refieren virtualmente a todos los aspectos de las comunicaciones telefónicas, incluyendo las de módem. Normas MNP A mediados de los años 80 se establecieron una serie de normas conocidas como MNP ("Microcom Networking Protocol"). Están pensadas para las comunicaciones entre módems y otros dispositivos de comunicación (por ejemplo Faxes), centrándose en lo relativo a corrección de errores y compresión de datos. En los demás aspectos de la comunicación se apoyan en las normas ITU/CCITT. Las técnicas de corrección de errores empleadas son adaptaciones de las ya utilizadas anteriormente en programas de comunicación tipo Procom, Blast, Xmodem, Zmodem, etc, denominados sin errores ("Error free"). En las que se envían una serie de paquetes de datos de longitud fija, antes de enviar una petición de reconocimiento ("Acknowledge"). En caso que el receptor haya detectado algún error en la recepción, se reenvían de nuevo los paquetes erróneos. Esta técnica se complementa con otras de negociación de la velocidad de transmisión en función de la calidad de la línea. En estos casos se intenta encontrar el punto óptimo entre el aumento de velocidad de transmisión y el correspondiente incremento de la tasa de errores (con la consiguiente necesidad de repetición de paquetes) para una línea de calidad determinada. Nota: En las técnicas de transmisión "Error free", es importante distinguir entre la velocidad de transmisión y la velocidad neta de intercambio de datos, ya que una alta velocidad de transmisión puede conducir a una velocidad neta nula si la línea es suficientemente ruidosa como para tener que reenviar constantemente los datos. Estas normas se componen de 9 clases señaladas por números y organizadas jerárquicamente en niveles, de forma que una clase n engloba las anteriores. Por ejemplo, un dispositivo que cumpla la norma MNP clase 3 garantiza el cumplimiento de las clases 2 y 1. Ejemplo: Los datos siguientes se refieren a las especificaciones técnicas de un módem PC CARD de 3Com/U.S. Robotics.

Normas de Módem Normas de Fax Protocolos


Hayes AT command set Bell 103 Bell 212A ITU-T V.21 ITU-T V.23 ITU-T V.22 ITU-T V.22bis ITU-T V.300 ITU-T V.32bis ITU-T V.17 V.FC V.34+ x2 (a 3Com 56K* protocol)

ITU-T V.17 ITU-T V.21 Channel 2 ITU-T V.27ter ITU-T V.29 ITU-T Group III EIA Class I EIA Class 2.0

Error Correction/Data Compression ITU-T V.42 ITU-T V.42bis MNP levels 2-5

Los protocolos de transmisión son utilizados para coordinar el proceso de envío y recepción de datos y también influyen decisivamente en las velocidades que se pueden alcanzar. De manera similar, la normalización de protocolos y métodos de conexión permiten la comunicación entre módems de diversas marcas y modelos. Ambos módems en los extremos del circuito de comunicación deben de soportar cuando menos el mismo protocolo que se utiliza durante la comunicación. Normas V

Normas bps Fecha Descripción V.17 14.400 Para transmisiones Fax a través de la línea telefónica V.21 300 Transmisión de datos por líneas telefónicas V.22 1.200 Transmisión de datos por líneas telefónicas y líneas

dedicadas V.22bis 2.400 1984 Transmisión de datos por líneas telefónicas dedicadas

V.23 600/1.200 Transmisión de datos por líneas telefónicas y dedicadas.

V.25 Norma para llamada y contestación automática. V.26 2.400 Transmisión de datos por líneas dedicadas.

V.26bis 1.200/2.400 Transmisión de datos por líneas telefónicas V.26ter 2.400 Transmisión de datos por línea telefónica y dedicada

V.27 4.800 Transmisión de datos por línea dedicada. V.27bis 2,400/4,800 Transmisión de datos por línea dedicada. V.27ter 2,400/4,800 Transmisión de datos por línea telefónica.

V.29 9.600 Transmisión de datos por línea dedicada. V.32 9.600 1984 Transmisión de datos por línea telefónica.

V.32bis 14.400 1991 Transmisión de datos por línea telefónica utilizando comunicación síncrona

V.32ter 19.200 1993 Se comunicará sólo con otro V.32ter. V.33 14.400 1993 Transmisión de datos por línea dedicada. V.34 28.800 1994 Transmisión de datos por línea telefónica con la


posibilidad de bajar la velocidad cuando haya problemas con la línea

V.35 48.000 Transmisión de datos por línea dedicada V.42 57.600 1995 Compatible con versiones de V.módems anteriores.

Norma con corrección de errores en líneas ruidosas V.42bis 56.600 Comprensión de datos 4:1 para transferencias de alta

velocidad V.90 56.600 1998 Norma de módem a 56K; resolvió la competencia para

las normas entre las U.S. Robotics X2 y Rockwell K56 Flex.

Otras normas utilizadas no muy comunes son:

• PEP (Protocolo de Ensamble Paquetizado, Packetized Ensemble Protocol 1985): 18kbps (máximo).

• Hayes Express 96: 9.6kbps (Hayes 1987) • HST: 9.6kbps (US Robotics 1986) • HST: 14.4kbps (US Robotics 1989) • HST: 16.8kbps (US Robotics 1992) • V.32 terbo: 19.2kbps (AT$amp;T 1993) • V.FastClass: 28.8kbps (Rockwell 1993) • X2 :57.3kbps (US Robotics 1997) • K56: Flex 57.3kbps (Rockwell 1997) • Bell 103 300 bps; frequency shift keying = FSK (1962) • V.21 300 bps; frequency shift keying (utiliza una frecuencia distinta al Bell 103)

(1964) • V.23 1200/75 bps and 600/75 bps asimétrico; 75 bps es el canal inverso, frequency

shift keying = FSK (1964) • Bell 212A 1200 bps; quadrature differential phase shift keying = QDPSK = DPSK • V.22 1200 bps; fallback to 600 bps ; QDPSK = DPSK (1980) V.22bis 2400 bps;

QAM (1984) V.32 9600 bps; QAM (1984 pero no fue utilizado ampliamente sino hasta años después)

• V.32bis 14400 bps; QAM (1991) • QAM= Quadrature Amplitude Modulation. La palabra "Quadrature" es la versión

corta para "quadrature differential phase shift keying" =QDPSK • El PEP utilizaba tanto ancho de banda como fuera posible separando el espectro

hasta en 512 sub-bandas. Fue soportado por el Pathfinder de Ven-Tel y el Trailblazer de Telebits.

Compresión y corrección de errores en datos Las normas MNP 2, 3 y 4 soportan corrección de error. El MNP 5 soporta compresión. Los módems más evolucionados utilizan V42 que soporta la corrección de errores y V42bis que soporta compresión. Algunos módems soportan MNP y V42.


Velocidades La velocidad de transmisión de datos en los módems se mide en bits por segundo ó bps y/o baudios por segundo, ambos con la "b" minúscula. La mayoría de las personas confunden baudios con bits, bajo el entendido que son lo mismo. Sin embargo los baudios hacen referencia a la velocidad de modulación a la cual se trasmiten los datos sobre la línea telefónica. Proviene de del nombre francés de Jean Maurice Emile Baudot. En un principió los baudios eran igual a la velocidad de transmisión de los módems. Un módem de 300 baudios enviaba y recibía 300 bits por segundo. Eventualmente se descubrieron formas de comprimir y codificar los datos logrando que en cada estado de modulación (baudio) se puedan insertar mas de un bit de datos. Esto hace que los bits por segundo son mayores en cantidad que los baudios por segundo. Por ejemplo un módem que modula a 56,000 baudios puede enviar datos a 115,200 bits por segundo. Antes de la norma V.32, a 9,600 bps, los módems típicamente manejaban velocidades de 300 a 2,400 bps. Algunos muy rápidos podían alcanzar tasas de hasta 19.2 Kbps, utilizando protocolos no normalizados que requerían de la utilización de módems específicos que soportaran el protocolo específico, lo que habitualmente obligaba a que fueran de la misma marca. Antes de la norma V.42, que soporta corrección de errores, y el v.42bis de 1990 que soporta la compresión de datos, las normas MNP son utilizadas para corrección de errores y compresión de datos. Una norma con corrección de errores y compresión de datos X.PC fue utilizado en algunas redes comerciales de datos. La compresión y corrección de errores estuvo disponible en algunos módems de 2,400 bps. De 1960 a 1980 la mayoría de los módems únicamente alcanzaban velocidades de hasta 300bps, o 0.3Kbps, y siguen siendo útiles para algunas aplicaciones aún cuando los modelos recientes soportan hasta 115 Kbps. Auto ajuste de velocidad (autobauding) Este término tiene varios significados. En general significa que la velocidad módem-módem se ajusta automáticamente, aunque también se refiere al ajuste automático de la velocidad módem-puerto serial, para el caso de los módems externos. Velocidad Módem-módem Los módems modernos negocian la velocidad de conexión y el protocolo módem-módem durante el proceso de interconexión y usualmente se conectan a la máxima velocidad posible. Si uno de los lados no puede negociar el otro acepta la velocidad y protocolo disponible en el extremo con configuración fija, a menos que se trate de una velocidad o de algún protocolo no soportado. Durante la negociación, la mayoría de los módems inician en una velocidad baja para poder conectarse al otro, lo que se le llama "caída" (fallback) dado que un módem cae a una velocidad menor a la máxima, aunque en realidad nunca inicia a su máxima velocidad, y se encuentra en un modo de autoajuste de velocidad o modo automático.


En algunas ocasiones la caída también sucede cuando ambos módems reducen su velocidad debido a ruido en la línea o algún otro tipo de contaminación del medio. Usualmente el registro S37 de los módems es el que ajusta la habilitación o deshabilitación del autoajuste de velocidad. Debido a que los módems funcionan sobre velocidades y protocolos idénticos en ambos extremos del canal de comunicación, y algunos módems antiguos no soportan el ajuste automático, o tienen una sola velocidad, es muy probable que en condiciones específicas no se logre una conexión utilizando módems viejos en ambos extremos. En el pasado, aún cuando existía el autoajuste de velocidad, existían pocas alternativas normalizadas, por lo cual los sitios y servicios de acceso telefónico regularmente contaban con grupos de líneas telefónicas que cumplían con ciertos normas, las cuales deberían de utilizar igualmente ciertos usuarios que contaran con un módem que requiriera de estas. Eventualmente, con la utilización de normas, la necesidad de ofrecer servicios de acceso telefónico agrupados según las características de los módems fueron quedando atrás. Velocidad Módem-Puerto Serial Para los módems de baja velocidad, en general menor a 9,600 bps, la velocidad del módem al puerto serial debía de ser la misma que la de módem a módem. Esto se debía a que el flujo de datos era directo a través del módem sin la utilización de buffer de memoria para el almacenamiento previo de bytes dentro del módem, forzando que la velocidad de transmisión entre el puerto serial y el módem sea la misma entre los módems. Un razonamiento erróneo es suponer que una mayor velocidad del puerto serial soportaría una conexión telefónica de menor ancho de banda; sin embargo, esto únicamente funciona para la recepción, debido a que el puerto está preparado para recibir una mayor cantidad de datos. Esto no funciona para la transmisión, en la cual el módem no puede transmitir a una velocidad mayor a la que el módem en el otro extremo recibe, provocando la pérdida de información por la falta de buffer de recepción. Estabilización de velocidad Si el módem tenía sólo una velocidad módem a módem, o estaba configurado para operar a una velocidad preestablecida, podía no representar un problema ya que únicamente se configura el puerto de la computadora a esta velocidad. Aún cuando el módem puede tener varias velocidades que pueden ser establecidas por la negociación con el otro módem no hay problema en ajustar correctamente la velocidad del puerto serial Los módems que regularmente usamos en nuestras computadoras se denominan módem asíncronos. Cada dato se arma en una cadena de bits, (un byte) y estos bytes están separados entre si por un bit especial. Un bit de inicio y otro de parada. También en este envío se coloca un bit mas de control de errores, se llama bit de paridad. El módem que recibe la comunicación recibe también, en un momento establecido un bit de paridad, esta comprobación se llama comprobación de paridad. Los bits enviados tienen que coincidir con los bits recibidos.


Breve descripción de la norma V.90 La tecnología V.90 son las últimas normas con respecto a los procedimientos técnicos que realiza el módem al enviar y recibir datos. Es una unión o un rejunte de las dos ultimas tecnologías mas usadas, X2 y Kflex. La tecnología V.90 realiza nuevos procesos para determinar el ruido en la línea telefónica, pudiendo dar con mayor precisión la cantidad de este. Con este dato tan exacto e importante los módem pueden encontrar la mejor relación ruido/datos, aprovechando más ancho de banda, realizando conexiones más eficaces y permitiendo cambios en esta, o de mantener la comunicación estable, si la línea así se mantiene y no se produce ninguna alteración. El estado de las comunicaciones por módem hasta ahora era el siguiente: el dato se crea en la maquina nuestra en forma digital, el módem la modula analógicamente, la mete en el cable y la manda, cuando la señal llega hasta la central de teléfonos (de nuestra compañía telefónica) mas cercana a nuestro domicilio, se invierte la modulación (demodula) y se convierte a digital, pasa por todo su sistema de comunicaciones de forma digital, llega hasta la central mas cercana al domicilio del servidor, la vuelve a modular y la mete en el cable de forma analógica hasta que llega hasta el módem servidor donde se vuelve a demodular, convirtiendo la señal en digital, manejable así por la computadora. La última tecnología que hace esto se llama V.34 Pero, la tecnología V.90, toma en cuenta que el servidor se encuentra conectado a la línea telefónica digitalmente por ISDN, DS0 o E1, por ejemplo, cosa que no hacían las tecnologías anteriores. Esto es muy simple (vuelvo a explicar el trabajo que hacen los datos) cuando realizamos una conexión telefónica con un servidor de Internet, la señal de datos, debe ser convertida en analógica por nuestro módem, pasar por la línea hasta la central de telefónica más cercana a nuestro domicilio, aquí, la señal se vuelve a convertir en digital ya que ellos las comunicaciones las tienen digitalizadas, hasta la central mas cercana al domicilio del servidor de Internet, donde se vuelve a hacer analógica y meter en el cable hasta el módem del servidor, donde nuevamente se hace digital. Todo este trabajo supone tiempo, pérdidas de datos, perdidas de velocidad y otras aspectos, como el ruido de cuantificación. La tecnología V.90 realiza una conexión con el módem del servidor, suponiendo que el servidor tiene un módem sincrónico conectado a una línea digital de red ISDN, DS0 o E1, por lo que se encuentra conectado con la central de teléfonos de forma digital, entonces la cantidad de veces que los datos se modulan y demodulan es mucho menor, con la notable baja de la perdida de datos y velocidad por este trabajo. El módem nuestro modula, pone la señal analógica en el cable, llega a la central mas cerca de nuestro domicilio, se demodula a digital, así llega hasta el servidor. Una sola modulación, en vez dos. Por otro lado el módem del servidor envía el dato digitalmente sabiendo también que solo tendrá una sola conversión cundo llegue hasta la central mas cercana al domicilio del usuario. Al no haber existido ninguna conversión previa, el trabajo es menor, las causas de ruidos y otros aspectos son menores, por ende se gana velocidad y calidad de información.


Los módem V.90 funcionan como tal, si y solo si, hay en el camino de casa al servidor solo una conversión, si esto no fuera así (ya sea por las centrales de teléfono o por el servidor) seguirá utilizando V.34, donde se tiene en cuenta mas de una conversión a lo largo del camino de los datos. También son asimétricos siempre y solo descargan con protocolo V.90 cuando del otro lado la descarga un servidor con este protocolo, o sea que solo se baja información a 56k con tecnología V.90. El envío de datos seguirá siendo de 33.6 kbps. Recuerde él limite de datos para las líneas telefónicas: 64 kbps, así que ambos juntos no deben superar este valor, pudiendo el módem asignar el ancho de banda. Si aumenta el de recibo de datos, disminuye el envío.

3.4 Multiplexación (Muchas señales en una) Siempre que la capacidad de transmisión de un medio que enlaza dos dispositivos sea mayor que las necesidades de transmisión de los dispositivos, el enlace se puede compartir, de forma similar a como una gran tubería de agua puede llevar agua al mismo tiempo a varias casas separadas. La multiplexación es el conjunto de técnicas que permite la transmisión simultánea de múltiples señales a través de un único enlace de datos. A medida que se incrementa el uso de los datos y las telecomunicaciones, se incrementa también el tráfico. Se puede hacer frente a este incremento añadiendo líneas individuales cada vez que se necesita un canal nuevo o se pueden instalar enlaces de más capacidad y usarlos para transportar múltiples señales. Como se menicionará en el Capítulo 4, la tecnología actual incluye medios de gran ancho de banda, como el cable coaxial, la fibra óptica y las microondas terrestres y vía satélite. Cualquiera de estos tiene una capacidad que sobrepasa con mucho las necesidades medias para transmitir una señal. Si la capacidad de transmisión del enlace es mayor que las necesidades de transmisión de los dispositivos conectados a él, la capacidad sobrante se malgasta. Un sistema eficiente maximiza la utilización de todas las facilidades. Además, la cara tecnología utilizada a menudo se hace rentable sólo cuando se comparten los enlaces.

Figura 3.27 Multiplexación frente a no multiplexación


La figura 3.27 muestra dos posibles formas de enlazar cuatro pares de dispositivos. En la figura 3.27a, cada par tiene su propio enlace. Si no se utiliza la capacidad completa de cada enlace, se está malgastando una porción de esta capacidad. En la figura 3.27b, las transmisiones entre los pares están multiplexados; los mismos cuatro pares comparten la capacidad de un único enlace. En un sistema multiplexado, n dispositivos comparten la capacidad de un enlace. La figura 3.27b muestra el formato básico de un sistema multiplexado. Los cuatro dispositivos de la izquierda envían sus flujos de transmisión a un multiplexor (MUX), que los combina en un único flujo (muchos a uno). El extremo receptor, el flujo se introduce en un demultiplexor (DEMUX), que separa el flujo en sus transmisiones componentes (uno a muchos) y los dirige a sus correspondientes dispositivos receptores. En la figura 3.27b la palabra camino se refiere al enlace físico. La palabra canal se refiere a una porción de camino que lleva una transmisión entre un determinado par de dispositivos. Un camino puede tener muchos (n) canales.

Figura 3.28 Clases de Multiplexación

Las señales se multiplexan usando tres técnicas básicas: Multiplexación por división en frecuencia (FDM), Multiplexación por división en el tiempo (TDM) y Multiplexación por división de onda (WDM). TDM se subdivide a su vez en TDM síncrono (habitualmente denominado solamente TDM) y TDM asincrono, también denominado TDM estadístico, estático o concentrador. Existe un cuarto método de multiplexación utlizado principalmente en comunicaciones inalámbricas que se llama: Multiplexación por división de código (CDM) (Figura 3.28).

3.4.1 Multiplexación por división de frecuencias (un esquema analógico) (FDM) La multiplexación por división en frecuencia (FDM, Frequency División Multiplexing) es una técnica analógica que se puede aplicar cuando el ancho de banda de un enlace es mayor que los anchos de banda combinados de las señales a transmitir. En FDM las señales generadas por cada dispositivo emisor se modulan usando distintas frecuencias portadoras. A continuación, estas señales moduladas se combinan en una única señal compuesta que será transportada por el enlace. Las frecuencias portadoras están separadas por un ancho de banda suficiente como para acomodar la señal modulada. Estos rangos del ancho de banda son los canales a través de los que viajan las distintas señales. Los canales deben estar


separados por tiras de anchos de banda sin usar (bandas de guarda) para prevenir que las señales se solapen. Además, las frecuencias portadoras no deben interferir con las frecuencias de datos originales. Un fallo en el cumplimiento de cualquiera de estas condiciones puede dar como resultado la no recuperabilidad de las señales originales.

Figura 3.29 Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

La figura 3.29 muestra una visión conceptual de FDM. En esta ilustración, el camino de transmisión se divide en tres partes, cada uno de ellos representando un canal que lleva una transmisión. Como analogía, imagine un punto donde se juntan tres calles estrechas para formar una autopista de tres carriles. Cada una de estas calles se corresponde a un carril de la autopista. Cada coche entrando en la autopista desde una de las calles sigue teniendo su propio carril y puede viajar sin interferir con los coches en los otros carriles. Recuerde que aunque la figura 3.29 muestra el camino como si tuviera una división espacial en canales separados, las divisiones reales de canales se consiguen mediante la frecuencia, no mediante la separación espacial. El proceso FDM

Figura 3.30 FDM en el dominio del tiempo La figura 3.30 es una ilustración conceptual en el dominio del tiempo del proceso de multiplexación. La FDM es un proceso analógico y se muestra en la figura usando


telefonos como dispositivos de entrada y salida. Cada teléfono genera una señal con un rango de frecuencia similar. Dentro del multiplexor, estas señales similares se modulan sobre distintas frecuencias portadoras (/., f2 y /3). Las señales moduladas resultantes se combinan después en una única señal compuesta que se envía sobre un enlace que tiene ancho de banda suficiente para acomodarlas.

Figura 3.31 FDM en el dominio de la frecuencia

La figura 3.31 es una ilustración en el dominio de la frecuencia del mismo concepto. (Observe que los ejes horizontales de la figura denotan frecuencia, no tiempo. Las tres frecuencias portadoras existen al mismo tiempo en el ancho de banda.) En FDM, las señales se modulan sobre frecuencias portadoras distintas (fv f2 y /3) usando modulación AM o FM. Como recordará del capitulo 2, modular una señal sobre otra da como resultado un ancho de banda de al menos dos veces la original. En esta ilustración, el ancho de banda de la señal compuesta resultante es más de tres veces el ancho de banda de cada señal de entrada: tres veces el ancho de banda para acomodar los canales necesarios, más el ancho de banda extra para permitir las bandas de guarda necesarias.

Figura 3.32 Demultiplexación FDM el dominio del tiempo


Demultiplexación El demultiplexor usa una serie de filtros para descomponer la señal multiplexada en las señales componentes que la constituyen. Las señales individuales se pasan después a un demodulador que las separa de sus portadoras y las pasa a los dispositivos receptores que las esperan. La figura 3.32 es una ilustración en el dominio del tiempo de la multiplexación FDM, usando de nuevo tres teléfonos como dispositivos de comunicación. El mismo ejemplo en el dominio de frecuencia se puede ver en la figura 3.33.

Figura 3.33 Demultiplexación FDM el dominio de la frecuencia

3.4.2 Multiplexación por división de tiempo (un esquema digital) (TDM Y STDM) La multiplexación por división del tiempo (TDM, Time División Multiplexing) es un proceso digital que se puede aplicar cuando la capacidad de la tasa de datos de la transmisión es mayor que la tasa de datos requerida por los dispositivos emisores y receptores. En este caso, múltiples transmisiones pueden ocupar un único enlace subdividiéndole y entrelazando las porciones.

Figura 3.34 Multiplexación por división de frecuencia (FDM)


La figura 3.34 da una visión conceptual de la TDM. Observe que se usa el mismo enlace que en FDM; sin embargo, aquí el enlace se muestra seccionado por el tiempo en lugar de por la frecuencia. En la figura TDM, las porciones de las señales 1, 2, 3 y 4 ocupan un enlace secuencialmente. La TDM se puede implementar de dos formas: TDM síncrona y TDM asincrona o estadístico.. TDM síncrona En la multiplexación síncrona por división del tiempo, el término síncrona tiene un significado distinto del que se suele usar en otras áreas de la telecomunicación. Aquí síncrona significa que el multiplexor asigna siempre exactamente la misma ranura de tiempo a cada dispositivo, tanto si el dispositivo tiene algo que transmitir como si no. Por ejemplo, la ranura de tiempo A se asigna solamente al dispositivo A y no se puede usar para cualquier otro dispositivo. Cada vez que le toca su tiempo asignado, el dispositivo tiene oportunidad de enviar una porción de sus datos. Si el dispositivo es incapaz de transmitir o no tiene datos para enviar, su ranura de tiempo permanece vacía.

Figura 3.35 TDM Síncrona Tramas. Las ranuras de tiempo se agrupan en tramas. Una trama está formada por un ciclo completo de ranuras de tiempo, incluyendo una o más ranuras dedicadas a cada dispositivo emisor (véase la figura 3.35). En un sistema con n líneas de entrada, cada trama tiene al menos n ranuras, con cada ranura asignada al transporte de datos de una línea de entrada específica. Si todos los dispositivos de entrada que comparten un enlace transmiten datos a la misma velocidad, cada dispositivo tiene una ranura de tiempo por trama. Sin embargo, es posible acomodar velocidades de datos distintas. Una transmisión con dos ranuras por trama llegará dos veces más deprisa que una que solo tiene una ranura por trama. Las ranuras de tiempo dedicadas a un dispositivo determinado ocupan la misma posición en cada trama y constituyen el canal del dispositivo. En la figura 3.35, se muestran cinco líneas de entrada multiplexadas sobre un único camino usando TDM síncrona. En este


ejemplo, todas las entradas tienen la misma tasa de datos, por lo que el número de ranuras de tiempo en cada trama es igual al número de líneas de entrada. Entrelazado. La TDM síncrona se puede comparar con un dispositivo de rotación muy rápido. A medida que la puerta se abre frente a un dispositivo, el dispositivo tiene la oportunidad de enviar una cantidad específica de datos (x bits) por el enlace. La puerta se mueve de dispositivo en dispositivo con una velocidad constante y en orden fijo. Este proceso se denomina entrelazado. El entrelazado se puede hacer por bit, byte o por cualquier otra unidad de datos. En otras palabras, el multiplexor puede tomar un byte de cada dispositivo, luego otro byte de otro dispositivo, etc. En un sistema dado, las unidades de entrelazado se dan siempre del mismo tamaño.

Figura 3.36 TDM Síncrona, proceso de multiplexión La figura 3.36 muestra el entrelazado y la construcción de una trama. En el ejemplo, se entrelazan las distintas transmisiones con base a caracteres (igual a un byte cada uno), pero el concepto es el mismo para las unidades de datos de cualquier longitud. Como se puede ver, cada dispositivo está enviando un mensaje distinto. El multiplexor entrelaza los distintos mensajes y los compone en tramas antes de ponerlos en el enlace.

Figura 3.37 TDM Síncrona, proceso de demultiplexión


En el receptor, el demultiplexor descompone cada trama extrayendo cada carácter por turno. A medida que se extrae un carácter de la trama, se pasa al dispositivo receptor adecuado (véase la Figura 3.37). Las figuras 3.36 y 3.37 también muestran las principales debilidades de la TDM síncrona. Mediante la asignación de una ranura de tiempo para una línea específica de entrada, se termina con ranuras de tiempo vacías cada vez que las líneas están inactivas. En la figura 3.37, solamente las tres primeras tramas están llenas. Las últimas tres tramas tienen seis ranuras vacías en conjunto. Tener 6 ranuras vacías de 24 significa malgastar la cuarta parte de la capacidad de enlace. Bits de tramado. Debido a que el orden de la ranura de tiempo en la TDM síncrona no cambia de trama a trama, es necesario incluir muy poca información de sobrecarga en cada trama. El orden de recepción lo elige el demultiplexor, dónde dirigir cada ranura de tiempo, por lo que no se necesita direccionamiento. Sin embargo, hay varios factores que pueden causar inconsistencias temporales. Por esta razón, es necesario utilizar uno o más bits de sincronización que se añaden habitualmente al principio de cada trama. Estos bits, denominados bits de tramado, siguen un patrón, trama a trama, que permite al demultiplexor sincronizarse con el flujo de entrada de forma que pueda separar la ranura de tiempo con exactitud. En la mayoría de los casos, esta información de sincronización consiste en un bit por trama, alternando entre 0 y 1 (0101010101010), como se muestra en la figura 3.38

Figura 3.38 Bits de tramado

Figura 3.39 Cálculo de la tasa de datos para las tramas


Ejemplo de TDM síncrona. Imagine que hay cuatro fuentes de entrada en un enlace TDM síncrono, con las transmisiones entrelazadas a nivel de carácter. Si cada fuente genera 250 caracteres por segundo y cada trama transporta un carácter por fuente, el enlace de transmisión debe ser capaz de transportar 250 tramas por segundo (véase la figura 3.39). Si se asume que cada carácter está formado por 8 bits, entonces cada trama tiene 33 bits: 32 bits para los cuatro caracteres más un bit de tramado. Observando las relaciones entre los bits, se puede ver que cada dispositivo está generando 2.000 bps (250 caracteres con 8 bits por carácter), pero que la línea está transportando 8.250 bps (250 tramas con 33 bits por trama): 8.000 bits de datos y 250 bits de sobrecarga. Relleno de bits. Como se ha visto anteriormente, es posible conectar dispositivos con distintas velocidades de datos a un enlace TDM síncrono. Por ejemplo, el dispositivo A usa una ranura de tiempo, mientras que el dispositivo B, que es más rápido, usa dos. El número de ranuras en una trama y las líneas de entrada a los que están asignadas permanecen fijas dentro de un sistema dado, pero en los dispositivos con distintas tasas de datos pueden controlar un número distinto de ranuras. Recuerde: la longitud de la ranura de tiempo es fija. Por tanto, para que esta técnica funcione, las tasas de datos distintas deben ser múltiplos enteros entre sí. Por ejemplo, se puede acomodar un dispositivo que es cinco veces más rápido que otros, dándole cinco ranuras por cada una que se dé a los otros. Sin embargo, no se pueden acomodar dispositivos que son cinco veces y media más rápidos por este método, debido a que no se puede introducir media ranura en una trama. Cuando las velocidades no son múltiplos enteros entre sí, se puede hacer que se comporten como si lo fueran, usando una técnica llamada relleno de bits. En el relleno de bits, el multiplexor añade bits extra al flujo de un dispositivo origen para forzar que las relaciones de las velocidades entre los distintos dispositivos sean múltiplos enteros entre sí. Por ejemplo, si tenemos un dispositivo con una tasa de bits de 2.75 veces la de otro dispositivo, se pueden añadir suficientes bits para aumentar su tasa a tres veces las de los otros. Los bits extra son descartados posteriormente por el demultiplexor. TDM asincrona o estadístico (STDM) Como se ha visto en la sección anterior, la TDM síncrona no garantiza que se pueda usar la capacidad completa del enlace. De hecho, es más probable que solamente se pueda usar una porción de las ranuras de tiempo en un instante determinado. Debido a que las ranuras de tiempo están preasignadas y son fijas, cada vez que un dispositivo conectado no está transmitiendo su ranura de tiempo correspondiente está vacía y esa capacidad de enlace está siendo malgastada. Por ejemplo, imagine que se ha multiplexado la salida de 20 computadoras idénticas sobre una línea. Usando TDM síncrona, la velocidad de la línea debe ser por lo menos 20 veces la velocidad de cada línea de entrada. Pero ¿qué ocurre si solamente hay 10 computadoras que se usan al mismo tiempo? La mitad de la capacidad de la línea se malgasta. La multiplexación asincrona por división del tiempo, o multiplexación estática por división en el tiempo, se ha diseñado para evitar este tipo de gasto. Como ocurre con el término síncrono, el término asincrono significa algo distinto en la multiplexación de lo que significa en otras áreas de comunicación de datos. Aquí significa flexible o no fijo.


Al igual que la TDM síncrona, la TDM asincrona permite multiplexar un cierto número de líneas de entrada de baja velocidad sobre una única línea de alta velocidad. Sin embargo, a diferencia de la TDM síncrona, en la TDM asincrona la velocidad total de las líneas de entrada puede ser mayor que la capacidad de la pista. En un sistema síncrono, si tenemos n líneas de entrada, la trama contiene un número fijo de al menos n ranuras de tiempo. En un sistema asincrono, si hay n líneas de entrada, la trama no contiene más de n ranuras, con m menor que n (véase la figura 3.40). De esta forma, la TDM asincrona soporta el mismo número de líneas de entrada que la TDM síncrona con una capacidad de enlace más pequeña. O, dado un mismo enlace, la TDM asincrona puede soportar más dispositivos que la TDM síncrona.

Figura 3.40 TDM Asíncrona El número de ranuras de tiempo en una trama TDM asincrona (m) se basa en un análisis estadístico del número de líneas de entrada que es probable que transmitan en un momento determinado de tiempo. En lugar de ser preasignada, cada ranura está disponible para cualquier dispositivo de entrada conectado a las líneas que tengan datos que enviar. El multiplexor mira las líneas de entrada, acepta porciones de datos hasta que una trama está llena y después envía la trama a través del enlace. Si no hay datos suficientes para rellenar todas las ranuras de una trama, la trama se transmite rellena parcialmente; es decir, la capacidad total del enlace puede no estar usada el ciento por ciento del tiempo. Pero la habilidad de asignar ranuras de tiempo dinámicamente, asociado con la relación menor de ranuras de tiempo a las líneas de entrada, reduce grandemente la probabilidad y el grado de gasto. La figura 3.41 muestra un sistema en el cual cinco computadoras comparten un enlace de datos usando TDM asincrona. En este ejemplo, el tamaño de la trama es tres ranuras. La figura muestra cómo gestiona el multiplexor tres niveles de tráfico. En el primer caso, solamente tres de las cinco computadoras tienen datos para enviar (el escenario medio de este sistema, como se indica por el hecho de que se haya elegido un tamaño de trama de tres ranuras de tiempo). En el segundo caso, hay cuatro líneas enviando datos, una más que el número de ranuras por trama. En el tercer caso (más raro estadísticamente), todas las líneas están enviando datos. En este caso, el multiplexor comprueba los dispositivos en


orden, del 1 al 5, rellenando las ranuras de tiempo a medida que encuentra los datos a enviar.

Figura 3.41 Ejemplo de tramas TDM Asíncronas

En el primer caso, las tres líneas de entrada activas se corresponden con las tres ranuras de cada trama. Para las primeras cuatro tramas, la entrada se distribuye simétricamente entre todos los dispositivos de comunicación. Sin embargo, para la quinta trama, los dispositivos 3 y 5 han completado sus transmisiones, pero el dispositivo 1 todavía tiene dos caracteres a enviar. El multiplexor recoge la A del dispositivo 1, mira la línea sin encontrar otra transmisión y vuelve al dispositivo 1 para recoger la última A. Puesto que no hay datos para rellenar la ranura final, el multiplexor transmite la quinta trama con dos ranuras rellenas solamente. En un sistema TDM síncrono, habrían sido necesarias seis tramas de cinco ranuras de tiempo cada una para transmitir todos los datos, un total de 30 ranuras de tiempo. Pero solamente se habrían rellenado catorce ranuras de tiempo, dejando sin usar la línea durante más de la mitad del tiempo. Con el sistema asincrono que se ha mostrado, solamente se ha transmitido una trama parcialmente vacía. Durante el resto del tiempo de transmisión toda la capacidad de la línea está activa.


En el segundo caso, hay una línea de entrada activa más que ranuras en cada trama. Esta vez, a medida que el multiplexor comprueba las líneas de 1 a 5, rellena una trama antes de que todas las líneas hayan sido comprobadas. Por tanto, la primera trama tiene datos de los dispositivos 1, 3 y 4, pero no del 5. El multiplexor continúa su barrido donde lo dejó, poniendo la primera porción de la transmisión del dispositivo 5 en la primera ranura de la trama siguiente, a continuación se mueve hacia arriba de la línea y pone la siguiente porción de los datos del dispositivo 1 en la segunda ranura, etc. Como se puede ver, cuando el número de .emisores activos no es igual al número de ranuras en una trama, las ranuras de tiempo no se rellenan simétricamente. En este ejemplo, el dispositivo 1 ocupa la primera ranura de la primera trama, a continuación la segunda ranura de la primera trama, etc. En el tercer caso, las tramas se rellenan como en el ejemplo anterior, pero aquí hay cinco líneas de entrada activas. En este ejemplo, el dispositivo 1 ocupa la primera ranura de la primera trama, la tercera ranura de la segunda trama y ninguna ranura en la tercera trama. En los casos 2 y 3, si la velocidad de la línea es igual a tres de las líneas de entrada, entonces los datos a transmitir llegarán más rápido de lo que el multiplexor puede ponerlos en el enlace. En este caso, es necesario tener un almacén de memoria para almacenar los datos hasta que el multiplexor esté listo para transmitirlos. Direccionamiento y sobrecarga. Los casos 2 y 3 del ejemplo anterior ilustran una de las mayores debilidades de la TDM asincrona: ¿cómo sabe el demultiplexor qué ranura pertenece a cada línea de salida? En la TDM síncrona, el dispositivo al que pertenecen los datos en una ranura de tiempo queda indicado directamente por la posición de la ranura de tiempo en la entrada. Pero en la TDM asincrona, los datos de un dispositivo dado podrían estar en la primera ranura de una trama y en la tercera de la siguiente. En ausencia de relaciones posicionales fijas, cada ranura de tiempo debe llevar una dirección indicando al demultiplexor dónde enviar los datos. Esta dirección, válida solamente para uso local, es incluida por el multiplexor y descartada por el demultiplexor una vez que la ha leído. En la figura 3.41, la dirección se especifica mediante un dígito. Añadir bits de dirección a cada ranura de tiempo incrementa la sobrecarga de un sistema asincrono y limita de alguna forma su potencial eficiencia. Para limitar su impacto, las direcciones suelen estar formadas por un número pequeño de bits y se pueden hacer incluso más cortas añadiendo solamente la dirección completa a la primera porción de una transmisión, con versiones abreviadas para identificar porciones subsiguientes. La necesidad de direccionamiento hace que la TDM asincrona sea ineficiente para entrelazado de bit o byte. Imagine entrelazado de bit, donde cada bit puede llevar una dirección: un bit de datos más, digamos, tres bits de dirección. De repente, es necesario usar cuatro bits para transportar un bit de datos. Incluso si el enlace se utiliza en su totalidad, solamente se estará usando un cuarto de la capacidad de la línea para transportar datos; el resto es sobrecarga. Por esta razón, la TDM asincrona es eficiente únicamente cuando el tamaño de las ranuras de tiempo se mantiene relativamente grande. Ranuras de tiempo de longitud variable. La TDM asincrona puede acomodar tráfico en tasas de datos variables cambiando la longitud de las ranuras de tiempo. Las estaciones que transmiten con una tasa de datos más rápida pueden conseguir una ranura más larga. Gestionar campos de longitud variable hace necesario añadir bits de control al principio de cada ranura de tiempo para indicar la longitud de la porción de datos entrante. Este bit extra


tambien incrementa la sobrecarga del sistema y, de nuevo, son eficientes únicamente con ranuras de tiempo grandes. Multiplexación inversa Como su propio nombre indica, la multiplexación inversa es lo opuesto de la multiplexación. La multiplexación inversa toma el flujo de datos de una línea de alta velocidad y los separa en porciones que pueden ser enviadas simultáneamente a través de varias líneas de velocidad más baja, sin que haya una pérdida de la tasa de datos colectiva (véase la figura 3.42).

Figura 3.42 Multiplexación y multiplexación inversa ¿Por qué es necesaria la multiplexación inversa? Piense en una organización que quiere enviar datos, voz y vídeo, cada uno de los cuales necesita una tasa de datos distinta. Para enviar voz puede necesitar un enlace de 64 Kbps. Para enviar datos puede necesitar un enlace de 128 Kbps. Y para enviar vídeo, puede necesitar un enlace de 1.544 Mbps. Para satisfacer todas estas necesidades, la organización tiene dos opciones. Puede activar un canal de 1.544 Mbps de un proveedor (la compañía telefónica) y usar la capacidad total


solo a veces, lo cual no constituye un uso eficiente de la facilidad. O puede alquilar varios canales separados con tasas de datos más bajas. Usando un acuerdo denominado ancho de banda bajo demanda, la organización puede usar cualquiera de estos canales siempre y cuando lo necesite. Las transmisiones de voz se pueden enviar intactas sobre cualquiera de los canales. Las señales de datos o vídeo pueden ser divididas y enviadas sobre dos o más líneas. En otras palabras, las señales de datos y vídeos se pueden multiplexar inversamente sobre múltiples líneas.

3.4.3 Multiplexación por división de código (CDM) El esquema de espectro expandido constituye una forma de codificación cada vez más importante en comunicaciones inalámbricas. Esta técnica no se puede encuadrar dentro de las técnicas de modulación y codificación definidas en el Capítulo 2, puesto que puede utilizarse para transmitir tanto datos analógicos como digitales, haciendo uso de una señal analógica. La técnica de espectro expandido fue originalmente desarrollada con objetivos militares y de inteligencia. La idea esencial subyacente en este tipo de esquema es la expansión de la señal de información en un ancho de banda superior con objeto de dificultar las interferencias y la intercepción. La primera variante de espectro expandido desarrollada fue la denominada por salto de frecuencias. Una forma más reciente de espectro expandido es la de secuencia directa. Ambas variantes se utilizan en numerosos estándares y productos en comunicaciones inalámbricas. Se describirá brevemente ambos tipos de esquemas de espectro expandido y seguidamente se estudiará una técnica de multiplexación de código para acceso múltiple basada en el esquema de espectro expandido.

Figura 3.43 Modelo general de un sistema de comunicación digital de espectro expandido El concepto de espectro expandido La figura 3.43 destaca las características principales de un sistema de espectro expandido. La entrada va a un codificador de canal que produce una señal analógica con un ancho de banda relativamente estrecho centrado en una frecuencia dada. Esta señal se modula posteriormente haciendo uso de una secuencia de dígitos conocida como código o secuencia de expansión. Generalmente, que no siempre, el código expansor se genera mediante un generador de pseudoruido o números pseudoaleatorios. El efecto de esta


modulación es un incremento significativo en el ancho de banda (expansión del espectro) de la señal a transmitir. El extremo receptor usa la misma secuencia pseudoaleatoria para demodular la señal de espectro expandido. Finalmente, la señal pasa a un decodificador de señal a fin de recuperar los datos. A través de este aparente desaprovechamiento de espectro se consigue:

• Más inmunidad ante diversos tipos de ruido y distorsión multitrayectoria. Las primeras aplicaciones del esquema de espectro expandido eran militares, donde se usaba por su inmunidad a interferencias.

• También puede utilizarse para ocultar y cifrar señales. Sólo un usuario que conozca el código expansor podrá recuperar la información codificada.

• Varios usuarios independientes pueden utilizar el mismo ancho de banda con muy

pocas interferencias entre sí. Esta propiedad es usada en aplicaciones de telefonía celular a través del empleo de una técnica conocida como multiplexación por división de código (CDM, Cade División Multiplexing) o acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access).

Conviene hacer comentario acerca de los números pseudoaleatorios. Estos números son generados por un algoritmo que utiliza un valor inicial llamado semilla. El algoritmo es determinista y, por tanto, genera secuencias de números que no son estadísticamente aleatorios; sin embargo, si el algoritmo es adecuado, dichas secuencias pueden superar diversas pruebas de aleatoriedad. Estos números se denominan a veces pseudoaleatorios y su principal característica radica en el hecho de que, a menos que se conozca el algoritmo y la semilla, es prácticamente imposible predecir la secuencia correspondiente. Por tanto, sólo un receptor que comparta esta información con el emisor está capacitado para decodificar correctamente la señal. Espectro expandido por Salto de Frecuencias En el esquema de espectro expandido por salto de frecuencias (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum), la señal se emite sobre una serie de radiofrecuencias aparentemente aleatoria, saltando de frecuencia en frecuencia en intervalos fijos de tiempo. El receptor captará el mensaje saltando de frecuencia en frecuencia sincronizadamente con el transmisor. Por su parte, los receptores no autorizados escucharán una señal ininteligible. Si se intentase interceptar la señal, sólo se conseguiría para unos pocos bits. Espectro expandido por Secuencia Directa En el esquema de espectro expandido de secuencia directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum), cada bit de la señal original se representa mediante varios bits en la señal transmitida, haciendo uso de un código de expansión. Este código expande la señal sobre una banda de frecuencias mas ancha de forma directamente proporcional al número de bits considerados. Es decir, un código de expansión de 10 bits expande la señal a una banda de frecuencias de anchura 10 veces mayor que un código de expansión de 1 bit.


Una técnica de espectro expandido de secuencia directa consiste en combinar la secuencia digital de entrada con el código expansor mediante la función XOR (O-exclusiva), De esta forma, un bit de información invierte los bits pseudoaleatorios, mientras que un bit de información igual a 0 hace que los bits pseudoaleatorios se transmitan sin ser invertidos. La cadena resultante tendrá la misma velocidad de transmisión que la secuencia original pseudoaleatoria, por lo que tendrá un ancho de banda mayor que la secuencia de información. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) CDMA es una técnica de multiplexación usada con el esquema de espectro expandido y que funciona como sigue. Supongamos una señal de datos de velocidad D, a la que llamaremos velocidad de bits. Se divide cada bit de la secuencia en k minibits («chips») de acuerdo a un patrón fijo específico para cada usuario, denominado código de usuario. El nuevo canal así obtenido tendrá una tasa de minibits igual a kD minibits/segundo. Para ilustrar esto, pensemos en un ejemplo sencillo con k = 6. Es sumamente simple caracterizar un código como una secuencia de valores 1 y -1. En la figura 3.44 se muestran los códigos correspondientes a tres usuarios, A, B y C, cada uno de los cuales se está comunicando con la misma estación base receptora, R. Así, el código para el usuario A es CA = <1, -1, -1, 1, -1, 1>. De forma análoga, el usuario B tiene el código CB = <1, 1, -1, -1, 1, 1>, y el usuario C el código CC = <1, 1, -1, 1, 1, -1>.

Figura 3.44 Ejemplo de CDMA


3.4.4 Multiplexación por longitudes de onda (WDM) La multiplexación por división de onda (WDM, Wave División Multiplexing) es concep-tualmente la misma que FDM, exceptuando que la multiplexación y la demultiplexación involucran señales luminosas transmitidas a través de canales de fibra óptica. La idea es la misma: se combinan distintas señales sobre frecuencias diferentes. Sin embargo, la diferencia es que las frecuencias son muy altas. La figura 3.45 da una visión conceptual de un multiplexor y demultiplexor WDM. Bandas de luz muy estrechas de distintas fuentes se combinan para conseguir una banda de luz más ancha. En el receptor, la señales son separadas por el demultiplexor. Uno se puede preguntar cuál es el mecanismo del WDM. Aunque la tecnología es muy compleja, la idea es muy simple. Se quiere combinar múltiples haces de luz dentro de una única luz en el multiplexor y hacer la operación inversa en el demultiplexor. Combinar y dividir haces de luz se resuelve fácilmente mediante un prisma. Recuerde de la física básica que un prisma curva un rayo de luz basándose en el ángulo de incidencia y la frecuencia. Usando esta técnica, se puede hacer un demultiplexor que combine distintos haces de luz de entrada, cada uno de los cuales contiene una banda estrecha de frecuencia, en un único haz de salida con una banda de frecuencia más ancha. También se puede hacer en un demultiplexor para hacer la operación para revertir el proceso. La figura 3.46 muestra el concepto

Figura 3.45 Multiplexación por longitud de onda (WDM)

Figura 3.46 Los primas en la multiplexación y demultiplexación WDM


3.5 Sistema de conmutación Antes de examinar las características de la transmisión de datos entre dispositivos, es importante comprender la relación entre los dispositivos que se comunican. Dos de los varios conceptos generales que conforman la base para esta relación son: Tipo de conexión y la topología de la conexión de los enlaces. Tipos de conexión (configuración de línea) La configuración de la línea se refiere a la forma en que dos o más dispositivos que se comunican se conectan a un enlace. Un enlace es el medio de comunicación físico que transfiere los datos de un dispositivo a otro. A efectos de visualización, es sencillo imaginar cualquier enlace como una línea que se dibuja entre dos puntos. Para que haya comunicación, dos dispositivos deben estar conectados de alguna forma al mismo enlace simultáneamente. Hay dos configuraciones de línea posibles: punto a punto y multipunto (Figura 3.47)

Figura 3.47 Dos clases de configuración de línea Punto a punto Una configuración de línea punto a punto proporciona un enlace dedicado entre dos dispositivos. Toda la capacidad del canal se reserva para la transmisión entre ambos dispositivos. La mayoría de las configuraciones punto a punto usan cables para conectar los extremos, pero también son posibles otras opciones, como las microondas o los satélites de enlace (véase la figura 3.48). Cuando se cambian los canales de una televisión con control remoto mediante mando a distancia por infrarrojos, se establecen conexiones punto a punto entre el mando a distancia y el sistema de control de la televisión. Multipunto Una configuración de línea multipunto (también denominada multiconexión) es una configuración en la que varios dispositivos comparten el mismo enlace (véase la Figura 2.3). En un entorno multipunto, la capacidad del canal es compartida en el espacio o en el tiempo. Si varios dispositivos pueden usar el enlace de forma simultánea, se dice que hay


una configuración de línea compartida espacialmente. Si los usuarios deben compartir la línea por turnos, se dice que se trata de una configuración de línea de tiempo compartido.

Figura 3.48 Configuración de línea punto a punto


Figura 3.49 Configuración de línea multipunto

3.5.1 Topología El término topología se refiere a la forma en que está diseñada la red, bien físicamente o bien lógicamente. Dos o más dispositivos se conectan a un enlace; dos o más enlaces forman una topología. La topología de una red es la representación geométrica de la relación entre todos los enlaces y los dispositivos que los enlazan entre sí (habitualmente denominados nodos). Hay cinco posibles topologías básicas: malla, estrella, árbol, bus y anillo (véase la figura 3.50).

Figura 3.50 Clases de Topologías Estas cinco clases describen cómo están interconectados los dispositivos de una red, lo que no indica su disposición física. Por ejemplo, que exista una topología en estrella no significa que todas las computadoras de la red deban estar situadas físicamente con forma de estrella alrededor de un concentrador. Una cuestión a considerar al elegir una topología es el estado relativo de los dispositivos a enlazar. Hay dos relaciones posibles: igual a igual o paritaria, donde todos los dispositivos comparten el enlace paritariamente, y primario-


secundario, donde un dispositivo controla el tráfico y los otros deben transmitir a través de él. Las topologías en anillo y malla son más convenientes para las transmisiones entre pares, mientras que los árboles y las estrellas son más convenientes para la relación primario-secundario. Una topología de bus se adapta bien a cualquiera de las dos. Malla En una topología en malla, cada dispositivo tiene un enlace punto a punto y dedicado con cualquier otro dispositivo. El término dedicado significa que el enlace conduce el tráfico únicamente entre los dos dispositivos que conecta. Por tanto, una red en malla completamente conectada necesita n(n-l)/2 canales físicos para enlazar n dispositivos. Para acomodar tantos enlaces, cada dispositivo de la red debe tener n-1 puertos de entrada/salida (véase la figura 3.51).

Figura 3.51 Topología en malla completa (5 dispositivos) Una malla ofrece varias ventajas sobre otras topologías de red. En primer lugar, el uso de los enlaces dedicados garantiza que cada conexión sólo debe transportar la carga de datos propia de los dispositivos conectados, eliminando el problema que surge cuando los enlaces son compartidos por varios dispositivos. En segundo lugar, una topología en malla es robusta. Si un enlace falla, no inhabilita todo el sistema. Otra ventaja es la privacidad o la seguridad. Cuando un mensaje viaja a través de una línea dedicada, solamente lo ve el receptor adecuado. Las fronteras físicas evitan que otros usuarios puedan tener acceso a los mensajes. Finalmente, los enlaces punto a punto hacen que se puedan identificar y aislar los fallos más fácilmente. El tráfico se puede encaminar para evitar los enlaces de los que se sospecha que tienen problemas. Esta facilidad permite que el gestor de red pueda descubrir la localización precisa del fallo y ayudar a buscar sus causas y posibles soluciones.


Las principales desventajas de la malla se relacionan con la cantidad de cable y el número de puertos de entrada/salida necesarios. En primer lugar, la instalación y reconfiguración de la red es difícil, debido a que cada dispositivo debe estar conectado a cualquier otro. En segundo lugar, la masa de cables puede ser mayor que el espacio disponible para acomodarla (en paredes, techos o suelos). Y, finalmente, el hardware necesario para conectar cada enlace (puertos de E/S y cables) puede ser prohibitivamente caro. Por estas razones, las topologías en malla se suelen instalar habitualmente en entornos reducidos -por ejemplo, en una red troncal que conecte las computadores principales de una red híbrida que puede incluir varias topologías más. Estrella En la topología en estrella cada dispositivo solamente tiene un enlace punto a punto dedicado con el controlador central, habitualmente llamado concentrador. Los dispositivos no están directamente enlazados entre sí. A diferencia de la topología en malla, la topología en estrella no permite el tráfico directo de dispositivos. El controlador actúa como un intercambiador: si un dispositivo quiere enviar datos a otro, envía los datos al controlador, que los retransmite al dispositivo final (véase la figura 3.52)

. Figura 3.52 Topología en estrella Una topología en estrella es más barata que una topología en malla. En una estrella, cada dispositivo necesita solamente un enlace y un puerto de entrada/salida para conectarse a cualquier número de dispositivos. Este factor hace que también sea más fácil de instalar y reconfigurar. Además, es necesario instalar menos cables, y la conexión, desconexión y traslado de dispositivos afecta solamente a una conexión: la que existe entre el dispositivo y el concentrador. Otra ventaja de esta red es su robustez. Si falla un enlace, solamente este enlace se verá afectado. Todos los demás enlaces permanecen activos. Este factor permite también identificar y aislar los fallos de una forma muy sencilla. Mientras funcione el concentrador, se puede usar como monitor para controlar los posibles problemas de los enlaces y para puentear los enlaces con defectos.


Sin embargo, aunque una estrella necesita menos cable que una malla, cada nodo debe estar enlazado al nodo central. Por esta razón, en la estrella se requiere más cable que en otras topologías de red (como el árbol, el anillo o el bus). Árbol La topología en árbol es una variante de la de estrella. Como en la estrella, los nodos del árbol están conectados a un concentrador central que controla el tráfico de la red. Sin embargo, no todos los dispositivos se conectan directamente al concentrador central. La mayoría de los dispositivos se conectan a un concentrador secundario que, a su vez, se conecta al concentrador central (véase la figura 3.53).

. Figura 3.53 Topología en árbol El controlador central del árbol es un concentrador activo. Un concentrador activo contiene un repetidor, es decir, un dispositivo hardware que regenera los patrones de bits recibidos antes de retransmitirlos. Retransmitir las señales de esta forma amplifica su potencia e incrementa la distancia a la que puede viajar la señal. Los concentradores secundarios pueden ser activos o pasivos. Un concentrador pasivo proporciona solamente una conexión física entre los dispositivos conectados. Las ventajas y las desventajas de la topología en árbol son generalmente las mismas que las de una estrella. Sin embargo, la inclusión de concentradores secundarios tiene dos ventajas más. Primero, permite que se conecten más dispositivos a un único concentrador central y puede, por tanto, incrementar la distancia que puede viajar la señal entre dos dispositivos. Segundo, permite a la red aislar y priorizar las comunicaciones de distintas computadoras. Por ejemplo, las computadoras conectadas a un concentrador secundario pueden tener más prioridad que las computadoras conectadas a otro concentrador secundario. De esta forma, los diseñadores de la red y el operador pueden garantizar que los datos sensibles con restricciones de tiempo no tienen que esperar para acceder a la red. La tecnología de TV por cable es un buen ejemplo de topología en árbol, ya que el cable principal, que sale de las instalaciones centrales, se divide en grandes ramas y cada rama se


subdivide en otras más pequeñas hasta que sé llega a los consumidores finales. Los concentradores se usan cada vez que se divide el cable. Bus Todos los ejemplos anteriores describen configuraciones punto a punto. Sin embargo, una topología de bus es multipunto. Un cable largo actúa como una red troncal que conecta todos los dispositivos en la red (véase la figura 3.54).

. Figura 3.54 Topología en bus

Los nodos se conectan al bus mediante cables de conexión o de bajada y un conector al bus. Un cable de bajada es una conexión que va desde el dispositivo al cable principal. El conector que va final del cable de bajada puede ser en forma de T y se conecta al cable principal cortando el cable e intercalando el conector o se punza el cable para crear un contacto con el núcleo metálico. Cuando las señales viajan a través de la red troncal, parte de su energía se transforma en calor, por lo que la señal se debilita a medida que viaja por el cable. Por esta razón, hay un límite en el número de conexiones que un bus puede soportar y en la distancia entre estas conexiones. Entre las ventajas de la topología de bus se incluye la sencillez de instalación. El cable troncal puede tenderse por el camino más eficiente y, después, los nodos se pueden conectar al mismo mediante líneas de conexión de longitud variable. De esta forma se puede conseguir que un bus use menos cable que una malla, una estrella o una topología en árbol. Por ejemplo, en una estrella cuatro dispositivos situados en la misma habitación necesitarían cuatro cables de longitud suficiente para recorrer todo el camino hasta el concentrador. Un bus elimina esta redundancia. Solamente el cable troncal se extiende por toda la habitación. Cada línea de conexión únicamente tiene que ir hasta el punto del troncal más cercano. Entre sus desventajas se incluye lo dificultoso de su reconfiguración y del aislamiento de los fallos. Habitualmente, los buses se diseñan para tener una eficiencia óptima cuando se instalan. Por tanto, puede ser difícil añadir nuevos dispositivos. Como se dijo anteriormente, la reflexión de la señal en los conectores puede causar degradación de su calidad. Esta degradación se puede controlar limitando el número y el espacio de los dispositivos conectados a una determinada longitud de cable. Añadir nuevos dispositivos puede obligar a modificar o reemplazar el cable troncal.


Además, un fallo o rotura en el cable del bus interrumpe todas las transmisiones, incluso entre dispositivos que están en la parte de red que no falla. Esto se debe a que el área dañada refleja las señales hacia la dirección del origen, creando ruido en ambas direcciones. Anillo En una topología en anillo cada dispositivo tiene una línea de conexión dedicada y punto a punto solamente con los dos dispositivos que están a sus lados. La señal pasa a lo largo del anillo en una dirección, o de dispositivo a dispositivo, hasta que alcanza su destino. Cada dispositivo del anillo incorpora un repetidor. Cuando un dispositivo recibe una señal para otro dispositivo, su repetidor regenera los bits y los retransmite al anillo (véase la figura 3.55).

. Figura 3.55 Topología en anillo Un anillo es relativamente fácil de instalar y reconfigurar. Cada dispositivo está enlazado solamente a sus vecinos inmediatos (bien físicos o lógicos). Para añadir o quitar dispositivos, solamente hay que mover dos conexiones. Las únicas restricciones están relacionadas con aspectos del medio físico y el tráfico (máxima longitud del anillo y número de dispositivos). Además, los fallos se pueden aislar de forma sencilla. Generalmente, en un anillo hay una señal en circulación continuamente. Si un dispositivo no recibe una señal en un período de tiempo especificado, puede emitir una alarma. La alarma alerta al operador de red de la existencia del problema y de su localización. Sin embargo, el tráfico unidireccional puede ser una desventaja. En anillos sencillos, una rotura del anillo (como por ejemplo una estación inactiva) puede inhabilitar toda la red. Esta debilidad se puede resolver usando un anillo dual o un conmutador capaz de puentear la rotura. Topologías híbridas A menudo, una red combina varias topologías mediante subredes enlazadas entre sí para formar una topología mayor. Por ejemplo, un departamento de una empresa puede decidir


usar una topología de bus mientras otro puede tener un anillo. Ambas pueden ser conectadas entre sí a través de un controlador central mediante una topología en estrella (véase la figura 3.56).

. Figura 3.56 Topología híbrida

3.5.2 Técnicas de Conmutación En secciones anteriores se estudió la forma en que se codifica y transmite la información sobre un enlace de comunicaciones. Ahora nos centraremos en una discusión más general acerca de las redes, las cuales pueden usarse para interconectar varios dispositivos. Primero se habla acerca de las redes de comunicación conmutadas (principalmente redes de área amplia) que utilizan los enfoques tradicionales para el diseño de redes conmutadas: Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes. Finalmente se hablará de una forma muy común de conmutación de paquetes conocida como retransmisión de tramas (Frame Relay) y de otra técnica de conmutación de paquetes de tamaño pequeño e iguales conocida como conmutación de celdas. La conmutación de circuitos ha sido la tecnología dominante en las comunicaciones de voz desde la invención del teléfono, y así ha seguido siendo con la llegada de la era digital. Esta sección presenta las características principales de las redes de conmutación de circuitos. En torno a 1970 se ideó una nueva forma de arquitectura para comunicaciones de datos digitales de larga distancia: la conmutación de paquetes. Aunque la tecnología de esta técnica de conmutación ha evolucionado sustancialmente desde entonces, hay que mencionar: (1) que la tecnología básica en conmutación de paquetes es esencialmente la misma en la actualidad que la de las redes de principios de los años setenta, y (2) que la conmutación de paquetes continúa siendo una de las pocas tecnologías efectivas para comunicaciones de datos a larga distancia. En esta sección se presenta la tecnología de conmutación de paquetes. Se verá que muchas de las ventajas de esta tecnología (flexibilidad, compartición de recursos, robustez, efectividad) conllevan un costo. Una red de conmutación de paquetes es un conjunto distribuido de nodos de conmutación de paquetes, los cuales, idealmente, conocen siempre el estado de la red completa. Desgraciadamente, dado que los nodos se encuentran


distribuidos, existe un tiempo de retardo entre la producción de un cambio en el estado de una parte de la red y la constatación de dicho cambio por parte de todos los nodos. Además, existe un costo adicional asociado a la comunicación de la información relativa al estado. En consecuencia, una red de conmutación de paquetes nunca funcionará perfectamente, utilizándose complicados algoritmos para solventar el retardo temporal y los costos debidos al funcionamiento de la red. Para la transmisión de datos más allá de un entorno local, la comunicación se realiza normalmente mediante la transmisión de datos desde el origen hasta el destino a través de una red de nodos de conmutación intermedios. Este diseño de red conmutada se usa también a veces para implementar redes LAN. El contenido de los datos no es del interés de los nodos de conmutación, sino que el propósito de estos últimos es proporcionar un servicio de conmutación que posibilite el intercambio de datos entre nodos hasta alcanzar el destino deseado. En la figura 3.57 se muestra una red sencilla, en la que los dispositivos finales que desean comunicarse se denominan estaciones. Éstas pueden ser computadores, terminales, teléfonos u otros dispositivos de comunicación. Por su parte, a los dispositivos de conmutación cuyo objetivo es proporcionar la comunicación se les denomina nodos. Los nodos están conectados entre sí mediante enlaces de transmisión, formando una topología dada. Cada estación se conecta a un nodo, llamándose red de comunicaciones al conjunto de todos los nodos.

Figura 3.57 Red de conmutación simple

Los tipos de redes estudiadas en este capítulo se denominan redes de comunicación conmutadas. Los datos que entran a la red procedente de una estación se encaminan hacia el destino mediante su conmutación de nodo en nodo. Por ejemplo, en la figura 3.57, los


datos desde la estación A con destino a la estación F se envían al nodo 4. Éstos se pueden encaminar hasta el destino a través de los nodos 5 y 6, o bien vía los nodos 7 y 6. Diversas consideraciones se pueden realizar acerca de las redes conmutadas: Algunos nodos sólo se conectan con otros nodos (por ejemplo, los nodos 5 y 7), siendo su única tarea la conmutación interna (en la red) de los datos. Otros nodos tienen también conectadas una o más estaciones, de modo que, además de sus funciones de conmutación, estos nodos aceptan datos desde y hacia las estaciones conectadas a ellos. Los enlaces entre nodos están normalmente multiplexados, utilizándose multiplexación por división en frecuencias (FDM) o por división en el tiempo (TDM). Por lo general, la red no está completamente conectada; es decir, no existe un enlace directo entre cada posible pareja de nodos. Sin embargo, siempre resulta deseable tener mas de un camino posible a través de la red para cada par de estaciones. Esto mejora la confiabilidad o seguridad de la red. En las redes conmutadas de área amplia se emplean dos tecnologías diferentes: conmutación circuitos y conmutación de paquetes. Estas dos tecnologías difieren en la forma en que los nodos conmutan la información entre enlaces en el camino desde el origen hasta el destino.

3.5.2.1 Conmutación de circuitos Las comunicaciones mediante la conmutación de circuitos implican la existencia de un camino o canal de comunicación dedicado entre dos estaciones, el cual consiste en una secuencia de enlaces conectados entre nodos de la red. En cada uno de los enlaces físicos se dedica un canal lógico para cada conexión establecida. La comunicación vía la conmutación de circuitos implica tres fases, que se pueden explicar haciendo referencia a la figura 3.57 Establecimiento del circuito. Antes de transmitir señal alguna, se debe establecer un circuito extremo a extremo (estación a estación). Por ejemplo, la estación A envía una solicitud al nodo 4 pidiendo una conexión con la estación E. Generalmente, el enlace entre A y 4 es una línea dedicada, por lo que esa parte de la conexión existe ya. El nodo 4 debe encontrar el siguiente enlace de la ruta para alcanzar el nodo 6. En función de la información de encaminamiento y de las medidas de disponibilidad y, quizá, del costo, el nodo 4 selecciona el enlace hacia el nodo 5, reserva un canal libre del enlace (utilizando FDM o TDM) y envía un mensaje a E solicitando la conexión. Tras esto queda establecido un camino dedicado desde A hasta 5 a través de 4. Dado que pueden existir varias estaciones conectadas al nodo 4, éste debe ser capaz de establecer rutas internas desde varias estaciones a múltiples nodos. El resto del proceso es similar. El nodo 5 reserva un canal hasta el nodo 6 y asigna internamente este canal al que viene desde el nodo 4. El nodo 6 completa la conexión con E, para lo cual se realiza un test con objeto de determinar si E está ocupada o, por el contrario, se encuentra lista para aceptar la conexión. Transferencia de datos. Tras el establecimiento del circuito se puede transmitir la información desde A hasta E a través de la red. Los datos pueden ser analógicos o digitales, dependiendo de la naturaleza de la red. Debido a la tendencia actual de migración hacia


redes digitales completamente integradas, la utilización de transmisiones digitales (binarias) tanto de voz como de datos se está convirtiendo en el método de comunicaciones predominante. El camino del ejemplo está constituido por el enlace A-4 (conmutación interna a través de 4), el canal 4-5 (conmutación interna a través de 5), el canal 5-6 (conmutación interna a través de 6) y el enlace 6-E. Normalmente, la conexión es full-duplex. Desconexión del circuito. Tras la fase de transferencia de datos, la conexión finaliza por orden de una de las dos estaciones involucradas. Las señales se deben propagar a los nodos 4, 5 y 6 para que éstos liberen los recursos dedicados a la conexión que se cierra. Obsérvese que el canal de conexión se establece antes de que comience la transmisión de datos, por lo que la capacidad del canal se debe reservar entre cada par de nodos en la ruta y cada nodo debe ser capaz de conmutar internamente para gestionar la conexión solicitada. En definitiva, los conmutadores deben contar con la inteligencia necesaria para realizar estas reservas y establecer una ruta a través de la red. La conmutación de circuitos puede llegar a ser bastante ineficiente. La capacidad del canal se dedica permanentemente a la conexión mientras dura ésta, incluso si no se transfieren datos. Aunque no se alcanza el 100%, la utilización puede ser bastante alta para una conexión de voz. Por su parte, para comunicaciones entre un terminal y un computador, es posible que el canal esté libre durante la mayor parte de la conexión. Desde el punto de vista de las prestaciones, existe un retardo previo a la transferencia de las señales debido al establecimiento de la llamada; no obstante, una vez establecido el circuito, la red es transparente para los usuarios. La información se transmite a una velocidad fija sin otro retardo que el de propagación a través de los enlaces de transmisión, siendo despreciable el retardo introducido por cada nodo de la ruta.

Figura 3.58 Red pública de conmutación de circuitos

La conmutación de circuitos fue desarrollada para el tráfico de voz, pero en la actualidad se usa también para el tráfico de datos. El mejor ejemplo conocido de una red de conmutación de circuitos es el de la red telefónica pública {véase la figura 3.58), la cual es en la


actualidad un conjunto de redes nacionales interconectadas para ofrecer un servicio internacional. Aunque fue ideada e implementada inicialmente para ofrecer un servicio de telefonía analógica a los abonados, en la actualidad opera con una gran cantidad de tráfico de datos vía módem y está siendo convertida progresivamente en una red digital. Otra aplicación bien conocida de la conmutación de circuitos son las centralitas privadas (PBX, Prívate Branch eXchange), usadas para conectar los teléfonos dentro de un edificio u oficina. También se utiliza la conmutación de circuitos en redes privadas. Este tipo de redes se utiliza usualmente en compañías u organizaciones para conectar sus diferentes delegaciones o sedes. Una red de este tipo consta normalmente de una serie de PBX, cada una de las cuales se sitúa en una sede y que están interconectadas entre sí a través de líneas alquiladas a alguno de los operadores de telecomunicaciones, como por ejemplo Telmex. Un último ejemplo de aplicación de la conmutación de circuitos es la conmutación de datos. Ésta es similar a las PBX, pero en este caso se interconectan dispositivos de procesamiento de datos digitales, como terminales y computadores. Una red pública de telecomunicaciones se puede describir a través de los cuatro componentes que forman su arquitectura: • Abonados: dispositivos que se conectan a la red. La mayoría de los dispositivos de abonado en redes de telecomunicación públicas continúan siendo en la actualidad los teléfonos, s: bien el porcentaje de tráfico de datos crece año tras año. • Línea de abonado: enlace entre el abonado y la red, también denominado bucle de abonado o bucle local. En casi todas las conexiones de bucle local se hace uso de cable de par trenzado. La longitud del bucle local está normalmente comprendida en el rango que va desde unos pocos kilómetros hasta varias decenas de ellos. • Centrales: centros de conmutación de la red. Aquellos centros de conmutación a los que se conectan directamente los abonados se denominan centrales finales. Generalmente, una central final da servicio a varios miles de abonados en un área geográfica localizada. Existen alrededor de 19.000 centrales finales en los Estados Unidos, por lo que es claramente imposible en la práctica la existencia de un enlace directo entre cada dos centrales finales cualesquiera; esto requeriría del orden de 2 x 108 enlaces. En lugar de ello se utilizan nodos de conmutación intermedios. • Líneas troncales: enlaces entre centrales. Las líneas troncales (trunk) transportan varios circuitos de voz haciendo uso de FDM o de TDM síncrona. Con anterioridad, al conjunto de estas líneas se le denominaba sistema de transporte. Los abonados se conectan directamente a una central final, la cual conmuta el tráfico entre abonados y entre un abonado y otras centrales de larga distancia. Las otras centrales son responsables de encaminar y conmutar el tráfico entre centrales finales. Esta distinción se muestra en la figura 3.59. Para comunicar entre sí dos abonados que están conectados a la misma central final, se establece un circuito entre ellos en la forma descrita anteriormente. Si los abonados están conectados a dos centrales finales diferentes, el circuito establecido entre ellos consistirá en una concatenación de circuitos a través de una o más centrales intermedias. En la citada


figura se establece una conexión entre las líneas a y b simplemente mediante un circuito a través de la central final. Por su parte, la conexión entre c y d es más compleja. En este caso, la central final de c establece una conexión entre la línea c y un canal sobre una línea troncal TDM al conmutador intermedio. En este conmutador, el canal se conecta a un canal de un enlace TDM a la central final de d. En esta central final, el canal se conecta con la línea d.

Figura 3.59 Establecimiento de un circuito La tecnología de conmutación de circuitos se desarrolló para las aplicaciones de tráfico de voz. Uno de los aspectos clave del tráfico de voz es que no debe haber prácticamente retardo en la transmisión ni, por supuesto, variaciones en el mismo. La velocidad de transmisión de la señal se debe mantener constante, ya que tanto la emisión como la recepción se realizan a la misma velocidad. Estos requisitos son necesarios para permitir una conversación humana normal. Es más, la calidad de la señal recibida debe ser suficientemente elevada para proporcionar, como mínimo, inteligibilidad. La conmutación de circuitos está ampliamente extendida, ocupando una posición predominante debido a que es adecuada para la transmisión analógica de señales de voz. En el mundo digital actual resultan más relevantes sus limitaciones. No obstante, a pesar de sus inconvenientes, la conmutación de circuitos continúa siendo una atractiva alternativa tanto para redes de área local como para redes de área amplia. Una de sus ventajas principales es la transparencia: una vez que se ha establecido el circuito, éste parece una conexión directa entre las dos estaciones conectadas, no siendo necesaria la inclusión de lógica de red especial en las estaciones. Para comprender mejor la tecnología de conmutación de circuitos, consideremos un ejemplo del funcionamiento de un solo nodo conmutado. Una red diseñada en torno a un


único nodo de conmutación de circuitos consiste en un conjunto de estaciones conectadas a una unidad central de conmutación. El conmutador central establecerá un canal dedicado entre dos dispositivos cualquiera que deseen comunicarse. En la figura 3.60 se muestran los elementos principales de una red de un solo nodo como la mencionada. Las líneas discontinuas dentro del conmutador simbolizan las conexiones que se encuentran activas en un momento dado.

Figura 3.60 Elementos de nodo de conmutación de circuitos

La parte central de todo sistema moderno es el conmutador digital, cuya función es proporcionar una ruta transparente entre dos dispositivos conectados cualquiera. El camino es transparente en el sentido de que parece como si existiese una conexión directa entre los dispositivos. Generalmente, la conexión debe permitir transmisión full-duplex. El elemento de interfaz de red incluye las funciones y el hardware necesarios para conectar dispositivos digitales, como dispositivos de procesamiento de datos y teléfonos digitales, a la red. Los teléfonos analógicos también se pueden conectar si la interfaz de red contiene la lógica necesaria para convertir la señal a digital. Las líneas troncales a otros conmutadores digitales transportan señales TDM y proporcionan los canales para la construcción de redes de varios nodos.


La unidad de control realiza tres tareas generales. En primer lugar, establece conexiones, lo cual se realiza generalmente bajo demanda; es decir, ante la solicitud de un dispositivo conectado a la red. Para establecer la conexión, la unidad de control debe gestionar y confirmar la petición, determinar si la estación de destino está libre y construir una ruta a través del conmutador. En segundo lugar, la unidad de control debe mantener la conexión. Dado que el conmutador digital utiliza una aproximación por división en el tiempo, esta segunda tarea puede precisar un control continuo de los elementos de conmutación. No obstante, los bits de la comunicación se transfieren de forma transparente (desde el punto de vista de los dispositivos del nodo). Por último, la unidad de control debe liberar la conexión, bien en respuesta a una solicitud generada por una de las partes o por razones propias. Una característica importante de un dispositivo de conmutación de circuitos es si es bloqueante o no bloqueante. El bloqueo se produce cuando la red no puede conectar dos estaciones debido a que todos los posibles caminos entre ellas están siendo ya utilizados. Una red bloqueante es aquella en la que es posible el bloqueo. Por su parte, una red no bloqueante se caracteriza porque permite que todas las estaciones se conecten simultáneamente (por parejas) y garantiza el servicio a todas las solicitudes de conexión posibles siempre que el destino esté libre. La configuración bloqueante resulta generalmente aceptable cuando una red sólo admite tráfico de voz, ya que se espera que la mayor parte de las llamadas telefónicas sean de corta duración y que, por tanto, sólo una fracción de los teléfonos estén ocupados todo el tiempo. Sin embargo, estas suposiciones pueden no ser válidas cuando se trata de dispositivos de procesamiento de datos. Por ejemplo, para una aplicación de entrada de datos, un terminal puede estar continuamente conectado a un computador durante horas. Por tanto, para aplicaciones de datos se necesita una configuración no bloqueante o casi no bloqueante (es decir, con una probabilidad de bloqueo muy baja). Veamos ahora las técnicas de conmutación internas a un nodo de conmutación de circuitos. Conmutación por división en el espacio En la conmutación por división en el espacio, los caminos en el circuito están separados unos de otros espacialmente. Esta tecnología fue diseñada inicialmente para su uso en redes analógicas pero se usa actualmente tanto en redes digitales como analógicas. Ha evolucionado a través de una larga historia con muchos diseños. Conmutadores de barras cruzadas Un conmutador de barras cruzadas conecta n entradas con m salidas en una rejilla, utilizando microconmutadores electrónicos (transistores) en cada punto de cruce (véase la figura 3.61. La principal limitación de este diseño es el número de puntos de cruce que se requieren. La conexión de n entradas con m salidas utilizando un conmutador de barras cruzadas requiere n x m puntos de cruce. Por ejemplo, para conectar 1.000 entradas a 1.000 salidas se requiere un conmutador de barras cruzadas con 1.000.000 de cruces. Esto hace que este tipo de conmutadores sea impracticable debido a su enorme tamaño. Además, este tipo de conmutadores es ineficiente debido a que las estadísticas muestran que en la


práctica menos del 25 % de los cruces se están utilizando en un momento determinado. El resto no se utilizan.

Figura 3.61 Conmutador de barras cruzadas

Conmutadores multietapa La solución a las limitaciones del conmutador de barras cruzadas es utilizar conmutadores multietapa, que combinan conmutadores de barras cruzadas en varias etapas. En la conmutación multietapa, los dispositivos se conectan a los conmutadores que, a su vez, se conectan a una jerarquía de otros conmutadores (véase la figura 3.62). El diseño de un conmutador multietapa depende del número de etapas y del número de conmutadores necesarios (o deseados) en cada etapa. Normalmente, las etapas centrales tienen menos conmutadores que las primeras y últimas etapas. Por ejemplo, imagine que se quiere un conmutador multietapa como el de la figura 3.62 para hacer el trabajo de un único conmutador de barras cruzadas de 15 por 15. Asuma que se ha decidido un diseño en tres etapas que utiliza tres conmutadores en las etapas inicial y final y dos conmutadores en la etapa central. Debido a que hay tres conmutadores en la etapa inicial, cada uno de ellos recibe las entradas de la tercera parte de los dispositivos de entrada, con cinco entradas cada uno (5 x 3 = 15). A continuación, cada uno de los conmutadores de la etapa inicial debe tener una salida que se conecte a cada uno de los conmutadores de la etapa central. Hay dos conmutadores centrales; por tanto, cada conmutador de la primera etapa tiene dos salidas. Cada uno de los conmutadores de la etapa final debe tener entradas de cada uno de los conmutadores intermedios; dos conmutadores intermedios dan lugar a dos entradas. Los conmutadores intermedios deben conectarse a los tres conmutadores finales y, por lo tanto, deben tener tres entradas y tres salidas cada uno de ellos.


Figura 3.62 Conmutador multietapa Caminos múltiples. Los conmutadores multietapa proporcionan varias opciones para conectar cada par de dispositivos. La figura 3.63 muestra dos modos en el que el tráfico puede circular de una entrada a una salida utilizando el conmutador diseñado en el ejemplo anterior.

Figura 3.63 Caminos en un conmutador multietapa En la figura 3.63ase establece un camino entre la línea de entrada 4 y la línea de salida 9. En este caso, el camino utiliza el conmutador intermedio inferior y la línea central de éste alcanza al conmutador de la última etapa conectado a la línea 9. La figura 3.63b muestra un camino entre la misma línea de entrada 4 y la misma línea de salida 9 utilizando el conmutador intermedio superior. A continuación, se van a comparar el número de cruces en un conmutador de una etapa de barras cruzadas de 15 por 15 con el conmutador multietapa 15 por 15 que se ha descrito anteriormente. En un conmutador de una etapa se necesitan 225 puntos de cruce (15 x 15). En un conmutador multietapa se necesitan: • Tres conmutadores en la primera etapa, cada uno con 10 puntos de cruce (5 x 2), con un

total de 30 puntos de cruce en la primera etapa. • Dos conmutadores en la segunda etapa, cada uno con 9 puntos de cruce (3 x 3), con un

total de 18 puntos de cruce en la segunda etapa.


• Tres conmutadores en la tercera etapa, cada uno con 10 puntos de cruce (5 x 2), con un total de 30 puntos de cruce en la última etapa.

El número total de puntos de cruce requeridos en nuestro conmutador multietapa es 78. En este ejemplo, el conmutador multietapa sólo requiere un 35 % de lo puntos de cruce que requiere el conmutador de una etapa. Bloqueo. Este ahorro viene asociado, sin embargo, con un costo. La reducción en el número de puntos de cruce da lugar a un fenómeno denominado bloqueo durante periodos de mucho tráfico. El bloqueo aparece cuando una entrada no se puede conectar a la salida debido a que no existe un camino disponible entre ellas; todos los conmutadores intermedios se encuentran ocupados. En un conmutador de una sola etapa, el bloqueo no ocurre. Debido a que cada combinación de entrada y salida tiene su propio punto de cruce, siempre existe un camino disponible. (No se tienen en cuentan los casos en los que dos entradas intenten conectarse a la misma salida. En este caso el camino no está bloqueado, la salida simplemente está ocupada.) En el conmutador multietapa descrito en el ejemplo anterior, sin embargo, sólo dos de las cinco primeras etapas pueden utilizar el conmutador al mismo tiempo, sólo dos de las segundas cinco entradas pueden utilizar el conmutador al mismo tiempo, y así sucesivamente. El pequeño número de salidas en la etapa intermedia incrementa además la restricción sobre el número de enlaces disponibles. En sistemas más grandes, como aquellos que tienen 10,000 entradas y salidas, el número de etapas puede incrementarse para reducir el número de puntos de cruce requeridos. Cuando se incrementa el número de etapas, sin embargo, los posibles bloqueos también se incrementan. Mucha gente ha experimentado esta situación de bloqueo en los sistemas telefónicos públicos cuando ocurre un desastre natural y se realizan muchas llamadas para comprobar o tranquilizar a los familiares. En estos casos se excede la carga normal del sistema y la comunicación puede ser imposible. Bajo circunstancias normales, sin embargo, el bloqueo por lo general no es un problema. En países que pueden afrontarlo, el número de conmutadores entre líneas se calcula de forma que el bloqueo sea improbable. La fórmula para encontrar este número se basa en análisis estadístico, el cual se encuentra fuera del ámbito de este libro. Conmutadores por división en el tiempo La conmutación por división en el tiempo utiliza multiplexación por división en el tiempo para conseguir la conmutación. Hay dos métodos populares utilizados en la multiplexación por división en el tiempo: el intercambio de ranuras temporales y conmutación mediante bus TDM. Intercambio de ranuras temporales (TSI, Time-Slot Interchange) La figura 3.64 muestra un sistema que conecta cuatro líneas de entrada a cuatro líneas de salida. Imagine que cada línea de entrada quiere enviar datos a una línea de salida de acuerdo al siguiente patrón:


1 à 3 2 à 4 3 à 1 4 à 2 La figura 3.64a muestra los resultados de la multiplexación por división en el tiempo normal. Como puede observar, la tarea deseada no puede llevarse a cabo. Los datos aparecen en la salida en el mismo orden en el que fueron introducidos. Los datos se encaminan de 1 a 1, de 2 a 2, de 3 a 3 y de 4 a 4.

Figura 3.64 Multiplexación TDM con y sin TSI En la figura 3.64, sin embargo, se inserta un dispositivo en el enlace denominado intercambio de ranuras temporales (TSI). Un TSI cambia el orden de las ranuras temporales según las conexiones deseadas. En este caso, se cambia el orden de los datos de A, B, C y D a C, D, A, B. Ahora, cuando el demultiplexor separa las ranuras, las pasa a las salidas apropiadas. En la figura 3.65 se muestra el funcionamiento de un TSI. Un TSI consta de una memoria de acceso aleatorio (RAM) con varias posiciones de memoria. El tamaño de cada posición es igual al tamaño de una ranura de tiempo. El número de posiciones es igual al número de entradas (en la mayoría de los casos, el número de entradas y salidas es igual). La RAM se llena con los datos que llegan en las ranuras temporales en el orden recibido. Las ranuras son enviadas en un orden basado en las decisiones de una unidad de control.


Figura 3.65 Intercambio de Ranuras Temporales Bus TDM La figura 3.66 muestra una versión muy simplificada de un bus TDM. Las líneas de entrada y salida se conectan a un bus de alta velocidad a través de puertas de entrada y salida (micro-conmutadores). Cada puerta de entrada está cerrada durante una de las cuatro ranuras temporales. Durante la misma ranura, sólo una puerta de salida está también cerrada. Este par de puertas permite que una ráfaga de datos sea transferida entre una determinada línea de entrada y de salida utilizando el bus. La unidad de control abre y cierra las puertas de acuerdo a las necesidades de conmutación. Por ejemplo, en la figura anterior, en la primera ranura de tiempo se cerrará la puerta de entrada 1 y la puerta de salida 3; durante la segunda ranura de tiempo se cerrará la puerta de entrada 2 y de salida 4; y así sucesivamente. Un bus TDM plegado se puede construir con líneas dúplex (entrada y salida) y puertas duales. Combinaciones de conmutación por división en el tiempo y en el espacio Cuando se compara la conmutación por división en el tiempo y en el espacio, aparecen algunos aspectos interesantes. La ventaja de la conmutación por división en el espacio se encuentra en que es instantánea. Su desventaja se encuentra en el número de puntos de cruce necesarios para que la conmutación por división en el espacio sea aceptable en términos de bloqueo. La ventaja de la conmutación por división en el tiempo se encuentra en que no necesita puntos de cruce. Su desventaja, en el caso de TSI, es que el procesamiento de cada conexión crea retardos. Cada ranura debe almacenarse en la RAM y luego ser recuperada para transmitirla. En una tercera opción, se pueden combinar ambos tipos de conmutación para combinar las ventajas de ambas. La combinación de los dos tipos de conmutación da lugar a conmutadores que se encuentran optimizados tanto físicamente (el número de puntos de cruce) como temporalmente (la cantidad de retardo). Los conmutadores multietapa de este


tipo se pueden diseñar como tiempo-espacio-tiempo (TST, time-space-time), tiempo-espacio-espacio-tiempo (TSST, time-space-space-time), espacio-tiempo-tiempo-espacio (STTS, space-time-time-space) u otras posibles combinaciones.

Figura 3.66 Bus TDM La figura 3.67 muestra un sencillo conmutador TSI que consta de dos etapas temporales y una etapa espacial, y tiene 12 entradas y 12 salidas. En lugar de un conmutador por división en el tiempo, se dividen las entradas en tres grupos (de cuatro entradas cada uno) y las encamina a tres conmutadores TSI. El resultado en este caso es que el retardo medio es una tercera parte del que existiría en un conmutador TSI que manejase las 12 entradas.


Figura 3.67 Conmutador TSI

La última etapa es una imagen especular de la primera. La etapa intermedia es un conmutador por división en el espacio (de barras cruzadas) que conecta los grupos de conmutadores TSI juntos para permitir la conectividad entre todos los posibles pares de entrada y salida (por ejemplo, conecta la entrada 3 del primer grupo a la salida 7 del segundo). Red telefónica conmutada Si existieran solo tres o cuatro teléfonos en una localidad, sería sensato conectar cada teléfono al otro y se podría escoger un método simple para conectarse con alguno de ellos. Sin embargo existen tres mil a cuatro mil teléfonos en una localidad. Entonces es apropiado conectar cada teléfono a una central, la cual efectuará la conmutación requerida. Esta conmutación ha sido del tipo manual simple o con mecanismos electromecánicos o electrónicos. De cualquier modo la solución de la "oficina central" es el método que ha sido escogido por la industria de las Telecomunicaciones. El modo de conectar estos miles de teléfonos a la oficina central ha sido usando la topología tipo estrella; todas las líneas son direccionadas a una sola estación, y todas terminan en el núcleo central de la estrella - La oficina central - (Central Office CO). Estas conexiones se denominan La Planta de Conmutación local y la compañía que dirige esta función se le denomina la portadora de conmutación local (Local Exchange carrier LEC). Las conexiones a los abonados se denomina frecuentemente el "Loop Local", bucle de abonado y otros lo denominan "La última milla". En otros términos técnicos, la sección más cercana al cliente es llamada la planta de distribución y la sección cercana a la oficina central, La planta alimentadora.


Figura 3.68 Secciones de la PSTN

Nombres particulares son aplicados a las diversas partes de la PSTN; Las oficinas locales son denominadas de Clase-5; Las oficinas Tandem del tipo Toll son generalmente las oficinas de clase 4 Pero ¿qué tiene de particular una llamada telefónica que no es originada y terminada dentro de la cobertura geográfica de una oficina central?, ¿Cómo nosotros nos comunicamos con otra ciudad u otro país?. La respuesta, por supuesto, es conectar estas centrales a una oficina de mayor nivel (Ver figura 3.69). Se le dan números a estos niveles de oficina, la oficina local, también denominada oficina de clase 5. La oficina a la cual se conecta esta es de clase 4 y así sucesivamente, estando en el nivel máximo, la oficina de clase 1, y aparecen solo en unos cuantos lugares de un país. La jerarquia de los sistemas de conmutación en su forma básica esta conformado por cinco clases de oficinas. Notar que la única oficina que tiene personas como suscriptores es la oficina de clase 5. Las otras oficinas en esta Jerarquía tienen oficinas centrales de menor nivel como "suscriptores". Aquellas líneas que conectan a las oficinas de conmutación, en lugar de suscriptores, son las llamadas Troncales.


La sección por encima de las oficinas de clase 5 no son manejada por las LECs, sino por los portadores de interconmutación (Interenchange carriers IXCs), que vienen a ser los portadores de larga distancia.

Figura 3.69 Jerarquía de una PSTN Esta estructura ha sido denominada "La Jerarquía del Sistema de Conmutación". Toda la red es denominada La Red Telefónica Conmutada Pública (Public Switched Telephone Network - PSTN) Antiguamente se disponía de un solo portador de larga distancia, de aquí que solo un código de área era necesario para comunicarse por larga distancia, La LEC sabía que su tráfico sería manejado por una sola empresa como era ATT en Estados Unidos o Telmex en México. Pero luego aparecerían varios portadores de larga distancia. ¿Qué tenia que hacer una LEC con una llamada particular de larga distancia?, ¿A quién debe dirigirlo?. Esto representó un cambio técnico. En término político se denomina "Igualdad de acceso". Esto quiere decir que para acceder a un portador de Larga distancia, se requiere que la LEC examine el número y direcciones a la portadora de larga distancia apropiada. Este direccionamiento fue desde la CO de la LEC al punto presencia de la IXC. Este punto de Presencia (PoP) debe estar en un edificio adyacente a la empresa de Telecomunicaciones CO, o por conveniencia podría estar situada en los suburbios donde podría atender a varias empresas de telecomunicaciones. La Jerarquía pura de los Sistemas de Conmutación llego a distorsionarse en el tiempo; se aplicaron nuevas jerarquías en la parte de la larga distancia de la red.


Sin embargo, se deberá reconocer que la interconexión entre varias COs puede realizarse sobre pares trenzados de cobre con portadores de Sistemas (ejemplo E1), microondas, satélites y Fibra óptica. Pero esta Jerarquía de red no es la única red en los Sistemas telefónicos de hoy. Hay muchos otros: • Una red de área Local (LAN) es una red de distancia limitada, conectada a un conjunto

de terminales definidos. Puede conectar estaciones de trabajo en una oficina, oficinas de un edificio, y edificios en un campus.

• Una red de área amplia (WAN), forma enlaces metropolitanos entre redes Locales usualmente sobre facilidades de un portador común.

• Las redes inteligentes es un concepto que descentraliza una cantidad significativa de inteligencia en lugar de instalar esta inteligencia en COs individuales.

• La red óptica Sincrona (SONET/SDH) es un conjunto particular de estándares que permiten la interconexión de productos de diferentes proveedores. Usualmente involucra a un anillo de fibra óptica que permite transmitir en ambas direcciones. La norma Europea hace uso de la jeraquía SDH.

• La Internet es realmente bastante diferente de las redes que hemos descrito.Es una red de Paquetes (en lugar de una red conmutada de circuitos), pero, como se ha discutido, esta superpuesta sobre otra red.

• Las redes de señalización de canal común son especialmente importantes, ya que trabajan junto con la PSTN. También emplearemos el término señalización fuera de banda.

En la PSTN original, la señalización y la conversación utilizan la misma troncal común desde el Sistema de conmutación originador hasta el Sistema de conmutación terminal. Este proceso dimensiona a la troncal en todo el Sistema de conmutación. De aquí, si el punto terminal se encuentra ocupado, todas las troncales fueron utilizadas innecesariamente. A los mediados de los 70's, la señalización de canal común fue establecida en las redes utilizando el protocolo llamado Sistema de Señalización N° 7 (SS7). Con este Sistema una ruta de conversación no era asignada hasta que toda la señalización haya sido satisfactoriamente completada. Esta red, fue y es una red de paquete en lugar de una red conmutada de circuitos. La PSTN que ha sido descrita utiliza una configuración de estrella. Pero esta no es la única configuración que sé esta usando en el mundo de las comunicaciones de hoy. Las compañías de CATV, usan la tecnología del árbol. En este caso el headend ó cabecera (es equivalente a la CO) recibe la señal del satélite mezcla la programación y lo reenvía a toda la red. En esta frecuentemente la señal tiene que ser amplificada. En cualquier caso la misma señal es enviada a todos los clientes. Sin embargo, esta metodología le da una desventaja a las compañías de cables, ya que le es difícil enviar señales en ambos sentidos. Por supuesto en un Sistema Telefónico, las señales deben de ser enviadas en ambas direcciones. Las compañías de cable están invirtiendo millones de dólares para mejorar sus Sistemas no solo por la utilización de la fibra en lugar del coaxial sino por el uso de nuevos


dispositivos electrónicos a todos sus nodos con el objetivo de permitir la transmisión en ambos sentidos.

3.5.2.2 Conmutación de Paquetes Las redes de telecomunicaciones de conmutación de circuitos de larga distancia se diseñaron originalmente para el tráfico de voz, siendo aún hoy en día la voz la responsable de la mayor parte del tráfico en estas redes. Una característica fundamental de las redes de conmutación de circuitos es que se dedican recursos internos de la red a una llamada particular; de este modo, para conexiones de voz, el circuito resultante alcanza un alto porcentaje de utilización, puesto que la mayor parte del tiempo está hablando un extremo o el otro. Sin embargo, a medida que las redes de conmutación de circuitos se han ido utilizando de forma creciente para conexiones de datos, se han puesto de manifiesto dos problemas: • En una conexión de datos usuario/estación típica (por ejemplo, un usuario de un

computador personal conectado a un servidor de base de datos) la línea está desocupada la mayor parte del tiempo. Por tanto, la técnica de conmutación de circuitos resulta ineficiente para conexiones de datos.

• En una red de conmutación de circuitos, la conexión ofrece una velocidad de datos

constante, de modo que los dos dispositivos conectados deben transmitir y recibir a la misma velocidad. Esto limita la utilidad de la red para la interconexión de distintos tipos de computadores y estaciones de trabajo.

Para comprender cómo aborda estos problemas la conmutación de paquetes, veamos de forma breve el funcionamiento de esta técnica de conmutación. Los datos se transmiten en paquetes cortos, siendo 1,000 octetos un límite superior típico de la longitud de los mismos. Si un emisor tiene que enviar un mensaje de mayor longitud, éste se segmenta en una serie de paquetes (véase figura 3.70). Cada paquete contiene una parte (o todas en el caso de que se trate de un mensaje corto) de los datos de usuario más cierta información de control. Esta información comprende, como mínimo, la que necesita la red para encaminar el paquete a través de ella y alcanzar el destino deseado. En cada nodo de la ruta, el paquete se recibe, se almacena temporalmente y se envía al siguiente nodo.

Figura 3.70 Utilización de paquetes


Volvamos a la figura 3.57, pero consideremos ahora que la red que en ella se muestra es una red de conmutación de paquetes. Supóngase que se envía un paquete desde la estación A a la estación E. El paquete incluirá información de control indicando que el destino es E. El paquete se envía desde A al nodo 4, el cual almacena el paquete, determina el siguiente nodo en la ruta (digamos 5) y pone en cola el paquete en ese enlace (línea 4-5). Cuando el enlace está disponible, el paquete se transmite hacia el nodo 5, quien lo enviará hacia 6, y éste, finalmente, hacia E. Esta aproximación presenta varias ventajas frente a la conmutación de circuitos:

• La eficiencia de la línea es superior, ya que un único enlace entre dos nodos se puede compartir dinámicamente en el tiempo entre varios paquetes. Los paquetes forman una cola y se transmiten sobre el enlace tan rápidamente como es posible. Por el contrario, en la conmutación de circuitos, la capacidad temporal de un enlace se reserva a priori mediante la utilización de la técnica de multiplexación por división en el tiempo síncrona. Dicho enlace puede estar desocupado la mayor parte del tiempo, puesto que una parte de éste se dedica a una conexión sin datos.

• Una red de conmutación de paquetes puede realizar una conversión en la velocidad

de los datos. Dos estaciones de diferente velocidad pueden intercambiar paquetes, ya que cada una se conecta a su nodo con una velocidad particular.

• Cuando aumenta el tráfico en una red de conmutación de circuitos algunas llamadas

se bloquean; es decir, la red rechaza la aceptación de solicitudes de conexión adicionales mientras no disminuya la carga de la red. En cambio, en una red de conmutación de paquetes éstos siguen aceptándose, si bien aumenta el retardo en la transmisión.

• Se puede hacer uso de prioridades, de modo que si un nodo tiene varios paquetes en

cola para su transmisión, éste puede transmitir primero aquellos con mayor prioridad. Estos paquetes experimentarán así un retardo menor que los de prioridad inferior.

Técnicas de conmutación de paquetes Si una estación tiene que enviar un mensaje de longitud superior a la del tamaño máximo del paquete permitido a través de una red de conmutación de paquetes, fragmenta el mensaje en paquetes y los envía, de uno en uno, hacia la red. La cuestión que surge es cómo gestiona la red esta secuencia de paquetes para encaminarlos en su seno y entregarlos en el destino deseado. Existen dos aproximaciones usadas en las redes actuales: datagramas y circuitos virtuales. En la técnica de datagramas cada paquete se trata de forma independiente, sin referencia alguna a los paquetes anteriores. Esta técnica se muestra en la figura 3.71. Cada nodo elige el siguiente nodo en la ruta del paquete de acuerdo con información recibida de los nodos vecinos acerca de tráfico, fallo en las líneas, etc. De este modo, no todos los paquetes, aunque con el mismo destino, seguirán la misma ruta (véase figura 3.71c), pudiendo


recibirse desordenados en el último nodo. En este ejemplo, el nodo final almacena todos los paquetes y los reordena antes de retransmitirlos al destino. En algunas redes de datagramas es el destino final, en lugar del nodo, el responsable de llevar a cabo la reordenación de los paquetes. También es posible que los paquetes se pierdan en la red; por ejemplo, si un nodo de conmutación de paquetes falla momentáneamente, se perderán todos los paquetes en su cola. De nuevo, será responsabilidad del nodo final o del destino detectar la pérdida de un paquete y decidir cómo recuperarlo. En esta técnica, cada paquete se denomina datagrama y se trata de forma independiente del resto.

Figura 3.71 Conmutación de paquetes mediante datagramas

En la técnica de circuitos virtuales se establece una ruta previa al envío de los paquetes. Una vez establecida ésta, todos los paquetes intercambiados entre dos partes comunicantes siguen dicho camino a través de la red. Esto se ilustra en la figura 3.72. Dado que el camino


es fijo mientras dura la conexión lógica, éste es similar a un circuito en redes de conmutación de circuitos, por lo que se le llama circuito virtual. Además de los datos, cada paquete contiene un identificador de circuito virtual. Cada nodo de la ruta preestablecida sabe hacia dónde dirigir los paquetes, no precisándose por tanto la toma de decisiones de encaminamiento. En un instante de tiempo dado, cada estación puede tener más de un circuito virtual hacia otra u otras estaciones.

Figura 3.72 Conmutación de paquetes mediante circuitos virtuales La principal característica de la técnica de circuitos virtuales es que la ruta entre las estaciones se establece antes de la transferencia de los datos. Obsérvese que esto no significa que sea una ruta dedicada como en el caso de la conmutación de circuitos. Un


paquete continúa siendo almacenado en cada nodo y puesto en cola sobre una línea de salida, mientras que otros paquetes en otros circuitos virtuales pueden compartir el uso de la línea. La diferencia con la técnica de datagramas es que, en circuitos virtuales, el nodo no necesita tomar decisiones de encaminamiento para cada paquete, sino que ésta se toma una sola vez para todos los paquetes que usan dicho circuito virtual. Si dos estaciones desean intercambiar datos durante un periodo de tiempo largo, existen ciertas ventajas al utilizar la técnica de circuitos virtuales. En primer lugar, la red puede ofrecer servicios sobre el circuito virtual, incluyendo orden secuencial y control de errores. El orden secuencial hace referencia al hecho de que, dado que los paquetes siguen la misma ruta, éstos se reciben en el mismo orden en que fueron enviados. El control de errores es un servicio que asegura que los paquetes no sólo se reciben en orden, sino que además son correctos. Por ejemplo, si un paquete en una secuencia del nodo 4 al 6 no llega a este último, o se recibe erróneamente, el nodo 6 puede solicitar al nodo 4 la retransmisión del paquete. Otra ventaja es que los paquetes viajan por la red más rápidamente haciendo uso de circuitos virtuales, ya que no es necesaria una decisión de encaminamiento para cada paquete en cada nodo. Una ventaja del empleo de la técnica de datagramas es que no existe la fase de establecimiento de llamada. De esta forma, si una estación desea enviar sólo uno o pocos paquetes, el envío resultará más rápido. Otra ventaja del servicio datagrama es que, dado que es más rudimentario, resulta más flexible. Por ejemplo, si se produce congestión en una parte de la red, los datagramas entrantes se pueden encaminar siguiendo rutas lejanas a la zona de congestión. En cambio, en la técnica de circuitos virtuales los paquetes siguen una ruta predefinida, por lo que es más difícil para la red solucionar la congestión. Una tercera ventaja es que el envío datagrama es inherentemente más seguro. Con la utilización de circuitos virtuales, si un nodo falla se perderán todos los circuitos virtuales que atraviesan ese nodo. Por el contrario, en el envío datagrama, si un nodo falla los paquetes siguientes pueden encontrar una ruta alternativa que no atraviese dicho nodo. En la interconexión de redes es usual el funcionamiento basado en datagramas. Tamaño del paquete Como se muestra en la figura 3.73, existe una relación importante entre el tamaño de paquete considerado y el tiempo de transmisión. En este ejemplo se supone que existe un circuito virtual desde la estación X a la estación Y a través de los nodos a y b. El mensaje a enviar es de 40 octetos y cada paquete contiene 3 octetos de información de control situada al comienzo del mismo y denominada cabecera. Si el mensaje completo se envía como un único paquete de 43 octetos (3 de cabecera y 40 octetos de datos), éste se envía primero desde la estación X hasta el nodo a {véase Figura 3.73a). Cuando se recibe el paquete completo, éste se puede transmitir de a a b. A su vez, cuando el paquete se recibe en b, se transfiere a la estación Y. Despreciando el tiempo de conmutación, el tiempo total de transmisión es de 129 veces el tiempo de duración de un octeto (43 octetos x 3 transmisiones del paquete).


Figura 3.73 Efecto del tamaño del paquete en el tiempo de transmisión Supongamos ahora que el mensaje se fragmenta en dos paquetes, cada uno con 20 octetos de mensaje y, claro está, 3 octetos de cabecera o información de control. En este caso, el nodo a puede comenzar a transmitir el primer paquete tan pronto como se reciba desde X, sin esperar al segundo paquete. Debido a este solapamiento en la transmisión, el tiempo total de ésta disminuye hasta 92 veces el tiempo de duración de un octeto. Partiendo el mensaje en cinco paquetes, cada nodo intermedio puede comenzar la transmisión antes incluso, resultando superior el ahorro temporal conseguido: un total de 77 veces el tiempo de duración de un octeto. Sin embargo, tal y como se ilustra en la Figura 3.73d, el proceso de usar un número de paquetes mayor y de tamaño pequeño puede provocar un incremento, en lugar de una reducción, en el retardo. Esto se debe a que cada paquete contiene una


cantidad fija de datos de cabecera, y la existencia de más paquetes implica más cabeceras. Además, el ejemplo no muestra los retardos de procesamiento y puesta en cola en cada nodo, los cuales son también mayores cuantos más paquetes se usen para un mensaje dado. Sin embargo, veremos en la siguiente sección que un tamaño de paquete excesivamente pequeño (53 octetos) puede dar lugar a un diseño de red eficiente. Redes de conmutación de paquetes: X.25 y Retransmisión de Tramas (Frame Relay) Aún queda por estudiar un aspecto de las redes de conmutación de paquetes: la interfaz entre los dispositivos conectados y la red. Ya se ha visto que las redes de conmutación de circuitos proporcionan una ruta de comunicación transparente para los dispositivos conectados, de tal modo que parece como si entre ellos existiese un enlace directo. Sin embargo, en el caso de las redes de conmutación de paquetes las estaciones conectadas deben organizar sus datos en paquetes para su transmisión. Esto requiere cierto grado de cooperación entre la red y las estaciones, cooperación definida en una norma de interfaz. La norma usada casi universalmente con este fin es X.25. X.25 es una norma de ITU-T que especifica una interfaz entre una estación y una red de conmutación de paquetes. La funcionalidad de X.25 se especifica en tres niveles: • Capa física. • Capa de enlace. • Capa o nivel de paquete. La capa física trata la interfaz física entre una estación (computadora, terminal) y el enlace que la conecta con un nodo de conmutación de paquetes. En la norma se especifica la capa física con base a la norma conocida como X.21, aunque en muchos casos se utilizan otras normas como el EIA-232. La capa de enlace se encarga de la transferencia confiable de datos a través del enlace físico mediante la transmisión de los datos como una secuencia de tramas. La capa de enlace normalizada es la conocida como LAPB (protocolo balanceado de acceso al enlace, del inglés Link Access Protocol Balanced), el cual es un subconjunto del protocolo HDLC. El nivel de paquete proporciona un servicio de circuito virtual, lo que posibilita a un abonado de la red establecer conexiones lógicas, llamadas circuitos virtuales, con otros abonados. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 3.74 (compárese con la figura 3.57). En este ejemplo, la estación A tiene una conexión de tipo circuito virtual con C; la estación B tiene establecidos dos circuitos virtuales, uno con C y otro con D; y cada una de las estaciones E y F mantiene un circuito virtual con D. En este contexto, el término circuito virtual se refiere a la conexión lógica entre dos estaciones a través de la red; a esto se le suele denominar circuito virtual externo. Con anterioridad, utilizamos el término circuito virtual para referirnos a una ruta específica predefinida a través de la red entre dos estaciones; es el denominado circuito virtual interno. Generalmente, existe una relación uno a uno entre los circuitos virtuales internos y externos. Sin embargo, también es posible utilizar X.25 en una red de tipo datagrama. Lo importante en un circuito virtual externo es que se establece una relación lógica, o canal


lógico, entre dos estaciones, considerándose todos los datos asociados a dicho canal lógico parte de una única secuencia de datos entre las estaciones. Por ejemplo, en la figura 3.74, la estación D mantiene información acerca de los paquetes de datos recibidos de tres estaciones distintas (B, E, F) en base al número de circuito virtual asociado a cada paquete entrante. En la figura 3.75 se ilustra la relación entre las capas de X.25. Los datos de usuario se pasan hacia abajo al nivel 3 de X.25, el cual les añade una cabecera consistente en información de control, dando lugar a un paquete. Esta información de control tiene varios objetivos, entre los que se encuentran los siguientes: 1. Identificación de un circuito virtual dado mediante un número al que se asociarán los datos. 2. Definición de números de secuencia para su uso en el control de flujo y de errores sobre los circuitos virtuales. El paquete X.25 completo se pasa después a la entidad LAPB, que añade información de control al principio y al final del paquete, dando lugar a una trama LAPB. De nuevo, esta información de control en la trama es necesaria para el funcionamiento del protocolo LAPB.

Figura 3.75 Datos de usuario e información de control del protocolo X.25 El funcionamiento del nivel de paquete X.25 es similar al protocolo de enlace HDLC. Cada paquete de datos X.25 incluye números de secuencia de emisión y de recepción. El de emisión, P(S), se usa para numerar secuencialmente todos los paquetes de salida sobre un circuito virtual específico. El número de secuencia de recepción, P(R), es una confirmación de los paquetes recibidos sobre el circuito virtual en cuestión. Retransmisión de Tramas (Frame Relay) La técnica de retransmisión de tramas (frame relay) se diseñó para proporcionar un esquema de transmisión más eficiente que el proporcionado por X.25. Tanto las normalizaciones como los productos comerciales relacionados con la retransmisión de tramas aparecieron antes que los correspondientes a ATM, por lo que existe una amplia


base de productos de retransmisión de tramas instalados. Es por ello que, a pesar del desplazamiento sufrido por esta técnica como consecuencia del interés actual por las redes de alta velocidad ATM, en esta sección se presenta una revisión de la retransmisión de tramas. La aproximación tradicional de conmutación de paquetes hace uso de X.25, lo que no sólo determina la interfaz usuario-red, sino que también afecta al diseño interno de la red. Algunas de las características básicas de X.25 son: • Los paquetes de control de llamada, usados para el establecimiento y liberación de

circuitos virtuales, se transmiten por el mismo canal y circuito virtual que los paquetes de datos, empleándose, en consecuencia, una señalización en banda.

• La multiplexación de circuitos virtuales tiene lugar en la capa 3. • Tanto la capa 2 como la 3 incluyen mecanismos de control de flujo y de errores. La aproximación X.25 es muy costosa, ya que el protocolo de control de enlace intercambia tramas de datos y de confirmación en cada salto a través de la red. Además, cada nodo intermedio debe mantener tablas de estado para cada circuito virtual con objeto de abordar aspectos de gestión de llamadas y de control de flujo/errores del protocolo X.25. Este costo queda justificado en caso de que la probabilidad de error en los enlaces de la red sea significativa, por lo que esta técnica puede no ser la más apropiada para los servicios de comunicación digitales modernos, dado que las redes actuales hacen uso de tecnologías de transmisión fiables sobre enlaces de transmisión de alta calidad, fibra óptica en muchos de los casos. Adicionalmente a este hecho, con la utilización de fibra óptica y transmisión digital se pueden conseguir velocidades de transmisión de datos elevadas. En este contexto, el costo de X.25 no sólo es innecesario, sino que además degrada la utilización efectiva de las altas velocidades de transmisión disponibles. La retransmisión de tramas se ha diseñado para eliminar gran parte del costo que supone X.25 para el sistema final de usuario y para la red de conmutación de paquetes. Las principales diferencias entre la técnica de retransmisión de tramas y un servicio convencional de conmutación de paquetes X.25 son: • La señalización de control de llamadas se transmite a través de una conexión lógica

distinta de la de los datos de usuario. De este modo, los nodos intermedios no necesitan mantener tablas de estado ni procesar mensajes relacionados con el control de llamadas individuales.

• La multiplexación y conmutación de conexiones lógicas tienen lugar en la capa 2 en lugar de en la capa 3, eliminándose así una capa completa de procesamiento.

• No existe control de flujo ni de errores a nivel de líneas individuales (salto a salto). Si se lleva a cabo este control, será extremo a extremo y responsabilidad de capas superiores.

Así pues, en retransmisión de tramas sólo se envía una trama de datos de usuario desde el origen hasta el destino, devolviéndose al primero una trama de confirmación generada por


una capa superior. En este caso no existe intercambio de tramas de datos y confirmaciones en cada uno de los enlaces del camino entre el origen y el destino. Veamos las ventajas y desventajas que presenta esta técnica. En comparación con X.25, la principal desventaja teórica en retransmisión de tramas es que se pierde la posibilidad de llevar a cabo un control de flujo y de errores en cada enlace (aunque la retransmisión de tramas no ofrece control de flujo y de errores extremo a extremo, éste se puede implementar fácilmente en una capa superior). En X.25 existen varios circuitos virtuales a través de un mismo enlace físico, permitiendo el protocolo LAPB una transmisión fiable a nivel de enlace desde el origen hacia la red de conmutación de paquetes, y desde ésta hacia el destino. El protocolo de control de enlace proporciona, además, fiabilidad en cada enlace de la red. Con el uso de la técnica de retransmisión de tramas desaparece dicho control a nivel de enlace, aunque este hecho no supone un gran inconveniente gracias al incremento en la fiabilidad en la transmisión y en los servicios de conmutación. La ventaja de la técnica de retransmisión de tramas es la potencia del proceso de comunicaciones, reduciéndose la funcionalidad del protocolo necesaria en la interfaz usuario-red así como el procesamiento interno de red. En consecuencia, cabe esperar un menor retardo y un mayor rendimiento. Así, algunos estudios indican que la mejora en el rendimiento mediante el uso de la técnica de retransmisión de tramas frente a X.25 puede ser de un orden de magnitud o más. La recomendación 1.233 de ITU-T especifica que la retransmisión de tramas consigue velocidades de acceso de hasta 2 Mbps, si bien hay que decir que en la actualidad es posible alcanzar velocidades superiores. Arquitectura de protocolos de Frame Relay En la figura 3.76 se muestra la arquitectura de protocolos para proveer servicios de transporte en modo trama. Se consideran dos planos diferentes de operación: plano de control (C), relacionado con el establecimiento y liberación de conexiones lógicas, y plano de usuario (U), responsable de la transferencia de los datos de usuario entre abonados. Así, los protocolos del plano C se implementan entre el usuario y la red, mientras que los del plano U proveen de funcionalidad extremo a extremo.

Figura 3.76 Arquitectura de protocolos de Frame Relay para la interfaz usuario-red


Plano de control El plano de control para servicios en modo trama es similar al de señalización por canal común para servicios de conmutación de circuitos por cuanto que se utiliza un canal lógico diferente para la información de control. En la capa de enlace se utiliza el protocolo LAPD (Q.921) para proporcionar un servicio de control del enlace de datos fiable, con control de errores y de flujo, entre el usuario (TE) y la red (NT) sobre el canal D. Este servicio de enlace de datos se usa para el intercambio de mensajes de señalización de control Q.933. Plano de usuario Definido en Q.922, LAPF (procedimiento de acceso al enlace para servicios en modo trama, Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services) es el protocolo del plano de usuario para la transferencia real de información entre usuarios finales. En retransmisión de tramas sólo se usan las funciones básicas de LAPF: • Delimitación de tramas, alineamiento y transparencia. • Multiplexación/demultiplexación de tramas utilizando el campo de dirección. • Inspección de las tramas para asegurar que éstas constan de un número entero de

octetos, antes de llevar a cabo la inserción de bits cero o tras una extracción de bits cero.

• Inspección de la trama para comprobar que no es demasiado larga ni demasiado corta. • Detección de errores de transmisión. • Funciones de control de congestión. La última función es nueva en LAPF, siendo el resto funciones también presentes en LAPD. Las funciones básicas de LAPF en el plano de usuario constituyen una subcapa de la capa del enlace de datos. Esto proporciona el servicio de transferencia de tramas del enlace de datos entre abonados sin control de flujo ni de errores. Además de este hecho, el usuario puede seleccionar funciones extremo a extremo adicionales de la capa de enlace o de la de red, las cuales no forman parte del servicio de retransmisión de tramas. De acuerdo con las funciones básicas, una red ofrece retransmisión de tramas como un servicio orientado a conexión de la capa de enlace con las siguientes propiedades: • Se preserva el orden de la transferencia de tramas entre el origen y el destino. • Existe una probabilidad pequeña de pérdida de tramas. Transferencia de datos de usuario El funcionamiento de la técnica de retransmisión de tramas, por lo que respecta a la transferencia de datos de usuario, se explica mejor considerando el formato de trama, mostrado en la figura 3.77a.


Éste es el formato definido para el protocolo LAPF de funcionalidad mínima (conocido como protocolo LAPF central), el cual es similar al de LAPD y LAPB con una salvedad obvia: no existe campo de control. Esto tiene las siguientes implicaciones: • Existe un único tipo de trama, usada para el transporte de datos de usuario, y no existen

tramas de control. • No es posible el uso de señalización en banda; una conexión lógica sólo puede

transmitir datos de usuario. • No es posible llevar a cabo control de flujo ni de errores, dado que no existen números

de secuencia.

Figura 3.77 Formatos del protocolo central LAPF

Los campos indicador y secuencia de comprobación de trama (FCS) funcionan como en HDLC. El campo de información contiene datos de capas superiores, de modo que si el usuario decide implementar funciones adicionales de control del enlace de datos extremo a extremo, se puede incluir una trama de datos en este campo. En particular, una opción usual es el empleo del protocolo LAPF completo (conocido como protocolo LAPF de control) para llevar a cabo funciones por encima de las funciones centrales de LAPF. Obsérvese que el protocolo así implementado es estrictamente entre los abonados finales y resulta transparente para la red de retransmisión de tramas.


El campo de dirección tiene una longitud, por defecto, de 2 octetos, pudiéndose ampliar hasta 3 o 4 octetos. Este campo contiene un identificador de conexión del enlace de datos (DLCI, Data Link Connection Identifier) de 10, 16 o 23 bits. DLCI realiza la misma función que el número de circuito virtual en X.25: permite la multiplexación de varias conexiones lógicas de retransmisión de tramas a través de un único canal. Como en X.25, el identificador de conexión tiene sólo significado local: cada extremo de la conexión lógica asigna su propio DLCI de acuerdo con los números libres, debiendo realizar la red la conversión correspondiente entre ellos. Alternativamente, el uso del mismo DLCI por parte de ambos extremos requeriría algún tipo de gestión global de los valores de DLCI. La longitud del campo de dirección, y por tanto del DLCI, se determina mediante los bits de ampliación del campo de dirección (EA). El bit C/R es específico de la aplicación y no se usa en el protocolo de retransmisión de tramas estándar. Los bits restantes del campo de dirección están relacionados con el control de congestión.

3.5.2.3 Conmutación de Celdas Introducción al Modo de Transferencia Asíncrono El Modo de Transferencia Asíncrono (ATM, Asynchronous Transfer Mode) tambien conocida como retransmisión de celdas, es una tecnología de conmutación que usa pequeñas celdas de tamaño fijo. En 1988, el CCITT designó a ATM como el mecanismo de transporte planeado para el uso de futuros servicios de banda ancha. ATM es asíncrono porque las celdas son transmitidas a través de una red sin tener que ocupar fragmentos específicos de tiempo en alineación de paquete, como las tramas T1 o E1. Estas celdas son pequeñas (53 bytes), comparadas con los paquetes LAN de longitud variable. Todos los tipos de información son segmentados en campos de pequeños bloques de 48 bytes, los cinco restantes corresponden a un encabezado usado por la red para mover las celdas. ATM es una tecnología orientada a conexión, en contraste con los protocolos de base LAN, que son sin conexión. Orientado a conexión significa que una conexión necesita ser establecida entre dos puntos con un protocolo de señalización antes de cualquier transferencia de datos. Una vez que la conexión está establecida, las celdas ATM se auto-rutean porque cada celda contiene campos que identifican la conexión de la celda a la cual pertenecen. ATM opera en modo orientado a la conexión, esto significa que cuando dos nodos desean transferir deben primero establecer un canal o conexión por medio de un protocolo de llamada o señalización. Una vez establecida la conexión, las celdas de ATM incluyen información que permite identificar la conexión a la cual pertenecen. En una red ATM las comunicaciones se establecen a través de un conjunto de dispositivos intermedios llamados conmutadores. Diferentes tipos de transmisiones, incluyendo video, voz y datos, pueden ser mezcladas en una transmisión ATM que puede tener rangos de155 Mbps a 2.5Gbps.Esta velocidad puede ser dirigida a un usuario, grupo de trabajo o una red entera, porque ATM no reserva


posiciones específicas en una celda para tipos específicos de información. Su ancho de banda puede ser optimizado identificando el ancho de banda bajo demanda. Conmutar las celdas de tamaño fijo significa incorporar algoritmos en el equipo eliminando retrasos causados por software. Una ventaja de ATM es que es escalable. Varios conmutadores pueden ser conectados en cascada para formar redes más grandes. Interfases ATM Existen dos interfases especificadas que son la interfase usuario-red UNI (user-network interface) y la de red a red NNI (network-network interface). La UNI conecta un dispositivo de usuario a un conmutador público o privado y la NNI describe una conexión entre dos conmutadores. Hay dos interfases públicas UNI, una a 45 Mbps y otra a 155 Mbps. La interfase DS3 está definida en un estándar T1 del comité ANSI, mientras que la interfase de 155 Mbps está definida por los grupos estándar del CCITT y ANSI. Tres interfases han sido desarrolladas para UNIs privadas, una a 100 Mps y dos a 155 Mbps. Es seguro que la interfase normalizada internacional SDH/SONET de 155 Mbps sea la elegida porque permite interoperabilidad en UNIs públicas y privadas.

Figura 3.78 Tipos de interfases ATM

Conexiones lógicas ATM Como ATM es una red orientada a conexión, un enlace entre dos puntos empieza cuando uno transmite una solicitud a través de la UNI a la red. Un dispositivo responsable de señalización pasa la señal a través de la red a su destino. Si el sistema indica que se acepta la conexión, un circuito virtual es establecido a través de la red ATM entre los dos puntos.


Ambas UNIs contienen mapas para que las celdas puedan ser ruteadas correctamente. Cada celda contiene campos, un identificador de camino virtual VPI (virtual path identifier) y un identificador de canal virtual VCI (virtual channel identifier) que indican estos mapeos. La técnica ATM multiplexa muchas celdas de circuitos o canales (Channel) virtuales en un camino (Path) virtual colocándolas en ranuras (Slots), similar a la técnica TDM. Sin embargo, ATM llena cada ranura con celdas de un canal virtual a la primera oportunidad, similar a la operación de una red conmutada de paquetes. La figura 3.80 describe la relación entre conexiones ATM.

Figura 3.80 Relación entre conexiones ATM

El uso de celdas para transmitir datos no significa que los protocolos de hoy no sean usados. ATM es totalmente transparente a protocolo. La carga de cada celda es pasada por el conmutador sin ser "leida" a nivel binario. ATM usa el concepto de control de error y flujo de "fin a fin" en contraste a la red convencional de paquete conmutado que usa un control de error y flujo interno. Esto es que la red en sí no checa la carga de datos para errores y lo deja al dispositivo terminal final (De hecho, el único chequeo de error en las celdas es en el encabezado, así la integridad de los VCI/VPI esta asegurada).

Clases de servicios ATM Una red ATM se diseña para transmitir simultáneamente diferentes tipos de tráfico entre los que se encuentra la transmisión en tiempo real de voz, vídeo y tráfico de datos a ráfagas. Aunque uno de estos flujos de tráfico se gestiona como una secuencia de celdas de 53 octetos a través de un canal virtual, la forma en que se gestiona cada uno de ellos en la red depende de las características del flujo en cuestión y de los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, el tráfico de vídeo en tiempo real se debe transmitir con variaciones mínimas de retardo. ATM está diseñado para manejar los siguientes tipos de tráfico:

• Clase A - Constant Bit Rate (CBR), orientado a conexión, tráfico síncrono (Ej. voz o video sin compresión)

• Clase B - Variable Bit Traffic (VBR), orientado a conexión, tráfico síncrono (voz y video comprimidos).


• Clase C - Variable Bit Rate, orientado a conexión, tráfico asíncrono (X.25, Frame Relay, etc).

• Clase D - Información de paquete sin conexión (tráfico LAN, SMDS, etc). Los conmutadores que se utilizan en la actualidad son usados para formar terminales de trabajo de alto desempeño en grupos de trabajo. El mayor mercado para los conmutadores ATM será como columna vertebral de redes corporativas. Uno de los mayores problemas que se enfrentan es el desarrollo de especificaciones para emulación de LAN, una manera de enlazar los conmutadores ATM con las redes de área local. Forma de Operación de ATM El componente básico de una red ATM es un conmutador electrónico especialmente diseñado para transmitir datos a muy alta velocidad. Un conmutador típico soporta la conexión de entre 16 y 32 nodos. Para permitir la comunicación de datos a alta velocidad la conexión entre los nodos y el conmutador se realizan por medio de un par de hilos de fibra óptica. Aunque un conmutador ATM tiene una capacidad limitada, múltiples conmutadores pueden interconectarse ente si para formar una gran red. En particular, para conectar nodos que se encuentran en dos sitios diferentes es necesario contar con un conmutador en cada uno de ellos y ambos a su vez deben estar conectados entre si. Las conexiones entre nodos ATM se realizan con base a dos interfaces diferentes como ya mencionamos, la User to Network Interfaces o UNI se emplea para vincular a un nodo final o «edge device» con un conmutador. La Network to Network Interfaces o NNI define la comunicación entre dos conmutadores. Los diseñadores piensan en UNI como la interfase para conectar equipos del cliente a la red del proveedor y a NNI como una interfase para conectar redes de diferentes proveedores. Tipos de conexiones ATM provee servicios orientados a la conexión. Para comunicarse con un nodo remoto, un usuario final debe solicitar a su conmutador local el establecimiento de una conexión con el destino. Estas conexiones pueden ser de dos naturalezas: Switched Virtual Circuits (SVC) o Permanent Virtual Circuits (PVC). Circuito Virtual Conmutado (Switched Virtual Circuit - SVC) Un SVC opera del mismo modo que una llamada telefónica convencional. Un usuario se comunica con el conmutador ATM local y requiere del mismo el establecimiento de un SVC. El usuario especifica la dirección completa del nodo destino y la calidad del servicio requerido. Luego espera que la red ATM establezca el circuito. El sistema de señalización de ATM se encarga de encontrar el camino necesario desde el nodo origen al nodo destino a lo largo de varios conmutadores. El nodo remoto debe aceptar el establecimiento de la conexión.


Durante el proceso de señalización (toma este nombre por analogía con el usado en sistemas telefónicos de los cuales deriva ATM) cada uno de los conmutadores examina el tipo de servicio solicitado por el nodo de origen. Si acuerda propagar información de dicho nodo registra información acerca el circuito solicitado y propaga el requerimiento al siguiente conmutador de la red. Este tipo de acuerdo reserva determinados recursos el conmutador para ser usados por el nuevo circuito. Cuando el proceso de señalización concluye el conmutador local reporta la existencia del SVC al nodo local y al nodo remoto. La interfase UNI identifica a cada uno de los SVC por medio de un número de 24 bits. Cuando un nodo acepta un nuevo SVC, el conmutador ATM local asigna al mismo un nuevo identificador. Los paquetes transmitidos por la red no llevan información de nodo origen ni nodo destino. El nodo marca a cada paquete enviado con el identificador de circuito virtual necesario para llegar al nodo destino. Nótese que se ha evitado hablar de los protocolos usados para el establecimiento de los SVC, para los procesos de señalización y para comunicar a los nodos el establecimiento de un nuevo SVC. Además hay que tener en cuenta que comunicaciones bidireccionales van a necesitar reservar recursos a lo largo del SVC para dos sentidos de comunicación. Circuito Virtual Permanente (Permanent Virtual Circuits - PVC) La alternativa al mecanismo de SVC descrito en la sección anterior es evidente: el administrador de la red puede configurar en forma manual los conmutadores para definir circuitos permanentes. El administrador identifica el nodo origen, el nodo destino, la calidad de servicio y los identificadores de 24 bits para que cada nodo pueda acceder al circuito. Caminos, Circuitos e Identificadores ATM asigna un entero único como identificador para cada nodo abierto por un nodo. Este identificador contiene mucha menos información de la que fue necesaria para la creación del circuito. Además el identificador solo es válido mientras que el circuito permanece abierto. Otro punto a tener en cuenta es que el identificador es valido para un solo sentido del circuito. Esto quiere decir que los identificadores de circuito obtenidos por los dos nodos en los extremos del mismo usualmente son diferentes. Los identificadores usados por la interfase UNI están formados por 24 bits, divididos en dos campos, el primero de 8 bits y el segundo de 16 bits. Los primeros 8 bits forman el llamado Virtual Path Identifier (VPI) y los 16 restantes el Virtual Channel Identifier (VCI). Este conjunto de bits suele recibir el nombre de pareja VPI/VCI. Esta división del identificador en dos campos persigue el mismo fin que la división de las direcciones IP en un campo para identificar la red y un segundo campo para identificar el nodo. Si un conjunto de VCs sigue el mismo camino el administrador puede asignar a todos ellos un mismo VPI. El hardware de ATM usa entonces los VPI para funciones de ruteo de tráfico.


Resumen de la terminología ATM

VCC Virtual Channel (Circuit) Connection Conexión de Canal (Circuito) Virtual VPC Virtual Path Connection Conexión de Camino Virtual VCI Virtual Channel (Circuit) Identifier Identificador de Canal o Circuito Virtual VPI Virtual Path Identifier Identificador de Camino Virtual SVC Switched Virtual Circuit Circuito Virtual Conmutado PVC Permanent Virtual Circuit Permanente Virtual Conmutado Transporte de celdas En cuanto al transporte de información, ATM usa tramas de tamaño fijo que reciben el nombre de celdas. El hecho de que todas las celdas sean del mismo tamaño permite construir equipos de conmutación de muy alta velocidad. Cada celda de ATM tiene una longitud de 53 bytes, reservándose los 5 primeros para el encabezado y el resto para datos. Dentro del encabezado se coloca el par VPI/VCI que identifica al circuito entre extremos, información de control de flujo y un CRC . La conexión final entre dos nodos recibe el nombre de Virtual Channel Connection o VCC. Una VCC se encuentra formada por un conjunto de pares VPI/VCI. Modelo de capas de ATM Las normalizaciones de ITU-T para ATM se basan en la arquitectura de protocolos mostrada en la figura 3.81, donde se ilustra la arquitectura básica para una interfaz entre un usuario y la red. Capa Física

• Define la forma en que las celdas se transportan por la red • Es independiente de los medios físicos • Tiene dos subcapas

o TC (Transmission Convergence Sublayer) o PM (Physical Medium Sublayer)

Capa ATM • Provee un solo mecanismo de transporte para múltiples opciones de servicio • Es independiente del tipo de información que es transmitida (datos, gráficos,

voz. audio, video) con excepción del tipo de servicio (QoS) requerido • Existen dos tipos de header ATM

o UNI (User-Network Interface) o NNI (Network-Network Interface)

Capa de adaptación ATM

• Provee las funciones orientadas al usuario no comprendidas en la Capa ATM • Permite a la Capa ATM transportar diferentes protocolos y servicios de capas

superiores • Tiene dos subcapas


o CS (Convergence Sublayer) o SAR (Segmentation and Reassembly Sublayer)

La capa física contempla la especificación de un medio de transmisión y un esquema de codificación de señal. Las velocidades de transmisión especificadas en la capa física van desde 25.6 Mbps hasta 622.08 Mbps, siendo posibles velocidades superiores e inferiores. Dos capas de la arquitectura de protocolos están relacionadas con las funciones ATM. Existe una capa ATM común a todos los servicios, que proporciona capacidad de transferencia de paquetes, y una capa de adaptación ATM dependiendo del servicio.

Figura 3.81 Arquitectura de protocolos ATM Si bien ATM se maneja con celdas a nivel de capas inferiores, las aplicaciones que generan la información a ser transportada por ATM no trabajan con celdas. Estas aplicaciones interactuarán con ATM por medio de la capa llamada Capa de adaptación a ATM. Esta capa realiza una serie de funciones entre las que se incluyen detección de errores (celdas corruptas). En el momento de establecer la conexión el nodo debe especificar el protocolo de capa de adaptación que va a usar. Ambos extremos de la conexión deben acordar en el uso del mismo protocolo y este no puede ser modificado durante la vida de la conexión. Hasta el momento solo se han definido dos protocolos de capa de adaptación para ser usados por ATM. Uno de ellos se encuentra orientado a la transmisión de información de audio y video y el otro para la transmisión de datos tradicionales.


ATM Adaptation Layer 1 (AAL1) transmite información a una tasa de bits fija. Las conexiones creadas para trabajar con video deben usar AAL1 dado que requieren un servicio de tasa constante para no tener errores de parpadeo en la imagen. La transmisión de datos tradicionales trabaja con la AAL5 para enviar paquetes de un nodo a otro. Ahora, si bien ATM trabaja con tramas o celdas de tamaño fijo. Los protocolos de capa superior generalmente manejan datagramas de longitud variable. Una de las funciones de la AAL5 consiste en adaptar estas tramas a celdas. En particular la AAL5 puede recibir datagramas de hasta 64 Kb de longitud. El paquete manejado por la AAL5 difiere estructuralmente de otros tipos de tramas existentes ya que la información de control se inserta al final de la misma. La longitud de la misma es de 8 bytes. Cada una de las tramas de AAL5 se deben fraccionar en celdas para poder ser transportadas por la red para luego ser recombinadas en el nodo remoto. Cuando el datagrama es un múltiplo de 48 bytes el resultado de la división da un número entero de celdas. En caso contrario la última de las celdas no se encontrará completa. Para poder manejar paquetes de longitud arbitraria, AAL5 permite que la celda final pueda contener entre 0 y 40 bytes de datos y coloca la información de control al final de la misma antecedida por los ceros de relleno necesarios. En otras palabras, la información de control se coloca al final de la secuencia de celdas donde puede ser encontrada y extraída sin necesidad de conocer la longitud del datagrama fraccionado. Convergencia, Segmentación y Reensamblado Cuando una aplicación envía datos sobre una conexión ATM usando AAL5, el nodo pasa los datos a la interfase AAL5. Esta divide los datos en celdas, genera el «trailer» y transfiere a cada una de ellas a través de la red ATM. En el nodo receptor AAL5 recibe las celdas y las reensambla en base a la información contenida en el «trailer» para regenerar el datagrama original. El nodo origen usa el byte menos significativo del campo «Payload Type» de la celda para indicar la celda final de un datagrama. Podemos pensar que este bit funciona como un «end of packet bit». En ATM el término convergencia se usa para identificar el método usado para detectar el final de cada datagrama fraccionado. Otras capas de adaptación de ATM trabajan con métodos diferentes para resolver el problema de convergencia. Importancia de ATM 1. ATM se ha originado por la necesidad de una norma mundial que permita el

intercambio de información, sin tener en cuenta el tipo de información transmitida. Con ATM la meta es obtener una norma internacional. ATM es una tecnología que va creciendo y es controlada por un consenso internacional no por la simple vista o estrategia de un vendedor.

2. Desde siempre, se han usado métodos separados para la transmisión de información

entre los usuarios de una red de área local (LAN) y los de una red de gran


tamaño(WAN). Esta situación traía una serie de problemas a los usuarios de LAN's que querían conectarse a redes de área metropolitana, nacional y finalmente mundial. ATM es un método de comunicación que se puede implantar tanto en LAN's como en WAN's. Con el tiempo, ATM intentará que las diferencias existentes entre LAN y WAN vayan desapareciendo.

3. Actualmente se usan redes independientes para transportar voz, datos e imágenes de

video debido a que necesitan un ancho de banda diferente. Por ejemplo, el tráfico de datos tiende a ser "algo que estalla", es decir, no necesita comunicar por un periodo extenso de tiempo sino transmitir grandes cantidades de información tan rápido como sea posible. Voz y video, por otra parte, tienden a necesitar un tráfico mas uniforme siendo muy importante cuando y en el orden en que llega la información. Con ATM, redes separadas no serán necesarias. ATM es el única tecnología basada en estándar que ha sido diseñada desde el comienzo para soportar transmisiones simultáneas de datos, voz y video.

4. ATM es una norma para comunicaciones que esta creciendo rápidamente debido a que

es capaz de transmitir a una velocidad de varios Megabits hasta llegar a Gigabits.


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Capítulo 3 técnicas de transmisión, multiplexación y conmutación

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