Departamento de Sistemas de Comunicacin y Control

Redes y Comunicaciones

Solucionario

Tema 8: Conmutacin

Tema 8: Conmutacin

8.3

Resumen

Una red conmutada consta de una serie de nodos interconectados, denominados conmutadores. Tradicionalmente, tres han sido los mtodos de

conmutacin mas importantes: conmutacin de circuitos, conmutacin de

paquetes y conmutacin de mensajes.

Hoy en da las redes se pueden dividir en tres amplias categoras: red de conmutacin de circuitos, redes de conmutacin de paquetes y redes de

conmutacin de mensajes. Las redes de conmutacin de paquetes tambin

se pueden dividir en dos subcategoras: redes de circuitos virtuales y redes

de datagramas.

Una red de conmutacin de circuitos est compuesta de conmutadores conectados por enlaces fsicos, en la que cada enlace se divide en n

canales. La conmutacin de circuitos tiene lugar en el nivel fsico. En la

conmutacin de circuitos, los recursos necesarios tienen que ser reservados

durante la fase de establecimiento de la conexin; los recursos se mantienen

dedicados durante la transferencia de datos hasta la fase de liberacin.

En la conmutacin de paquetes, no hay asignacin de recursos para un paquete. Esto significa que no hay ancho de banda reservado en los

enlaces, y no hay un tiempo de procesamiento planificado para cada

paquete. Los recursos se asignan bajo demanda.

En una red de datagramas, cada paquete se trata de forma independiente a los otros. Los paquetes en este enfoque se denominan datagramas. No hay

fase de establecimiento ni de liberacin.

Una red de circuitos virtuales es una mezcla entre una red de conmutacin de circuitos y una red de datagramas. Tiene algunas caractersticas de

ambas.

Redes y Comunicaciones

8.4

La conmutacin de circuitos utiliza una de las dos siguientes tecnologas: conmutacin por divisin en el tiempo o conmutacin por divisin en el

espacio.

Un conmutador en una red de conmutacin de paquetes tiene una estructura diferente de un conmutador utilizado en una red de conmutacin de circuitos.

Se puede decir que un conmutador de paquetes tiene cuatro tipos de

componentes: puertos de entrada, puertos de salida, un procesador de

encaminamiento y un mecanismo de conmutacin.

Tema 8: Conmutacin

8.5

Problemas resueltos

Problema 1

Describa la necesidad de la conmutacin y defina que es un conmutador.

Solucin:

Cuando hay mltiples dispositivos existe un problema para conectarlos y establcer

una comunicacin uno a uno. La conmutacin proporciona una solucin prctica al

problema de conectar mltiples dispositivos en una red. Es ms prctico que usar

una topologa de bus. Es ms eficiente que usar una topologa de estrella y un hub

central. Los conmutadores son dispositivos capaces de crear temporalmente

conexiones entre dos o ms dispositivos enlazados al conmutador.

Problema 3

Cules son los dos enfoques de la conmutacin de paquetes?

Solucin:

Hay dos mtodos de conmutacin de paquetes: redes de datagramas y redes de

circuitos virtuales.

Problema 5

Cul es el papel del campo de direccin en un paquete que viaja a travs de una

red de datagramas?

Solucin:

Redes y Comunicaciones

8.6

El campo de direccin define el direccionamiento Terminal a Terminal (origen a

destino). La direccin destino de la cabecera se mantiene durante todo el recorrido

del paquete.

Problema 7

Compare los conmutadores por divisin en el tiempo y en el espacio.

Solucin:

En los conmutadores por divisin de espacio, el camino desde un dispositivo a otro

est espacialmente separado de otros caminos. Las entradas y las salidas estn

conectadas usando una rejilla de microconmutadores electrnicos. En los

conmutadores por divisin de tiempo, las entradas son divididas en el tiempo

usando TDM. La unidad de control enva la entrada al correcto dispositivo de salida.

Problema 9

Defina el concepto de bloqueo en una red conmutada.

Solucin:

En un conmutador multietapa, el bloqueo se refiere a las veces en las que una

entrada no puede conectarse a una salida porque no hay un camino disponible

entre ellas ya que todos los posibles conmutadores intermedios estn ocupados.

Una solucin al bloqueo es aumentar el nmero de conmutadores intermedios

basados en el criterio de Clos.

Problema 11

Un camino en una red de conmutacin de circuitos digital tiene una tasa de datos

de 1 Mbps. Se requiere el intercambio de 1000 bits para las fases de

establecimiento y liberacin. La distancia entre las dos partes es de 5000 km.

Tema 8: Conmutacin

8.7

Responda a las siguientes preguntas teniendo en cuenta que la velocidad de

propagacin es de 2 108 m:

a. Cul es el retardo total si se intercambian 1000 bits de datos durante la

fase de transferencia?

b. Cul es el retardo total si se intercambian 100.000 bits de datos durante la

fase de transferencia?

c. Cul es el retardo total si se intercambian 1.000.000 bits de datos durante

la fase transferencia?

d. Encuentre el retardo por cada 1000 bits de datos para cada uno de los casos

anteriores y comprelos. Se puede hacer alguna inferencia?

Solucin:

Se asume que la fase de establecimiento es una comunicacin de dos caminos: por

lo que el retardo causado por el establecimiento es la suma del tiempo de

propagacin de la peticin de la computadora origen, el tiempo de transferencia de

la seal de peticin y el tiempo de propagacin de la confirmacin desde la

computadora destino y el tiempo de transferencia de la seal de confirmacin. La

fase de liberacin es una comunicacin de un camino: el receptor solicita la

desconexin. Estas dos fases son comunes para los tres casos. Entonces, el

retardo para estas dos fases puede ser calculado como tres retardos de

propagacin y tres retardos de transmisin:

3 [(5000 km)/ (2 108 m/s)]+ 3 [(1000 bits/1 Mbps)] = 75 ms + 3 ms = 78 ms

Se asume que la transferencia de datos es en una direccin, por lo que el retardo

sera el tiempo de propagacin ms el tiempo de transferencia de los datos.

Finalmente, el retardo total es:

retardo de establecimiento y liberacin + retardo de propagacin + retardo de transmisin

a. 78 + 25 + 1 = 104 ms

Redes y Comunicaciones

8.8

b. 78 + 25 + 100 = 203 ms

c. 78 + 25 + 1000 = 1103 ms

d. En el caso a) se tienen 104 m. En el caso b) se tienen 203 / 100 = 2.03 ms.

En el caso c) se tiene 1103 / 1000 = 1.103 ms. El ratio para el caso c) es el

ms pequeo porque se usa el mismo tiempo de establecimiento y liberacin

para enviar ms datos.

Problema 13

La transmisin de informacin en cualquier red involucra direccin extremo a

extremo y en algunos casos direccionamiento local (como el VCI). La Tabla 8.1

(Tabla 8.2 del libro de texto) muestra los tipos de redes y el mecanismo de

direccionamiento utilizado en cada uno de ellos. Responda a las siguientes

preguntas:

a. Por qu la red de conmutacin de circuitos necesita direccionamiento extremo a

extremo durante la fase establecimiento y de liberacin? Por qu no se necesita

direccionamiento durante la fase de transferencia de datos para este tipo de red?

b. Por qu una red de datagramas solo necesita direccionamiento durante la fase

de transferencia y no lo necesita durante la fase de establecimiento y liberacin?

c. Por qu una red de circuitos virtuales necesita direcciones durante las tres

fases?

TABLA 8.1. Elemento de la seal frente a elemento de datos.

Solucin:

Tema 8: Conmutacin

8.9

a. En una red de conmutacin de circuitos: el direccionamiento Terminal a

Terminal es necesario durante la fase de establecimiento y liberacin para

crear la conexin para la fase de transferencia de todos los datos. Una vez

que la conexin est hecha, los datos viajan a travs de los recursos

reservados. Los conmutadores permanecen conectados durante la duracin

de la transferencia de los datos. No es necesario posteriores

direccionamientos.

b. En una red de datagramas, cada paquete es independiente. El rutado de un

paquete es hecho para cada paquete individual. Cada paquete, por lo tanto,

necesita llevar una direccin Terminal a Terminal. No hay fases de

establecimiento ni liberacin en una red de datagramas (transmisin sin

conexin). Las entradas en la tabla de enrutamiento son permanentes y

hechas por otros procesos tales como los protocolos de enrutamiento.

c. En una red de circuitos virtuales, est la necesidad del direccionamiento

Terminal a Terminal durante las fases de establecimiento y liberacin para

crear la entrada correspondiente en la tabla de conmutacin. La entrada est

hecha para cada solicitud de conexin. Durante la fase de transferencia de

datos, cada paquete necesita llevar un identificador de circuito virtual para

mostrar que circuito virtual sigue el paquete particular.

Problema 15

Una entrada en la tabla de conmutacin de una red de circuitos virtuales se crea

normalmente durante la fase de establecimiento y es borrada durante la fase de

liberacin. En otras palabras, las entradas en este tipo de redes reflejan las

conexiones actuales, la actividad en la red. En contraste, las entradas en la tabla de

encaminamiento de una red de datagramas no dependen de las conexiones

actuales; ellas muestran la configuracin de la red y como los paquetes deberan

ser encaminados al destino final. Las entradas pueden ser las mismas incluso si no

hay actividad en la red. Las tablas de encaminamiento, sin embargo, se actualizan

si hay cambios en la red. Puede explicar la razn de estas dos caractersticas

Redes y Comunicaciones

8.10

diferentes? Se puede decir que una red de circuitos virtuales es una red orientada

a conexin y una red de datagrama una red no orientada a conexin debido a las

caractersticas anteriores?

Solucin:

En redes de conmutacin de circuitos y circuitos virtuales se trata con conexiones.

Una conexin necesita que se haga antes de que la transferencia de datos tenga

lugar. En el caso de una red de conmutacin de circuitos, una conexin fsica se

establece durante la fase de establecimiento y se rompe durante la fase de

liberacin. En el caso de redes de circuitos virtuales, una conexin virtual se hace

durante la fase de establecimiento y se rompe durante la fase de liberacin. La

conexin es virtual porque es una entrada en la tabla. Estos dos tipos de redes son

consideradas orientadas a conexin. En el caso de la red de datagramas no se

hace ninguna conexin. En cualquier momento un conmutador, en este tipo de

redes, recibe un paquete y consulta su tabla la informacin de rutado. Este tipo de

red se considera sin conexin.

Problema 17

La Figura 8.1 (Figura 8.27 del libro de texto) muestra un conmutador (encaminador)

en una red de de datagramas. Encuentre el puerto de salida para los paquetes con

las siguientes direcciones de destino:

Paquete 1: 7176

Paquete 2: 1233

Paquete 3: 8766

Paquete 4: 9144

Tema 8: Conmutacin

8.11

FIGURA 8.1. Datos para el ejercicio 8.17.

Solucin:

Paquete 1: 2

Paquete 2: 3

Paquete 3: 3

Paquete 4: 2

Problema 19

Responda a las siguientes preguntas:

a. Puede una tabla de encaminamiento en una red de datagramas tener dos

entradas con la misma direccin de destino? Razone la respuesta.

b. Puede una tabla de conmutacin en una red de circuitos virtuales tener dos

entradas con el mismo nmero de puerto de entrada? Con el mismo

nmero de puerto de salida? Con el mismo VCI entrante? Con los mismos

valores de entrada (puerto, VCI)? Con los mismos valores de salida

(puerto, VCI)?

Solucin:

a. En una red de datagramas, las direcciones de destino son nicas. Ellas no

pueden estar duplicadas en la tabla de rutas.

Redes y Comunicaciones

8.12

b. En una red de conmutacin de circuitos, Los VCIs son locales. Un VCI es

nico slo en relacin a un puerto. En otras palabras, la combinacin

(puerto, VCI) es nica. Esto significa que se pueden tener dos entradas con

los mismos puertos de entrada o salida. Se pueden tener dos entradas con

los mismos VCIs. Sin embargo, no se pueden tener dos entradas con el

mismo par (puerto, VCI).

Problema 21

Considere un conmutador de barras cruzadas de n k con n entradas y k salidas.

a. Se puede decir que el conmutador acta como un multiplexador si n > k?

b. Se puede decir que el conmutador acta como un demultiplexor si n < k?

Solucin:

a. Si n > k, un conmutador de barras cruzadas de n k es como un multiplexor

que combina n entradas en k salidas. Sin embargo, necesitamos saber que

un multiplexor regular como el explicado en el Tema 6 es n 1.

b. Si n < k, un conmutador de barras cruzadas de n k es como un

demultiplexor que divide n entradas en k salidas. Sin embargo, necesitamos

saber que un de demultiplexor regular como el explicado en el Tema 6 es 1

n.

Problema 23

Se necesita un conmutador por divisin en el espacio de tres etapas con N = 100.

Se utilizan 10 conmutadores de barras cruzadas en la primera y tercera etapa y 6

conmutadores de barras cruzadas en la etapa intermedia.

a. Dibuje un diagrama con esta configuracin.

b. Calcule el nmero total de puntos de cruce.

Tema 8: Conmutacin

8.13

c. Encuentre el nmero posible de conexiones simultneas.

d. Encuentre el nmero posible de conexiones simultneas si se utiliza un nico

conmutador de barras cruzadas (100 100).

e. Encuentre el factor de bloqueo, la tasa de nmero de conexiones en c y d.

Solucin:

a.

FIGURA 8.2. Ejercicio 23.

b. Se puede calcular el nmero de puntos de cruce como:

nmero de puntos de cruce = 10 (10 6) + 6 (10 10) + 10 (6 10) = 1800

c. Slo son posibles seis conexiones simultneas para cada conmutador de

barras cruzadas en el primer estado. Esto significa que el nmero total de

conexiones simultneas es 60.

d. Si se usa un conmutador de barras cruzadas (100 100), todas las lneas de

entrada pueden tener una conexin al mismo tiempo, lo que significa que

hay 100 conexiones simultneas.

e. El factor de bloqueo es 60/100 o 60 por ciento.

Problema 25

Redes y Comunicaciones

8.14

Se necesita disponer de un conmutador por divisin en el espacio con 1000

entradas y salidas. Cul es el nmero de puntos de cruce en cada uno de los

siguientes casos?

a. Utilizando un nico conmutador de barras cruzadas.

b. Utilizando un conmutador multietapa basado en el criterio de Clos.

Solucin:

a. El total de puntos de cruce = n m = N2 = 10002 = 1000000

b. El total de puntos de cruce 4 [(2)1/2 1] 174886. Con menos de

200000 puntos de cruce podemos disear un conmutador de tres etapas. Se

puede usar n = (N/2)1/2 =23 y escoger k = 2n 1 = 45. El nmero total de

puntos de cruce es 178200.