Fundamentos de Redes: Conmutación, Encaminamiento y Control de Congestión

Modos de Transferencia en la Capa de Red

Circuitos Virtuales (CV)

Los circuitos virtuales están orientados a conexión y constan de tres fases. Se establece un CV y todos los paquetes lo siguen de forma secuencial. Cada CV tiene asignado un número identificador y los paquetes incluyen un campo con dicho número. Cada nodo de la red mantiene una tabla con los circuitos virtuales que lo atraviesan.

Datagramas

El modo de datagramas no está orientado a conexión. En este esquema, cada paquete sigue una ruta independiente hacia su destino. Cada paquete debe contener la dirección de origen y de destino completa. Los nodos de la red solo utilizan la línea de salida para el reenvío según su tabla de rutas.

Algoritmos de Encaminamiento

Se definen como la parte del software de la capa de red encargada de seleccionar la ruta óptima para los paquetes. Sus propiedades fundamentales son:

• Corrección
• Robustez
• Estabilidad
• Simplicidad
• Justicia
• Optimalidad

Clasificación según el Tráfico

Adaptativo

Es adaptable a fallos en los nodos y permite controlar la congestión. Sin embargo, aumenta el coste de procesamiento, ya que utiliza información sobre el estado de la red que intercambian los nodos. Puede provocar inestabilidad si la reacción a los cambios es demasiado rápida.

No Adaptativo

No ajusta sus decisiones de encaminamiento basándose en mediciones o topologías actuales de la red.

Clasificación según la Procedencia de la Información

Aislados

Utilizan únicamente información local y no intercambian datos sobre el estado global de la red. Entre sus tipos destacan:

• Inundación
• Aleatorio
• Patata caliente
• Aprendizaje hacia atrás

Distribuidos

Utilizan una combinación de información local y global. Los algoritmos principales son:

• Dijkstra: Busca los caminos más cortos desde un origen hacia todos los demás nodos. Cada nodo necesita conocer la información completa de la topología de la red.
• Bellman-Ford: Cada nodo solo necesita conocer los costes con sus vecinos directos y los enlaces con estos. Es la base del protocolo RIP.

Gestión y Control de Congestión

La congestión ocurre cuando el número de paquetes presentes en la subred se acerca al límite de su capacidad de gestión.

Señalización Implícita

El origen es capaz de detectar evidencias indirectas de congestión y actuar en consecuencia. Ejemplos de esto son el aumento del retardo de transmisión y la detección de paquetes descartados. Se implementa tanto en redes de datagramas como en redes de circuitos virtuales.

Señalización Explícita

Los nodos notifican explícitamente a los sistemas finales sobre la existencia de congestión. Se aplica a redes de circuitos virtuales de dos formas:

• Aprendizaje hacia atrás: Se añade información a los paquetes que viajan en sentido contrario a la congestión, avisando al emisor para que reduzca el flujo de paquetes.
• Aprendizaje hacia adelante: El destino recibe la notificación y solicita al emisor que ajuste la carga o devuelve confirmaciones en la dirección opuesta.

Técnicas de Control

• Binaria: Se activa un bit específico en el paquete emitido por el nodo congestionado.
• Crédito: El receptor concede un "crédito" o permiso al emisor para enviar datos.
• Límite de velocidad: Utilizado en tecnologías como ATM.

Tecnologías de Red y Protocolos

X.25

Protocolo orientado a conexión con circuitos virtuales (conmutados SVC y permanentes PVC). Controla la congestión mediante mecanismos de control de flujo. Sus principales inconvenientes son la gran sobrecarga que impone a la red y la degradación del rendimiento en altas velocidades.

Frame Relay (FR)

Utiliza circuitos virtuales (conmutados y permanentes). Su desventaja es que no permite el control de flujo y errores en cada enlace individual. No obstante, su ventaja radica en que permite grandes velocidades y optimiza la potencia de proceso de comunicación. Utiliza señalización explícita para que el emisor disminuya la tasa de tráfico.

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Tecnología de conmutación y multiplexación de celdas de tamaño y formato fijo orientado a conexión. Multiplexa varios canales lógicos sobre uno físico mediante:

• Canal Virtual (VCC)
• Camino Virtual (VPC)

Para agrupar VCC en VPC se utiliza la demanda de pico conjunta y la multiplexación estadística.

Comparativa de Tráfico

El tráfico en X.25 y Frame Relay está diseñado para transportar tráfico a ráfagas; la red no necesita replicar el patrón de tiempo y puede usar multiplexación estadística. En ATM, esto es más complejo debido a la alta velocidad y al pequeño tamaño de las celdas, encontrándose en proceso de evolución. ATM controla el tráfico mediante:

• Gestión de recursos mediante VP.
• Control de admisión de conexiones.
• Control de los parámetros de uso.
• Descarte selectivo de celdas.
• Adaptación al tráfico.