B1 -Tema 2 Redes de comunicaciones

B1 - Tema 2 Redes de comunicaciones

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

1

1. Clasificación de redes

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

2

Subdivisión de redes de telecomunicaciones Clasificaciones de redes de telecomunicaciones: • Por su extensión: redes de área local (LAN), redes de área metropolitana (MAN), y redes de área extendida (WAN). •

Por la estructura de red: Redes de acceso (más red de área local, LAN, si aplica), redes troncales (transporte, conmutación), red de gestión y funciones de interconexión de redes.

Usuario 1

Red de gestión Red de conmutación Red de transporte Interconexión otras redes

Red acceso op1

Usuario 2

Red acceso op2

Principios de interconexión de redes: • Obligatoriedad: A fin de preservar el carácter universal de las telecomunicaciones • Neutralidad: Transparencia, trato no discriminatorio • Privacidad: secreto de comunicaciones • Factura única: aunque intervengan varios operadores.

Backbone de red (troncal)

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

3

Redes según su ámbito Según el ámbito que abarca la red, solemos clasificarlas en redes LAN, MAN o WAN.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

4

Segmento de acceso (I) Tipos de segmentos de acceso: •

Cable hasta el usuario: – red telefónica RTB – red digital de servicios integrados RDSI – xDSL – FTTC/FTTH (unidades ópticas en entradas de edificios)…

•

Accesos inalámbricos: – WiFi – LMDS – GSM/GPRS/UMTS/HSPA, – Satélite ¿Qué es lo que hace distintivo al segmento de acceso?

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

5

Segmento de acceso (II) •

La red de acceso es el segmento de red que mayor inversión requiere (entre el 50% y el 70% de la inversión o capex, capital expenditure). – Nuevos operadores de red no instalan red de acceso propia, sino que la alquilan a operadores que hubieran desplegado anteriormente (en última instancia, el que diera servicio universal).

•

Operadores de cable y operadores de móviles, sí instalan su propia red de acceso. – Sin embargo, cada vez más aparecen modelos de compartición de infraestructuras.

Acceso inalámbrico en una WAN Lan inalámbrica (wifi)

Transmisión de Datos

Acceso ADSL en bucle de abonado para conexión de dispositivos LAN + voz

B1.2: Redes de Comunicaciones

Celular (2G/3G/…)

6

Segmento troncal (I) • Gran crecimiento del tráfico de datos (generalización de uso de Internet) – Más personas conectadas, más frecuentemente =>mayor volumen de tráfico.

• Incremento de la información transmitida => incremento de la capacidad de las redes – Enlaces de mayor capacidad – Equipos de encaminamiento/conmutación – Incremento de la capacidad de procesado.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

7

Segmento troncal (II) Compromiso entre arquitectura, capacidad, calidad: – Distintas soluciones de capa física: cable (coaxial, fibra) o wireless (enlaces microondas), sobre las que se emplean distintos tipos de jerarquías (PDH en el pasado, SDH) que acomodan distintas portadoras (E1, STM1, STM16…)

IP

– Calidad de servicio en redes IP (ej: redes ATM) – Equipos de conmutación avanzados

ATM Sonet/PDH

– Segmento clave en la distribución de contenidos y desarrollo de servicios. Los segmentos de transporte encapsulan/traducen en sus propios protocolos los correspondientes a la red de acceso.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

Sonet/SDH

WDM tiempo

8

ATM: Asynchronous Transfer Mode •

ATM es una técnica de transferencia rápida de información binaria (asíncrona) de cualquier naturaleza, basada en la transmisión de células de longitud fija. •

¿Ventaja de ser asíncrona? Evita, si la información fuera directamente sobre E1 (por ejemplo), que se espere información de una fuente concreta en un momento dado, con una ordenación fija.

•

Tecnología sobre tramas PDH y/o sobre redes síncronas (contenedores SDH).

•

El canal de transmisión se comparte entre distintas conexiones. Se divide en intervalos de tiempo iguales (1 intervalo - 1 célula) – Los intervalos no están asignados de forma exclusiva a una conexión, se transmite según la necesidad de cada conexión (según el servicio que envíe información).

•

Divide la información que tiene que transmitirse en paquetes de tamaño fijo, estos paquetes se denominan células y tienen un tamaño de 53 octetos, 48 de datos y 5 de cabecera.

Una de sus aplicaciones más frecuentes ha sido en redes IP a las que se quiere dotar de calidad de servicio.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

9

Características ATM • • •

•

Antes de establecer una conexión se especifican las características del servicio que se espera obtener (QoS) Las Celdas se enrutan a través de switches ATM, mediante identificadores de conexión Se identifica a qué conexión pertenece cada célula y todas las de esa conexión se envían por el mismo camino => tecnología orientada a la conexión, aunque se trate de transferencia de paquetes => las conexiones virtuales extremo a extremo (virtual channel) se establecen antes de la transmisión de datos. En rx, se extrae la información byte a byte de las celdas entrantes y se envían según la cabecera (equipo terminal u otro módulo ATM)

Célula (53 bytes) =5bytes+48 bytes Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

10

Ejemplos redes troncales

Red fibra

Red cable

Red móvil 3G

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

11

Topologías comunes en redes

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

12

Ejemplo de topologías combinadas •Estructura típica de red: segmentos de densidad media con líneas E1 (2Mbps, jerarquía PDH), y enlaces STM-1 (155Mbps, jerarquía SDH) para el tráfico agregado.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

13

Gestión de red •

Según ISO, la gestión de red abarca 5 grandes áreas funcionales, que facilitan el cumplimiento de una determinada QoS: – Gestión de fallos – Gestión de contabilidad – Gestión de configuración y nombrado – Gestión del rendimiento – Gestión de seguridad

•

Interesa que los sistemas de gestión estén normalizados: protocolos de comunicaciones, modelo de datos, modelado de los recursos... – Ejemplos: arquitecturas TMN (telecommunication management network), modelo de gestión de internet (TCP/IP)

•

Los operadores diseñan sus redes para que funcionen con distintos proveedores (hw&sw) => con frecuencia la gestión es de varios dominios de red en vez de una red única (caso TMN)

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

14

2. Arquitectura de red

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

15

Arquitectura de red • •

La “arquitectura de red” es el conjunto de niveles y protocolos de una red. Las redes se diferencian en: – Número de niveles y servicios de cada nivel. – Protocolos de cada nivel

Protocolo:

Conjunto de reglas (interfaces, algoritmos, formatos de mensajes...) que conocen las entidades que intercambian datos a través de una red de comunicaciones

Se suelen usar varios protocolos por red, organizados en “niveles” o “capas”: •Cada nivel ofrece servicios al nivel superior y se apoya en los servicios ofrecidos por el nivel superior. •Cada nivel dentro de una máquina “conversa” con su gemelo en otra (según el protocolo de ese nivel). •No hay transferencia física de datos entre niveles gemelos. Se hace entre niveles adyacentes (interfaces entre niveles)

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

16

Redes de datos: Arquitectura OSI •

Nivel de aplicación: Soporte de aplicaciones distribuidas. Protocolos de utilidad directa para aplicaciones que usan la red (tx de ficheros, correo...)

•

Nivel de presentación: Compatibilidad en la representación de los datos (traducir los datos a un formato que todas las máquinas entiendan: sintaxis y semántica de la información).

•

Nivel de sesión: Organizar y sincronizar el diálogo entre entidades de aplicación=> usuarios de distintas máquinas establecen sesiones entre ellos.

•

Nivel de transporte: Comunicación extremo a extremo (objetivo: ofrecer calidad de servicio uniforme) y gestiona puertos en máquinas multiproceso.

•

Nivel de red: transferencia entre máquinas no directamente conectadas al mismo medio (encaminamiento de paquetes, gestión de congestión).

•

Nivel de enlace: Transferencia fiable de bloques de información entre equipos directamente conectados al mismo medio (forma tramas, detecta errores, gestión del acceso al medio compartido).

•

Nivel físico: Transmisión y recepción de unidades básicas de información (bits) sobre el medio físico de transmisión (eléctrico, óptico...) .

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

17

Redes de datos. Arquitectura TPC/IP • • •

Sistema abierto: Protocolos e implementaciones disponibles. No se ajusta a OSI. Popularidad debido a Internet.

Ejemplos: •Nivel de Aplicación: SMTP, HTTP, SIP, RTP… •Nivel de Transporte: TCP, UDP •Nivel de Red: IP, ICMP •Nivel de Enlace: Ethernet, PPP

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

18

Redes de circuitos. Arquitectura heredada

Conmutación manual

Conmutación en banda

Conmutación digital

A partir de los años 60: • Red troncal digital => ¡centrales digitales! • Aparece sistema de señalización para servicios suplementarios, red inteligente... • La señalización de abonado sencilla (red de acceso de abonado analógica)

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

19

Arquitectura SS7 •

La arquitectura de señalización establece un mecanismo para facilitar el establecimiento de llamadas, facturación, y funciones de intercambio de información de las redes PSTN (al margen del tráfico de usuario).

•

La arquitectura de señalización telefónica SS7 usa diferentes mensajes para el establecimiento y finalización de la llamada y permite que los nodos hablen entre sí, no importando si entre ellos existe una conexión troncal directa.

Swith A

Tráfico de usuario

Swith B

Tráf. de señalización enlaces

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

20

Características SS7 –

Los enlaces y nodos de señalización constituyen una red de conmutación de paquetes independiente de la de conmutación de circuitos.

–

Sistema de señalización por canal común. Existe un conjunto predefinido de canales entre centrales dedicados a transportar mensajes de señalización de cualquier canal de 64 Kb/s de voz o datos (establ./liberación/supervisión). •

–

En los sistemas de señalización previos, por canal asociado, la señalización asociada a cada circuito de voz se transportaba por un canal de transmisión dedicado exclusivamente a él.

Es una arquitectura de protocolos estructurada en cuatro niveles.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

21

Niveles SS7 Nivel 4: •TUP (Parte de usuario):Telefonía básica •ISUP. El equivante a TUP para RDSI •TCAP (Parte de Aplicación de las Capacidades de Transacción) •OMAP (Operations, Maintenance and Administrative Part): Usa los servicios TCAP para funciones de gestión de red (a través de un terminal remoto). •MAP (Mobile Application Part). En redes móviles, permite la comunicación entre nodos troncales. Funciones: localización de usuarios, autenticación, gestión de la información de usuarios… •SCCP:Parte de Control de la Conexión de Señalización. •Niveles 1-3: •MTP: Parte de Transferencia de Mensajes (niveles 1-3)

Transmisión de Datos

Aunque en las redes radio se especifican nuevos interfaces radio, la señalización sobre la parte troncal de la red está basada en SS7. MAP es un protocolo pensado para este tipo de redes y que usa SCCP y MTP como capas de inferiores de transporte.

B1.2: Redes de Comunicaciones

22

Ejemplo establecimiento llamada ISUP MENSAJES ISUP: •Initial Address Message (IAM): called number en bloc •Continuity Message (COT): loopback test successful •Address Complete Message (ACM): callee being rung •Call Progress Message (CPG): report call set-up event •Answer Message (ANM): callee has answered the phone •Release Message (REL): request release of connection, with cause •Release Complete Message (RLC): confirm REL •Suspend Message (SUS): suspend call, but keep connection •Resume (RES): resume suspended call •Forward Transfer Message (FOT): outgoing operator requests incoming operator •Information Request Message (INR): terminating exchange wants more information •Information Message (INF): response to INR •Pass-along Message (PAM): tunnel another message

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

23

2. Conceptos (nivel de enlace, red)

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

24

Nivel de enlace Suele subdividirse en 2 subniveles: •

MAC: Gobierna el acceso al medio de transmisión compartido por varias máquinas.

•

LLC: Ofrece al nivel de red un servicio de transmisión de datos entre máquinas adyacentes. – Compone/descompone tramas. – Opcionalmente, control de flujo y gestión de errores en la transmisión.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

25

Acceso al medio

Asignación estática: Reparto del medio entre los N usuarios que hacen uso del mismo

Asignación dinámica por contienda (con y sin escucha)

Asignación dinámica, se espera turno para transmitir

Redes WLAN Redes 2G/3G

Redes LAN

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

26

Acceso al medio dedicado ¿Cómo distribuir los recursos entre los usuarios conectados? Compartir el ancho de banda. Tres métodos básicos de multiacceso (procedimientos de asignación de canales físicos a los usuarios/servicios) • FDMA (Frequency Division Multiple Access): Acceso Múltiple por división de frecuencia. • TDMA (Time Division Multiple Access): Acceso Múltiple por división en el tiempo. • CDMA (Code Division Multiple Access): Acceso Múltiple por división de código.

c c

TDMA f

c

FDMA

t c

t

CDMA

f

f

t

t

FDMA+TDMA

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

27

Nivel de red (I) •

Según haya o no conexiones de red: – No orientado a conexión:Si el nivel superior quiere enviar datos, prepara un paquete, sin relación con tx anteriores o posteriores. • Ip, Ethernet

– Orientado a conexión: Origen y destino dialogan para establecer condiciones para la transferencia de la información. • RDSI,RTC,GSM,ATM

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

28

Nivel de red (II) •

Según se encamine cada paquete por separado o no: – Basado en datagramas (CP): Encaminamiento de cada paquete independiente (distintas rutas, desorden). – Basado en circuitos virtuales (CC). Se establece un “circuito virtual” para enviar todos los paquetes de datos (mismo camino, paquetes en orden)

•

Según ofrezca o no un servicio fiable: – Fiable: Garantía al nivel superior. Llegan todos los paquetes (retransmisión) y se reordenan (paquetes numerados). – No fiable: No hay garantía, se pierden paquetes (congestión). Niveles superiores pueden recuperar pérdidas.

Ejemplos: IP: CP y no fiable. ATM: CC y fiable

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

29

Conclusiones •

El intercambio de información en redes de comunicación se lleva a cabo mediante protocolos. – Además de TCP/IP, se usan otras arquitecturas. – En las redes telefónicas tradicionales, por ejemplo, se emplean los protocolos de SS7.

•

Uno de los segmentos de mayor impacto de una red de comunicaciones es la “red de acceso”. – Conexión de los usuarios finales. – Alta inversión en despliegue e infraestructuras por parte de los operadores/proveedores de servicio.

•

El segmento troncal es clave en la distribución de contenidos y desarrollo de servicios.

Transmisión de Datos

B1.2: Redes de Comunicaciones

30