Sección III: SERVICIOS DE COMUNICACION DE DATOS

Contenido:
1. X.25
2. Frame Relay
3. RDSI: Red Digital de Servicios Integrados (ISDN)
4. ATM
 
 
 

1. X.25

Muchas redes públicas antiguas, en especial en países del área, siguen un estándar llamado X.25 que el  Comité Consultivo  Internacional para la Telegrafía y Telefonía (CCITT: Consultive Committee for Telegraph and Telephone) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU: Institute of Telecommunications Union) desarrolló durante la década de 1970 para proveer una interfaz entre las redes publicas de conmutación de paquetes y sus clientes.  La figura 2.2 muestra un ejemplo de este tipo de redes.

     La recomendación X.25 se había desarrollado, principalmente, para conectar terminales remotos sin inteligencia a computadoras centrales.  Sin embargo su flexibilidad y fiabilidad hicieron de ella una plataforma perfecta sobre la que  basar una generación entera de estándares de comunicación de datos.

     X.25 es una interfaz orientada a la conexión para una red de área extensa de conmutación de paquetes, que utiliza circuitos virtuales para enviar paquetes individuales de datos a su correspondiente destino en la red.

     Un paquete de datos es una unidad de información que puede viajar de manera independiente desde su lugar de origen hasta su destino.  Los paquetes tienen dos partes principales: la información de direccionamiento y los propios datos. Además de las direcciones de origen y destino, las cabeceras pueden incluir información de encaminamiento,  comprobación de errores y control.

     Un paquete contiene seis (6) componentes principales como se ve en la figura 2.1:

• Delimitador de comienzo de trama
• Campo del nivel de enlace
• Campo del nivel de red
• Campo de datos de usuario
• Secuencia de verificación de trama

     Las comunicaciones basadas en paquetes fraccionan la información en muchos paquetes de datos más pequeños, cada uno con su dirección.  La estación emisora envía estos paquetes a través de la red hacia la estación destino. La estación receptora ensambla los paquetes recibidos, recomponiéndose la unidad de información original.  El equipo que fragmenta, gestiona y ensambla los paquetes recibe el nombre de ensamblador/desensamblador de paquetes (packet assembler/disassembler) o simplemente PAD.

     Tres protocolos adicionales gobiernan el trabajo interno de un PAD:

• X.3, que especifica realmente cómo el PAD ensambla y desensambla los paquetes de datos.
• X.28, que especifica la interfaz entre el equipo terminal de datos y el PAD.
• X.29, que define la interfaz entre el equipo de comunicaciones de datos y el  PAD.

     Las redes de conmutación de paquetes prestan un servicio no orientado a la conexión, es decir no se establece conexión alguna antes de la transferencia de datos entre las terminales emisora y receptora.  Los paquetes son transmitidos en el medio tan pronto son recibidos por la interfaz de red, por lo que no existe retardo de establecimiento o liberación de llamada.

     X.25 es un protocolo orientado a la conexión, establece una conexión entre las estaciones emisora y receptora previa a la transmisión de datos.  Sin embargo por cada conexión realizada, sólo se transmite un paquete. Este hecho da lugar, por lo general, a varios miles de conexiones para completar una única transmisión de datos basada en paquetes. Este elevado número de conexiones y de dispositivos que realizan las transmisiones recibe el nombre de red de conmutación de paquetes.

     Una red de conmutación de paquetes es realmente una densa malla de conexiones punto a punto.  Por definición, una red de conmutación de paquetes proporciona una conectividad "todos con todos", permitiendo de esta manera que cualquier estación en la red puede transmitir datos a cualquier otra estación en la red a través de una amplia variedad de posibles caminos de transmisión.  Debido a dicha conectividad universal, las redes de conmutación de paquetes se representan como nubes.
 
 

2. Frame Relay

Frame Relay es un producto de la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN: Integrated Services Digital Networks).  Constituye la parte correspondiente de servicio de datos de conmutación de paquetes de ISDN diferenciada y ofrecida como un servicio separado.  A pesar de su relativa baja velocidad, la arquitectura mejorada de conmutación de paquetes de frame relay puede interesar al administrador de red que busca incrementar la velocidad de una conexión de datos de área extensa.

     Frame Relay, como X.25, es un producto de conmutación de paquetes que conecta dos redes de área local a través de una red pública de conmutación de paquetes.  De una manera simple, una trama procedente de una LAN se encapsula en una trama frame relay, y se transmite por la red frame relay hasta la LAN destino.

     Frame relay, al igual que el protocolo X.25, divide los datos del usuario en paquetes que son transmitidos sobre la red y ensamblados en el destino, pero frame relay lo hace mucho más rápido.

     En frame relay, los datos se dividen en tramas de longitud variable que contienen las direcciones de destino, luego son remitidas a la red frame relay para su transferencia.  Aunque su modo de trabajo es casi idéntico al de conmutación de paquetes, la diferencia se centra en el nivel en que trabajan, para ser más claros: la conmutación de paquetes opera en el nivel 3 del modelo de referencia OSI, mientras que frame relay opera en el nivel 2.  Esto significa que frame relay es un protocolo más simple que X.25 y otros protocolos de conmutación de paquetes, realizando menos comprobación y corrección de errores, pero ofreciendo mayor velocidad. La tabla 2.1 presenta una comparación entre Frame Relay y X.25 que refleja las principales diferencias existentes entre ambos.
 
 

Frame Realy y X.25

Tópico	Frame Relay	X.25
Tipo de tráfico	Datos/voz	Datos
Compartimento de recursos	No	Sí
Detección de errores	No	Sí
Recuperación de errores	No	Sí
Aplicaciones	Alta velocidad, bajo retardo, transporte de tráfico a ráfagas, gestión extremo a extremo y alta conectividad entre sus sedes	Transaccionales de baja y media velocidad, y en particular para redes centralizadas en las que muchos puntos se comunican con una instalación central
Protocolos	Opera en el nivel 2 del modelo OSI	Opera en los 3 niveles inferiores del modelo OSI
Tasa de errores	Desplaza la funcionalidad de la red (control de errores, control de flujo, etc.) hacia los equipos terminales de usuario	Al estar concebido para operar con circuitos analógicos existe una alta tasa de errores de transmisión, siendo necesarios que la red implemente mecanismos de corrección de errores.
Rango de velocidades	Entre 64 Kbps y 1.45 Mbps	2.400 bps a 64 Kbps
Gestión red privada	Cliente	Proveedor

 El paquete frame relay (figura 2.3), muy similar al paquete X.25, tiene los siguientes componentes:

• Delimitador de comienzo de trama
• Campo de nivel de enlace (cabecera frame relay)
• Identificador de conexión de enlace de datos
• Apropiada para descartar
• Campo de datos de usuario
• Secuencia de verificación de trama

     Frame relay soporta distintos tipos de conexiones que cooperan conjuntamente para formar el entramado de la red frame relay.
 

• Puertos de conexión.  Un puerto de conexión es un punto físico de acceso a la red frame relay que define la máxima cantidad de datos que puede ser enviada a la red en cualquier momento a través de todos los PVCs. El puerto de conexión es la interfaz a la red frame relay pública o privada, y va desde 56 Kbps hasta 1,536 Kbps.  El puerto de conexión asigna los datos dinámicamente entre los circuitos virtuales permanentes.
• Circuitos virtuales permanentes.  Un circuito virtual permanente (PVC: Permanent Virtual Circuit) es un camino a través de la red frame relay que conecta dos puntos. Un PVC constituye un ancho de banda dedicado que garantiza un nivel de servicio, denominado velocidad de información comprometida (CIR: Commited Information Rate), a una estación determinada.  El administrador de red solicita los PVCs al suministrador del servicio frame relay, el cual los configura de acuerdo a las especificaciones del administrador de red.  Los circuitos virtuales permanentes están activos y disponibles para la red suscriptora en todo momento.
• Circuitos virtuales conmutados. Los circuitos virtuales conmutados (SVC: Switched Virtual Circuits) son circuitos establecidos ad hoc según la necesidad de la estación emisora, incrementando la flexibilidad del ancho de banda del circuito.  Aunque forma parte del estándar, no todos los proveedores lo ofrecen.

     Como se ha mencionado, la naturaleza de gran parte del tráfico en las redes frame relay es en ráfagas, lo que significa que la mayoría del tiempo los dispositivos transmiten pocos datos o ningún dato.  Por esto, frame relay facilita a los administradores de red la posibilidad de conectar varias conexiones de este tipo al mismo segmento.  La multiplexación estadística (figura 2.17) es una técnica para intercalar datos procedentes de distintos dispositivos en una única línea de transmisión.  A cada dispositivo con datos para transmitir se le concede una ranura de transmisión en la red.  Si el dispositivo no tiene nada que transmitir, su ranura de ancho de banda se cede a una estación que sí tenga datos para transmitir.

     Algunos de los pocos servicios opcionales que ofrece frame relay son:

• Control de flujo simple que proporciona control de flujo XON/XOFF para aquellos dispositivos de red que requieren control de flujo.
• Multidifusión de manera que las secciones puedan enviar tramas a múltiples estaciones.
• Direccionamiento global que permite a las aplicaciones emular el direccionamiento de una LAN.

     El rendimiento que ofrece frame relay es muy bueno, ya que generalmente se encuentra disponible a velocidades entre 56 Kbps hasta 1.544 Mbps.  Admite además, ráfagas de transmisión de hasta 45 Mbps, y tiene una baja latencia (alrededor de 20 mts).  Lo mejor de frame relay es su escalabilidad, presenta una gran facilidad para añadir más ancho de banda mediante la velocidad de información comprometida (CIR: Committed Information Rate) conjuntamente con la posibilidad de enviar picos de tráfico superiores al CIR.

3. RDSI: Red Digital de Servicios Integrados (ISDN)

En 1984 apareció el primer estándar ISDN para definición de interfaces digitales punto a punto, definido por el CCITT.  El CCITT definió estándares adicionales en 1988.  ISDN fue considerada como un gran avance por dos razones: en primer lugar, porque especificaba servicios para redes digitales que operarían a través de las redes telefónicas digitales existentes; y porque ofrecía un límite de rendimiento de 2 Mbps en el enlace local y bien 64 Kbps o 128 Kbps a través del área extensa.  En los orígenes de ISDN banda estrecha el límite de velocidad de los módem era de 9,600 bps.

     ISDN es considerado en la actualidad, como una forma rentable de proporcionar:

• Acceso remoto para usuarios que se conectan a las LANs de sus compañías.
• Un enlace apropiado para ciertas conexiones entre LAN.
• Tráfico de fax entre oficinas con gran ancho de banda.
• Acceso a Internet a alta velocidad.

     La figura 2.5 muestra una red ISDN típica.  ISDN también se puede utilizar como enlace de acceso local a redes frame relay y X.25.

     Las líneas ISDN se componen de varios tipos de canales, estando especificados en la recomendación I.412:

• Canal B: Transporta la voz o los datos generados por el terminal del usuario (a una velocidad de 64 Kbps). 
• Canal D: Transporta la señalización de llamada (a una velocidad de 16 ó 64 Kbps) y también puede utilizarse para transmitir datos por conmutación de quetes. 
• Canal H: Es un canal que permite la transferencia de información de usuario a velocidades superiores a 64 Kbps. No transportan información de señalización para control de llamadas ISDN.  Existen cuatro tipos: 

                           Canal H0 de 384 Kbps (6 canales B)
                           Canal H10 de 1.472 Kbps (24 canales B a 56 Kbps)
                           Canal H11 de 1.536 Kbps (24 canales B)
                           Canal H12 de 1.920 Kbps (30 canales B)

     Estos canales se pueden agrupar, desde el punto de vista de instalación del cliente, bien en la modalidad más sencilla o Acceso Básico (dos canales B y un canal D) o en forma de Acceso Primario (30 canales B y un canal D, en este caso de 64 Kbps).

     Existen dos estándares de ofertas de servicios, denominados accesos:

• Acceso Básico (BRI).  Proporciona 2 canales B de 64 Kbps y un canal D de 16 Kbps para señalización de los canales B.  Con los equipos apropiados se pueden unir los dos canales B juntos para conseguir un ancho de banda máximo de 128 Kbps.  El BRI es apropiado para ser utilizado en oficinas pequeñas, redes LAN pequeñas o de tamaño medio, o para teletrabajadores que deseen conectarse a la LAN de su compañía.
• Acceso Primario (PRI).  Proporciona 30 canales B de 64 Kbps y un canal D de 64 Kbps para  señalización.  Los canales B pueden ser fundidos en una de las configuraciones denominadas, servicios H, descritas anteriormente.  Esas líneas pueden utilizarse como troncales de alta velocidad para transferencia de archivos de gran tamaño y de otros flujos continuos de datos o se pueden dividir con un multiplexor para proporcionar canales para múltiples dispositivos.

     Además de los ya mencionados, existen otra serie de ventajas, aplicaciones y terminales inherentes a la ISDN, como son:

1. Ventajas

• Excepcional rapidez en los tiempos de establecimiento y de liberación de la llamada, inferiores a 0,5 segundos. 
• Gran fiabilidad y alta calidad de voz al ser todo el camino digital. 
• Alta velocidad de transmisión y baja tasa de errores. 
• Flexibilidad en el uso de las líneas ISDN, que no está limitado por la naturaleza de la información ni por la fuente generadora. 
• Simplicidad y seguridad al tener un acceso único. 

2. Aplicaciones

• Integración de voz, datos e imágenes. 
• Terminales multiservicio. 
• Servicio de videoconferencia. 
• Integración de redes diversas. 
• Respaldo para redes privadas 
• Acceso a Internet. 
• Oportunidad para el desarrollo de nuevas aplicaciones. 

3. Terminales ISDN

• Puede considerarse que hay dos grupos de terminales ISDN: por un lado el resultante de la evolución de terminales ya existentes y por otro el grupo de terminales creados especialmente para soportar las capacidades de la red.
• Teléfonos ISDN, teléfonos de 7 KHz, facsímil Grupo 4, videotexto ISDN, terminales multimedia, equipos de monitorización, telemedida y control, videoteléfono y videoconferencia. 
• Tarjeta ISDN para PC. Convierte al ordenador personal en una potente herramienta de trabajo debido a la sinergia que se obtiene entre la gran cantidad de software disponible y las capacidades de comunicaciones que aporta la ISDN. 
• Routers, Puentes y Gateways: solucionan el problema de la conectividad de LANs de una corporación, dispersas por diferentes edificios, así como el acceso desde una estación remota. 
• Equipos de respaldo y reserva (back-up) de líneas dedicadas, para el caso de fallo en configuraciones basadas en líneas punto a punto, optimizando costes, ya que al ser la ISDN una red conmutada sólo genera costes cuando se utiliza. 
• Equipos de gestión dinámica de ancho de banda. Estos equipos manejan un número de canales de 64 Kbps variable, según las necesidades de ancho de banda que un terminal determinado (por ejemplo 128 ó 384 Kbps) pueda tener en cada momento. 
• Adaptadores de Terminal. Estos dispositivos permiten la conexión de los terminales de datos de uso común a ISDN con acceso a las facilidades y servicios idénticos a los que tenían anteriormente.

4. ATM

Introducción
ATM comenzó como parte del estándar de la red digital de servicios integrados de banda ancha (RDSI-BA) desarrollado en 1988 por el CCITT.  RDSI-BA es una extensión de la red de servicios integrados de banda estrecha (que definía redes de telecomunicaciones digitales públicas) que proporciona mayor ancho de banda y permite un caudal de datos superior a RDSI-BE.

     Las razones que motivaron el nacimiento de la RDSI-BA fueron la demanda de un mayor ancho de banda, la  disponibilidad de equipos de transmisión y conmutación de alta velocidad, los avances tanto hardware como software de los sistemas disponibles en el usuario final, etc.

     En 1991, se constituyó en EU el ATM Forum, que es un consorcio de vendedores, operadores y usuarios, que tiene como objetivo el acelerar los acuerdos industriales sobre las interfaces ATM.
 

ATM

     Gracias  a la utilización de células, ATM supera la limitación que presentan los sistemas de conmutación de paquetes de no comportarse de manera adecuada en el caso de tráfico bidireccional en tiempo real, como el vídeo interactivo.  Las células ATM son paquetes de longitud fija y no paquetes de longitud variable.  Cada célula está compuesta por un campo de datos de 48 bytes y una cabecera de 5 bytes, como se muestra en la figura 2.6.  La cabecera contiene información sobre el canal virtual, el camino virtual, el tipo de campo de datos y la prioridad de pérdida de la celda, mientras que en el campo de datos se encuentran los datos de usuario.

     Las células ATM de longitud fija ofrecen muchas ventajas respecto a los paquetes de longitud variable:

• Posibilidad de conmutación mediante hardware.
• Nivel de servicio garantizado.
• Procesamiento paralelo.
• Posibilidad de procesar voz.

     ATM no emplea ancho de banda compartido. En su lugar, cada uno de los puertos de un conmutador ATM se dedica a un único usuario.  Para comunicarse a través de la red, las aplicaciones deben, en primer lugar, establecer un canal virtual (VC: Virtual Channel) entre los conmutadores.  Un VC es un camino de transmisión para una célula de datos ATM. El VC se extiende a través de uno o más conmutadores, estableciendo una conexión extremo a extremo para la transmisión de los datos de la aplicación mediante células ATM.  Los VC se pueden establecer de dos maneras.  La primera, el administrador de la red puede configurar manualmente un circuito virtual permanente (PVC: Permanent Virtual Channel).  Un PVC consiste en un ancho de banda dedicado que garantiza un nivel de servicio a una determinada estación.  Los administradores de red podrían configurar PVC para aplicaciones críticas que siempre deben considerarse de alta prioridad o para conexiones permanentes como las existentes entre encaminadores y puentes.  La segunda manera de establecer un VC es el circuito virtual conmutado (SVC: Switched Virtual Channel). Un SVC es un VC establecido ad hoc según las necesidades de la aplicación.

Modo de Operación
Determinación de la Ruta
La determinación de la ruta es una función que exige un procesamiento intensivo por parte de la computadora, usualmente basado en software, y que requiere un conocimiento dinámico de la topología global de la red.  La determinación de la ruta en ATM se realiza mediante el establecimiento de conexiones virtuales y se produce sólo una vez por sesión de transferencia de datos.  ATM elige un camino para las células de la conexión durante el establecimiento de la conexión y todas las células de la conexión siguen el mismo camino.  Después del establecimiento de la conexión, sólo se realizan sencillas operaciones de transferencia de células.  De esta manera, la transferencia de datos se mantiene simple y eficiente, pero requiere de un sistema separado para el establecimiento de la conexión. La parte correspondiente al establecimiento de la conexión en ATM es, y debe ser, basada en protocolos no orientados a conexión.  La diferencia principal entre ATM y las soluciones tradicionales de interconexión es que estas últimas deben resolver ambos componentes del problema de interconexión simultáneamente.  Por consiguiente, cada paquete en una red tradicional transporta la información de encaminamiento significativa para la totalidad de la red, y cada paquete debe ser procesado por los conmutadores antes de poder transmitir los datos.

Reenvío de Datos
El reenvío de datos, por otra parte, es una función que exige un procesamiento hardware intensivo, que requiere una capacidad de conmutación del orden de gigabytes.  La conmutación basada en células ATM permite una conmutación sencilla que, al igual que la conmutación Ethernet, puede ser realizada enteramente por hardware.  Los conmutadores ATM realizan esta función procesando las células ATM y se ha optimizado la definición de la célula ATM para implementar una capacidad de conmutación basada en hardware y capaz de soportar gigabytes.  Por tanto, las células son conmutadas mediante hardware a lo largo del camino previamente establecido por el VC (Canal Virtual) para la sesión.
 

ATM Y EL MODELO OSI
La relación de ATM con el modelo ISO-OSI supera al de la mayoría de los protocolos de transporte, como muestra la figura 2.19.

Capa ATM
Lo que se ha tratado hasta ahora son operaciones que tienen lugar en la capa ATM, que corresponde, en cierta manera, a los niveles de enlace de datos y de red del modelo ISO-OSI.  Si ATM fuera como otros protocolos, estos serían los únicos niveles afectados por ATM y la descripción podría acabar aquí. 

• Provee un solo mecanismo de transporte para múltiples opciones de servicio 
• Es independiente del tipo de información que es transmitida (datos, gráficos, voz, audio, vídeo) con excepción del tipo de servicio (QOS) requerido 
• Existen dos tipos de header ATM: UNI (User-Network Interface) y NNI (Network-Network Interface) 

Capa de Adaptación ATM (ATM Adaption Layer, AAL)
La capa de adaptación ATM se sitúa sobre la capa ATM.  En esta capa es donde ATM convierte el tráfico de usuario procedente de las aplicaciones en formato ATM.  En esta capa ATM  proporciona el soporte para las aplicaciones orientadas a conexión y no orientadas a conexión, las aplicaciones de tasa de bit variable, además de para aplicaciones de tasa de bit constante (como vídeo y multimedia).

 Esta capa está compuesta por dos subcapas: la subcapa de convergencia y la subcapa de segmentación y reensamblado.

Subcapa de convergencia (CS)
La subcapa de convergencia permite la retransmisión de voz, vídeo y tráfico de datos a través de la misma infraestructura de conmutación.  Interpreta los datos procedentes de la aplicación del nivel superior y los prepara para su procesamiento por parte de la subcapa de segmentación y reensamblado.

Subcapa de segmentación y reensamblado (SAR)
Antes de que la aplicación transmita los datos a través de una red ATM, la SAR segmenta los datos en células de datos ATM de 48 bytes.  Una vez que las células ATM alcanzan su destino, la SAR reensambla las células en datos de nivel superior y transmite estos datos a sus dispositivos locales correspondientes.

Aspectos de la Integración WAN
Actualmente ATM es una tecnología muy cara, por tanto su utilización generalizada en toda la red probablemente sea prohibitiva.  Es por esto, que la implantación debe planificarse por fases: primero los enlaces troncales (especialmente en los campus), segmentos de vídeo e incluso el tráfico de voz sobre troncales  procedente de las PBX.

     Aunque a menudo se puede integrar ATM con las redes de área extensa sin tener que reemplazar ningún equipo, se necesitará equipamiento adicional, un conocimiento completo de las interfaces ATM aplicables y una planificación detallada.

     Existen cuatro protocolos básicos para una interconexión con éxito en un área extensa, los cuales se describen a continuación:

• Interfaz pública de usuario-red (UNI: User-to-Network Interface).
• Interfaz pública de red-red (NNI: Network-to-Network Interface).
• Interfaz de interconexión (ICI: Intercarrier Interface).
• Interfaz de intercambio de datos (DXI: Data Exchange Interface).

Interfaz pública de usuario-red (UNI: User-to-Network Interface)
El protocolo UNI de ATM proporciona múltiples clases de servicio y la reserva del ancho de banda durante el establecimiento de la llamada de una conexión virtual conmutada.  La UNI define la interoperabilidad entre el equipo de usuario y el puerto del conmutador ATM. Una UNI pública define la interfaz con red ATM pública y, por lo general, admite una interfaz SONET o DS3.

Interfaz pública de red-red (NNI: Network-to-Network Interface)
El protocolo NNI proporciona arbitraje de la conexión virtual, control de congestión y gestión de la topología para las conexiones a redes privadas o públicas ATM.

Interfaz de interconexión (ICI: Intercarrier Interface).
El ICI define los mecanismos de interconexión en las redes ATM de área extensa.

Interfaz de intercambio de datos (DXI: Data Exchange Interface).
El DXI proporciona una interfaz estándar ATM para los equipos heredados.  Permite encaminamiento en ATM porque el DXI se basa en paquetes en vez de células. Utiliza el formato de trama del protocolo de control de enlace de datos de alto nivel (HDLC), de manera que, al contrario que los interfaces basados en células, no necesita hardware adicional para transmitir el tráfico basado en paquetes. Por tanto, es el protocolo que permite conectarse con una red ATM existente.

     En resumen, ATM es un protocolo punto a punto, full-duplex, orientado a conexión y basado en conmutación de células que dedica ancho de banda a cada estación.  Utiliza multiplexación por división en el tiempo asíncrona (TDM) para controlar el flujo de información en la red.  ATM puede operar en un ancho de banda que varía desde 25 Mbps hasta 622 Mbps, aunque se orienta más hacia los 155 Mbps.

     Entre los beneficios ofrecidos por ATM tenemos:

• Excelente escalabilidad.
• Ancho de banda bajo demanda.
• Posibilidad de gestionar la totalidad del rango de tráfico de la red (voz, datos, imagen, vídeo, gráficos y multimedia).
• Adaptabilidad tanto a los entornos LAN como a los WAN.