Redes de conmutación

Conectar cada equipo con todos los demás por un cable propio es imposible en cuanto hay más de un puñado de equipos: el número de enlaces crece con el cuadrado del número de nodos. La solución es una red de nodos intermedios que se van pasando la información hasta el destino. Conmutar es precisamente eso: decidir, en cada nodo, por qué salida sigue lo que ha entrado.

La diferencia entre las tres técnicas está en cuándo se toma esa decisión y sobre qué unidad se toma. En unas se decide una sola vez, al principio, y todo lo demás sigue el mismo camino. En otras se decide en cada envío, y dos envíos consecutivos pueden ir por sitios distintos.

Toda la clasificación se resume en dos preguntas: ¿se reserva el camino antes de empezar?, y ¿qué unidad de información se conmuta: la conversación entera, el mensaje completo o un trozo pequeño?

Antes de intercambiar un solo dato se establece un circuito físico o lógico entre los dos extremos, y se reservan recursos en todos los nodos por los que pasa. Esos recursos quedan asignados a esa comunicación mientras dure, la use o no. Es como pedir una mesa en un restaurante: mientras la tengas reservada nadie más se sienta en ella, aunque tú te levantes.

El ejemplo de toda la vida es la red telefónica básica (RTB), y también la RDSI. La ventaja es que, una vez montado el circuito, el retardo es constante y no hay que decidir nada más: la información llega en orden y a ritmo fijo. El inconveniente es el desperdicio, porque en los silencios de la conversación el ancho de banda reservado no lo aprovecha nadie, y el tiempo que se pierde estableciendo el circuito antes de poder hablar.

1. 1Establecimiento: se busca un camino libre extremo a extremo y se reservan recursos en cada nodo.
2. 2Transferencia: los datos circulan por ese camino, siempre el mismo, sin volver a decidir la ruta.
3. 3Liberación: se avisa a los nodos y los recursos vuelven a estar disponibles para otros.

Es el paso intermedio y hoy casi no se usa, pero explica de dónde sale todo lo demás. Aquí no se reserva nada: el emisor entrega el mensaje completo al primer nodo, que lo almacena entero, mira la dirección de destino, elige salida y lo reenvía al siguiente. Se conoce como almacenamiento y reenvío.

Gana en aprovechamiento del medio, porque el enlace solo se ocupa mientras hay algo que enviar, y permite que un nodo guarde el mensaje si la salida está ocupada. Pierde en dos cosas: cada nodo tiene que tener capacidad para guardar mensajes enteros, que pueden ser enormes, y el retardo se acumula porque ningún nodo empieza a reenviar hasta haber recibido el último bit.

Trocear el mensaje en unidades pequeñas y de tamaño acotado arregla los dos problemas a la vez. Eso es la conmutación de paquetes.

El mensaje se divide en unidades pequeñas, los paquetes, cada una con su propia cabecera de direccionamiento. Los nodos las reciben, las examinan y las encaminan una a una. Como los paquetes de conversaciones distintas se van intercalando en el mismo enlace, el aprovechamiento del medio es total: si tú no lo estás usando, lo usa otro.

Los dos mecanismos que la sostienen son la multiplexación, que permite que muchos flujos compartan el mismo canal, y el encaminamiento, que es la decisión de por dónde sale cada paquete. El precio es un retardo variable, porque un paquete puede encontrarse cola en un nodo y el siguiente no, y la necesidad de reordenar y de detectar pérdidas en el destino.

Trocear tiene además una ventaja que no es obvia: el segundo nodo puede estar reenviando el paquete 1 mientras el primero todavía recibe el paquete 2. El trabajo se solapa y el retardo total baja mucho respecto a la conmutación de mensajes.

Dentro de la conmutación de paquetes hay dos maneras de trabajar. En modo datagrama no hay conexión previa: cada paquete es independiente, lleva la dirección de destino completa y cada nodo decide su ruta en ese momento. Nadie garantiza la entrega, y dos paquetes de la misma comunicación pueden ir por caminos distintos y llegar desordenados. Es el modo en que funciona IP.

En modo de circuito virtual sí hay una fase previa de establecimiento en la que se fija la ruta. A partir de ahí todos los paquetes la siguen y llegan en orden, aunque el camino no esté reservado en exclusiva como en la conmutación de circuitos: sigue siendo compartido, por eso se llama virtual. Los circuitos virtuales pueden ser permanentes, contratados con el operador y siempre abiertos, o conmutados, que se establecen y se liberan en cada sesión.

Trabajan con circuitos virtuales las tecnologías de transporte de operador: ATM, Frame Relay, MPLS y el antiguo X.25, del que salen las redes de valor añadido.

No confundas circuito con circuito virtual. En el circuito los recursos están reservados y nadie más los usa; en el circuito virtual solo está fijada la ruta, y el enlace se sigue compartiendo con todo el mundo.