Arquitecturas de redes de comunicaciones distintas para distintos servicios
Entre la
red telefónica, que hace posible que dos abonados mantengan una conversación de voz, y la
red de difusión de televisión, mediante la que una estación de televisión emite sus programas desde sus estudios hasta los receptores de los televidentes, existen diferencias fundamentales en cuanto a la naturaleza del mensaje que se envía, el sentido de la transmisión, y el número y tipo de usuarios que intervienen. Telefonear es hablar con otra persona, es por tanto una comunicación interpersonal, mientras que ver la televisión es, por ejemplo, observar qué sucede en otro lugar remoto lo cual significa que hay un proveedor de contenido; estas diferencias condicionan la complejidad de las redes de comunicaciones involucradas, así como los elementos de los cuales se componen.
Siguiendo con el ejemplo utilizado, la diferencia fundamental entre ambos radica en que la red telefónica proporciona un camino para que se comuniquen cualesquiera dos abonados, mediante la marcación de un número que identifica unívocamente a cada terminal. Cualquier abonado puede comunicarse con cualquier otro y las redes telefónicas (fijas y móviles) extendidas por todo el mundo hacen esto posible. En la difusión de televisión, unas imágenes son transmitidas desde los estudios hasta los oportunos reemisores, que finalmente cubren una cierta zona mediante potentes antenas. Esta señal es recibida por los televidentes mediante otra antena y su receptor de televisión. La señal de televisión está siempre disponible y es voluntad del usuario acceder a la misma. En un sistema de televisión convencional (tanto analógico como digital) el usuario no tiene ninguna posibilidad de interactuar con el extremo que envía la información.
Arquitecturas de las redes de comunicaciones. Conmutación de circuitos y conmutación de paquetes
Las redes de comunicación se diseñan y construyen en arquitecturas que pretenden servir a sus objetivos de uso. Por ejemplo, existen necesidades de intercambio de información entre usuarios que obligan a mantener un flujo continuo de información, o al menos que la información llegue sin retardos apreciables para el usuario y sin desordenar, pues de lo contrario se altera su significado. Este es el caso de la voz o, en muchos casos, del vídeo.
También es posible utilizar arquitecturas que se basan en un flujo discontinuo de información formado por “paquetes” separados de datos. Estas arquitecturas son típicas de sistemas donde la información es discontinua de forma natural (como por ejemplo en el uso del correo electrónico), pero también se puede utilizar en aquellos sistemas que requieren un flujo continuo de información, siempre y cuando se garantice que la red de comunicaciones entrega la información sin un retardo apreciable para los usuarios y sin desordenar los paquetes de datos en los que se ha descompuesto el flujo de información.
Para que la información enviada por un terminal, sea recibida en el otro extremo, las redes (y las arquitecturas mediante las que se implementan) establecen un “camino” entre los extremos por el que viaja la información. Como las redes de comunicaciones no unen directamente a todos los usuarios con el resto, sino que tienen una estructura jerárquica, es necesario contar con un procedimiento de “conmutación” o “encaminamiento” que dirija la información (sea un flujo continuo o esté “paquetizada”) hacia su destinatario.
Siguiendo con esta lógica, existen dos tipos básicos de arquitecturas de redes de comunicación:
conmutación de circuitos y
conmutación de paquetes. En la conmutación de circuitos, el camino (llamado “circuito”) entre los extremos del proceso de comunicación se mantiene de forma permanente mientras dura la comunicación, de forma que es posible mantener un flujo continuo de información entre dichos extremos. Este es el caso de la telefonía convencional. Su ventaja principal radica en que una vez establecido el circuito su disponibilidad es muy alta, puesto que se garantiza esta camino entre ambos extremos independientemente del flujo de información. Su principal inconveniente reside en consumir muchos recursos del sistema mientras dura la comunicación, independientemente de lo que en la realidad pudiera requerir. En la conmutación de paquetes, no existe un circuito permanente entre los extremos y, la red, simplemente, se dedica a encaminar paquete a paquete la información entre los usuarios. En la práctica esto significa que los paquetes en los que se ha dividido la información pueden seguir caminos diferentes. Su principal ventaja es que únicamente consume recursos del sistema cuando se envía (o se recibe) un paquete, quedando el sistema libre para manejar otros paquetes con otras información o de otros usuarios. Por tanto, la conmutación de paquetes permite inherentemente la compartición de recursos entre usuarios y entre informaciones de tipo y origen distinto. Este es caso de Internet. Su inconveniente reside en las dificultades en el manejo de informaciones de “tiempo real”, como la voz, es decir, que requieren que los paquetes de datos que la componen lleguen con un retardo apropiado y en el orden requerido. Evidentemente las redes de conmutación de paquetes son capaces de manejar informaciones de “tiempo real”, pero lo hacen a costa de aumentar su complejidad y sus capacidades.
Caracterización de las redes de comunicaciones. Direccionalidad, ancho de banda y simetría. Redes analógicas y digitales
En primer lugar las redes de comunicaciones se pueden distinguir en función de si el camino por el que circula la información es posible en ambos sentidos o uno solo. Asi, se tienen:
a) redes de comunicaciones unidireccionales en las que la información viaja desde un emisor a un receptor, no existiendo camino de retorno para la comunicación inversa. Este tipo de comunicaciones se suele encontrar en las redes de difusión o distribución.
b) redes de comunicaciones bidireccionales o interactivas: la información entre los extremos viaja en los dos sentidos, típicamente por el mismo camino, aunque también existen redes en que no tiene por que coincidir los caminos de ida y vuelta. Algunos ejemplos son las redes de telefonía y de datos.
c) redes híbridas, en las que se integran tipos diferentes de redes; por ejemplo, una red unidireccional para un sentido de la comunicación es combinada con otra red para el camino de retorno. Estas soluciones fragmentarias permiten tener, por ejemplo, servicios interactivos de televisión, en la que ésta es recibida por la red de difusión terrestre o por satélite, mientras que las selecciones del usuario y sus peticiones de vídeo bajo demanda (VoD), se envían por Internet (sobre la red telefónica).
En cuanto al ancho de banda, hay que señalar que los tipos de información que pueden circular por las redes son muy variados, en cuanto a su naturaleza, tratamiento, degradación y, particularmente de muy distinto
ancho de banda. Dentro del ancho de banda de una señal quedan recogidas todas las frecuencias distintas que incorpora la señal. Las variaciones de frecuencia de una señal de voz son muy inferiores a las de una imagen movimiento (vídeo). La tecnología requerida en cada caso es muy distinta; la
frecuencia es la variable fundamental del diseño de sistemas de comunicaciones. en sus aspectos de transporte de señal. De aquí, se puede hablar de redes de
banda ancha cuando la información que manejan ocupa un rango de frecuencias elevado y de
banda estrecha en caso contrario.
Además, en determinados usos de las redes de comunicaciones, uno de los extremos genera mucha más información que el otro, lo que tiene implicaciones relativas a la ubicación de las infraestructuras de mayor ancho de banda, en el sentido emisor-receptor o en el inverso. El grado de simetría se refiere a la distribución del flujo de información entre los dos extremos de la comunicación, distinguiéndose entre redes asimétricas y redes simétricas. En las primeras uno de los extremos de la comunicación genera mucha mayor cantidad de información que la otra parte y el mayor ancho de banda mayor se situará en el camino de emisor a receptor, siendo muy inferior el dispuesto en sentido contrario.
Por último si la información y el manejo que se hace de la misma es en formato
digital, se puede hablar de redes digitales. Por el contrario si la información y/o el manejo de la misma es analógico, se trata de redes analógicas.
Tipos de redes de comunicaciones
Existen muchas formas posibles de clasificación de redes de comunicaciones. A continuación se consideran las más importantes. A este respecto hay que señalar que las clasificaciones siguientes no son excluyentes. Las
redes de nueva generación (y, en general, las redes de
conmutación de paquetes) tienen la capacidad de comportarse de formas diversas según el objetivo de uso que se persiga.
Redes de difusión y redes conmutadas
En función de que la información se reciba por un usuario determinado, un conjunto determinado de ellos, o un número indeterminado de los mismos, se tienen:
a)
Redes de difusión: la información enviada se recibe en cualquier terminal conectado, recibiendo todos los usuarios la misma información y a la vez. El ejemplo típico son las redes de televisión convencionales en cualquiera de sus formas de transporte, cable, satélite o terrenal.
b) Redes conmutadas: cualquier usuario conectado a la red puede intercambiar información con cualquier otro conectado a la misma, mediante el establecimiento de la conexión entre los terminales extremos. El ejemplo más conocido son las redes de telefonía. El uso del correo electrónico sobre Internet es otro ejemplo de comportamiento punto a punto.
c) Entre estos dos casos hay varios intermedios. Por un lado están las redes de difusión con
acceso condicional en las que la señal emitida por un transmisor es recibida por cualquier terminal conectado a la red, recibiendo los terminales la misma información y a la vez, pero a diferencia de las redes de difusión puras, cada usuario puede tener acceso a la información que personalmente ha solicitado al emisor mediante petición previa. La tecnología de acceso condicional es la que permite la personalización de los contenidos que el usuario recibe, incluso mediante las redes de difusión convencionales. En este sentido, este tipo de redes actúan como redes de difusión virtualmente conmutadas. Por otro lado están las redes de multicasting en las que un conjunto determinado (y conocido) de usuarios recibe la misma información. De esta forma se ahorra capacidad de transmisión, ya que todos los usuarios involucrados comparten la misma información. La difusión audiovisual sobre Internet a veces utiliza algunos de estos mecanismos multicasting por el motivo señalado.
Redes punto a punto y redes multipunto
Esta clasificación considera los flujos de información con respecto a su origen y destino y es prácticamente paralela con la anterior. Se tienen:
a) redes punto a punto: un extremo (usuario) entabla comunicación con otro, y la arquitectura de la red mantiene separados y diferenciados estos flujos de información. Ejemplos típicos son la telefonía (fija o móvil)..
b) punto a multipunto: un usuario o terminal mantiene un flujo de información simultáneamente con otros varios terminales. En caso de que los “usuarios multipunto” puedan generar información, la información que transmiten cada uno de ellos es recibida exclusivamente por el “usuario punto”, quién a su discreción la hará visible al resto de “usuarios multipunto”. Un ejemplo típico es la difusión de TV, o las aplicaciones de teleeducación por videoconferencia.
c) multipunto a multipunto: todos los usuarios pueden comunicarse simultáneamente con el resto. Un esquema de este tipo se encuentra en los sistemas de chat o también en los de juego en red.
Redes fijas, inalámbricas, móviles y celulares
Otro parámetro que caracteriza las redes de comunicaciones y condiciona su diseño es el grado de movilidad y el uso de espectro radioélectrico de los extremos de la comunicación. Se tienen:
a) redes fijas: los usuarios y los terminales están permanentemente fijos, conectados físicamente a las redes mediante un cable o mediante
espectro radioeléctrico, pero sin poder desplazarse de ubicación.
b) redes inalámbricas: utilizan espectro radioeléctrico para la comunicación
c) redes de móviles: los usuarios están en movimiento dentro de las zonas de cobertura de la red, y los terminales proporcionan a la red las señales que permiten su seguimiento e identificación. Obsérvese que todas las redes de móviles son inalámbricas, pero no al reves.
d) redes celulares: son redes inalámbricas que tienen divida la zona de cobertura en “células” o “celdas”. Los sistemas de comunicaciones móviles (llamados de aquí sistemas de comunicaciones celulares) son un ejemplo típico.
Extensión de las redes. Redes locales, metropolitanas y de área extensa
También se pueden clasificar las redes en función del grado y extensión de la cobertura geográfica de la red, medida en términos de posibilidad de acceso a otros usuarios. Se tienen:
a) redes de cobertura local: la red tiene una cobertura reducida, siendo accesibles únicamente los usuarios dentro de la misma. Ejemplos son las
LAN de datos, las centralitas telefónicas, las redes de radiotelefonía en grupo cerrado de usuarios (trunking) con cobertura local o los sistemas de buscapersonas.
b) redes de cobertura extensa: la red cubre un territorio amplio (regional, nacional e incluso internacional), siendo posible acceder a cualquier usuario de la misma. Ejemplos son las redes de telefonía fija, las de telefonía móvil, las redes de área extensa de datos (
WAN), Internet o las redes globales por satélite.
c) redes metropolitanas: se trata de un caso intermedio entre ambas. El ejemplo típico son las redes
MAN de datos.
