Ingeniería Systems: Tolerancia a fallas en redes conmutadas por circuitos y paquetes - CCNA1 V5

1. Tolerancia a fallas en redes conmutadas por circuitos

Tolerancia a fallas

Se espera que Internet esté siempre disponible para los millones de usuarios que confían en ese servicio. Para lograrlo, se requiere una arquitectura de red desarrollada para tener tolerancia a fallas. Una red con tolerancia a fallas es una que limita el impacto de las fallas, de modo que la cantidad de dispositivos afectados sea la menor posible. Además, se arma de forma tal que permita una recuperación rápida cuando se produce una falla. Estas redes dependen de varias rutas entre el origen y el destino del mensaje. Si falla una ruta, los mensajes se pueden enviar inmediatamente por otro enlace. El hecho de que haya varias rutas que conducen a un destino se denomina “redundancia”.

Redes orientadas a la conexión y conmutadas por circuitos

Para comprender la necesidad de redundancia, podemos tomar como ejemplo el funcionamiento de los primeros sistemas telefónicos. Cuando se realizaba una llamada con un teléfono tradicional, esta primero se sometía un proceso de configuración. Este proceso identificaba las ubicaciones de conmutación telefónica de la persona que realizaba la llamada (origen) y del teléfono que recibía la llamada (destino). Se creaba una ruta temporal, o circuito, para el tiempo que durara la llamada telefónica.

Si fallaba un enlace o un dispositivo en el circuito, la llamada se interrumpía. Para volver a establecer la conexión, se debía realizar una nueva llamada con un nuevo circuito.

Este proceso de conexión se conoce como “proceso de conmutación por circuitos” y se muestra en la ilustración.

Muchas redes conmutadas por circuitos dan prioridad a las conexiones de circuitos existentes, a expensas de las solicitudes de nuevos circuitos. Una vez establecido el circuito, este permanece conectado y los recursos se utilizan hasta que una de las partes desconecta la llamada, aunque no exista comunicación entre las personas en ningún extremo de la llamada. Debido a que solo se puede crear una cantidad finita de circuitos, es posible recibir un mensaje que indique que todos los circuitos están ocupados y que no se puede realizar una llamada. La razón por la que la tecnología de conmutación por circuitos no es óptima para Internet radica en el costo de crear varias rutas alternativas con suficiente capacidad para admitir una gran cantidad de circuitos simultáneos y las tecnologías necesarias para recrear de forma dinámica los circuitos interrumpidos en caso de falla.

2. Tolerancia a fallas en redes conmutadas por paquetes

Packet-Switched Networks

Durante la búsqueda de una red con mayor tolerancia a fallas, los primeros diseñadores de Internet investigaron las redes conmutadas por paquetes. La premisa para este tipo de red es que un único mensaje se puede dividir en varios bloques de mensajes. Cada bloque contiene información de direccionamiento que indica el punto de origen y el destino final. Con esta información incorporada, estos bloques de mensajes, llamados “paquetes”, se pueden enviar a través de la red mediante varias rutas y se pueden volver a unir para formar el mensaje original al llegar a destino, como se muestra en la ilustración.

Los dispositivos que están dentro de la red normalmente desconocen el contenido de los paquetes individuales. La única información visible son las direcciones de origen y destino final. Por lo general, a estas direcciones se las conoce como “direcciones IP” y se expresan en formato decimal punteado, por ejemplo, 10.10.10.10. Cada paquete se envía en forma independiente desde una ubicación a otra.

En cada ubicación, se decide qué ruta utilizar para enviar el paquete al destino final. Esto se asemeja a escribirle un mensaje largo a un amigo, dividido en diez postales. Cada postal tiene la dirección de destino del destinatario. A medida que las postales avanzan a través del sistema de correo postal, se utiliza la dirección de destino para determinar la siguiente ruta que deben seguir. Finalmente, se entregarán en la dirección que figura en las postales.

Si una ruta utilizada anteriormente ya no está disponible, la función de enrutamiento puede elegir en forma dinámica la próxima ruta disponible. Debido a que los mensajes se envían por partes, en lugar de hacerlo como un único mensaje completo, los pocos paquetes que pueden perderse pueden volverse a transmitir al destino por una ruta diferente. En muchos casos, el dispositivo de destino desconoce si ocurrió una falla o un enrutamiento. Siguiendo la analogía de la postal, si una de las postales se pierde en el camino, solo es necesario volver a enviar esa tarjeta.

En una red conmutada por paquetes no existe la necesidad de un circuito reservado y simple de extremo a extremo. Cualquier parte del mensaje puede enviarse a través de la red utilizando una ruta disponible. Además, los paquetes que contienen las partes de los mensajes de diferentes orígenes pueden viajar por la red al mismo tiempo.

Al proporcionar una forma dinámica de utilizar rutas redundantes sin la intervención del usuario, Internet se convirtió en un método de comunicación con tolerancia a fallas. En nuestra analogía del correo, mientras la postal viaja a través del sistema de correo postal, comparte el transporte con otras postales, cartas y paquetes. Por ejemplo, es posible que se coloque una de las postales en un avión, junto con otros paquetes y cartas que se transportan hacia su destino final.

Aunque las redes de conmutación por paquetes sin conexión son la principal infraestructura de Internet en la actualidad, los sistemas orientados a la conexión, como el sistema de telefonía de conmutación por circuitos, tienen ciertas ventajas. Debido a que los recursos de las diferentes ubicaciones de conmutación están destinados a proporcionar un número determinado de circuitos, pueden garantizarse la calidad y la consistencia de los mensajes transmitidos en una red orientada a la conexión. Otro beneficio es que el proveedor del servicio puede cobrar a los usuarios de la red durante el periodo de tiempo en que la conexión se encuentra activa. La capacidad de cobrar a los usuarios para conexiones activas a través de la red es una premisa fundamental de la industria del servicio de telecomunicaciones.