Conexión Serial Punto a Punto

A continuación se explica los aspectos básicos de la comunicación serial punto a punto a través de una WAN.

Uno de los tipos de conexiones WAN más comunes, especialmente en las comunicaciones de larga distancia, son las conexiones punto a punto, que también se denominan “conexiones seriales” o “de líneas arrendadas“.

Debido a que, en general, estas conexiones las proporciona una empresa prestadora de servicios, como una compañía telefónica, los límites entre lo que administra la prestadora y lo que administra el cliente se deben establecer con claridad.

En este capítulo, se abarcan los términos, la tecnología y los protocolos que se utilizan en las conexiones seriales. Se presentan los protocolos punto a punto (PPP) y HDLC.

1. Puertos serie y paralelos

Como se muestra en la Imagen 1, las conexiones punto a punto se utilizan para conectar redes LAN a redes WAN de un proveedor de servicios, así como para conectar segmentos LAN dentro de una red empresarial.

Una conexión punto a punto de LAN a WAN también se denomina “conexión de línea arrendada”. Esto se debe a que las líneas se arriendan de una prestadora de servicios (generalmente, una compañía telefónica) y se las dedica para que las utilice la empresa que arrienda las líneas. Las empresas pagan una conexión continua entre dos sitios remotos, y la línea está continuamente activa y disponible.

Es importante comprender cómo funciona la comunicación serial punto a punto a través de una línea arrendada para tener un concepto general de cómo funcionan las WAN.

Las comunicaciones a través de una conexión serial son un método de transmisión de datos en el que los bits se transmiten en forma secuencial por un único canal. Los puertos serie son bidireccionales y a menudo se los denomina “puertos bidireccionales” o “puertos de comunicaciones”.

1.1. Conexión Paralela

Esto es distinto de las comunicaciones paralelas, en las que los bits se pueden transmitir simultáneamente por varios cables. Como se muestra en la Imagen 2, en teoría, una conexión paralela transfiere datos ocho veces más rápido que una conexión serial.

De acuerdo con esta teoría, una conexión paralela envía 1 byte (8 bits) en el tiempo en que una conexión serial envía un único bit. Sin embargo, las comunicaciones paralelas tienen problemas con el crosstalk a través de los cables, especialmente a medida que la longitud de estos aumenta.

El sesgo de reloj también es un problema con las comunicaciones paralelas. El sesgo de reloj ocurre cuando los datos no llegan al mismo tiempo a través de los diferentes cables, lo que crea problemas de sincronización.

En la mayoría de las computadoras, los puertos paralelos y los puertos serie RS-232 se reemplazaron por las interfaces de bus serial universal (USB), de mayor velocidad. Sin embargo, para las comunicaciones de larga distancia, muchas WAN siguen utilizando la transmisión serial.

2. Comunicación serial

En la Imagen 3, se muestra una representación simple de una comunicación serial a través de una WAN.

El protocolo de comunicaciones que usa el router emisor encapsula los datos. La trama encapsulada se envía a la WAN por un medio físico. Existen varias formas de atravesar la WAN, pero el router receptor usa el mismo protocolo de comunicaciones para desencapsular la trama cuando esta llega.

Existen diferentes estándares de comunicación serial, y cada una usa un método de señalización diferente.

• RS-232: la mayoría de los puertos serie en las computadoras personales cumplen con el estándar RS-232C o los estándares RS-422 y RS-423 más recientes. Se utilizan conectores tanto de 9 pines como de 25 pines. Un puerto serie es una interfaz de uso general que se puede utilizar para casi cualquier tipo de dispositivo, incluidos los módems, los mouses y las impresoras.
• V.35: este estándar de la ITU para el intercambio de datos síncrono de alta velocidad combina el ancho de banda de varios circuitos telefónicos y, en general, se usa para la comunicación de módem a multiplexor. En los EE. UU., el estándar de interfaz V.35 es el que utiliza la mayoría de los routers y las DSU que se conectan a las portadoras T1.
• Interfaz serial de alta velocidad (HSSI): una HSSI admite velocidades de transmisión de hasta 52 Mb/s. Los ingenieros usan HSSI para conectar los routers en las LAN a las WAN a través de líneas de alta velocidad, como las líneas T3. Además, los ingenieros usan HSSI para proporcionar conectividad de alta velocidad entre redes LAN mediante Token Ring o Ethernet.

3. Enlaces de comunicación punto a punto

Cuando se requieren conexiones dedicadas permanentes, se utiliza un enlace punto a punto para proporcionar una única ruta de comunicaciones WAN preestablecida desde las instalaciones del cliente hasta un destino remoto a través de la red del proveedor, como se muestra en la Imagen 4.

Un enlace punto a punto puede conectar dos sitios geográficamente distantes, como una oficina corporativa en Nueva York y una oficina regional en Londres. Para una línea punto a punto, la portadora dedica recursos específicos a una línea que arrienda el cliente (línea arrendada).

En general, los enlaces punto a punto son más costosos que los servicios compartidos. El costo de las soluciones de línea arrendada puede llegar a ser considerable cuando se utiliza para conectar varios sitios a través de distancias cada vez mayores.

4. Multiplexación y tipos

Con una línea arrendada, a pesar de que los clientes pagan servicios dedicados y de que se proporciona ancho de banda dedicado al cliente, la portadora sigue usando tecnologías de multiplexación dentro de la red.

La multiplexación se refiere a un esquema que permite que varias señales lógicas compartan un único canal físico. Dos tipos comunes de multiplexación son la multiplexación por división de tiempo (TDM) y la multiplexación estadística por división de tiempo (STDM).

4.1. Time-Division Multiplexing: multiplexación por división de tiempo (TDM)

En los inicios, Bell Laboratories inventó TDM para maximizar la cantidad de tráfico de voz que se transportaba por un medio. Antes de la multiplexación, cada llamada telefónica requería su propio enlace físico. Esto era una solución costosa e imposible de escalar.

TDM divide el ancho de banda de un único enlace en intervalos de tiempo separados. TDM transmite dos o más canales (flujo de datos) por el mismo enlace al asignar un intervalo de tiempo diferente para la transmisión de cada canal. En efecto, los canales se turnan para usar el enlace.

TDM es un concepto de capa física. No tiene en cuenta la naturaleza de la información que se multiplexa en el canal de salida. Además, es independiente del protocolo de capa 2 que usaron los canales de entrada.

TDM se puede explicar mediante una analogía con el tráfico de las autopistas:

• Para transportar el tráfico de cuatro caminos a otra ciudad, se puede enviar todo el tráfico por un carril si se atienden los caminos por igual y se sincroniza el tráfico.
• Si cada uno de los cuatro caminos coloca un automóvil en la autopista principal cada cuatro segundos, esta recibe un automóvil con una frecuencia de uno por segundo.
• Mientras la velocidad de todos los automóviles esté sincronizada, no hay colisiones. En el destino, sucede lo contrario, y los automóviles se sacan de la autopista y se colocan en los caminos locales mediante el mismo mecanismo sincrónico.

Este es el principio que se usa en TDM síncrona al enviar datos a través de un enlace. TDM aumenta la capacidad del enlace de transmisión al dividir el tiempo de transmisión en intervalos iguales más cortos, de modo que el enlace transporte los bits de varios orígenes de entrada.

Multiplexor (MUX)

En la Imagen 5, un multiplexor (MUX) en el transmisor acepta tres señales distintas. El MUX divide cada señal en segmentos. El MUX coloca cada segmento en un único canal insertando cada segmento en un intervalo de tiempo.

Un MUX en el extremo receptor vuelve a armar la transmisión TDM en tres flujos de datos distintos únicamente sobre la base del momento de llegada de cada bit. Una técnica denominada “entrelazado de bits” realiza un seguimiento del número y la secuencia de bits de cada transmisión específica para que se puedan volver a armar con rapidez y eficacia en la forma original de recepción.

El entrelazado de bytes realiza las mismas funciones, pero debido a que hay 8 bits en cada byte, el proceso necesita un intervalo de tiempo más grande o más largo.

Ejemplos de TDM: SONET y SDH

En una escala más grande, el sector de las telecomunicaciones usa el estándar de red óptica síncrona (SONET) o jerarquía digital síncrona (SDH) para el transporte óptico de datos TDM.

SONET, utilizado en América del Norte, y SDH, utilizado en el resto del mundo, son dos estándares estrechamente vinculados que especifican parámetros de interfaz, velocidades, formatos de trama, métodos de multiplexación y la administración para TDM síncrona por fibra óptica.

En la Imagen 6, se muestra SONET.

SONET/SDH toma n streams de bits, los multiplexa y modula las señales ópticamente. A continuación, envía las señales mediante un dispositivo emisor de luz por fibra óptica con una velocidad de bits igual a n x (velocidad de bits entrantes).

De esta forma, el tráfico que llega hasta el multiplexor SONET desde cuatro lugares a 2,5 Gb/s sale como un único flujo a 4 x 2,5 Gb/s o 10 Gb/s. Este principio se explica en la ilustración, en la que se muestra un aumento de la velocidad de bits por un factor de 4 en el intervalo de tiempo T.

4.2. Multiplexación estadística por división de tiempo (STDM)

En otra analogía, se compara TDM con un tren con 32 vagones.

• Cada vagón pertenece a una empresa de carga distinta, y todos los días el tren parte con los 32 vagones conectados.
• Si una de las empresas tiene carga para enviar, se carga el vagón. Si la empresa no tiene nada para enviar, el vagón queda vacío, pero permanece en el tren.
• El envío de contenedores vacíos no es muy eficaz.
• TDM comparte esta ineficacia cuando el tráfico es intermitente, ya que se sigue asignando el intervalo de tiempo aun cuando el canal no tiene ningún dato para transmitir.

STDM se desarrolló para superar esta ineficacia. STDM utiliza un intervalo de tiempo variable, lo que permite que los canales compitan por cualquier espacio de intervalo libre. Emplea una memoria de búfer que almacena temporalmente los datos durante períodos de mayor tráfico.

Con este esquema, STDM no pierde tiempo de la línea de alta velocidad con canales inactivos. STDM requiere que cada transmisión transporte información de identificación o un identificador de canal.

5. Punto de demarcación

Antes de la desregulación en América del Norte y otros países, las empresas telefónicas eran propietarias del bucle local, incluidos el cableado y los equipos en las instalaciones de los clientes.

El bucle local se refiere a la línea desde las instalaciones de un suscriptor telefónico hasta la oficina central de la compañía telefónica.

Ver también

CCNA 4

Modelos en capas para Resolución de Problemas de Red

La desregulación obligó a las empresas telefónicas a desarmar su infraestructura de bucle local para permitir que otros proveedores proporcionaran equipos y servicios.

Esto llevó a la necesidad de delinear la parte de la red que pertenecía a la compañía telefónica y la parte que pertenecía al cliente. Este punto de delineación es el punto de demarcación.

El punto de demarcación marca el punto en que la red se comunica con una red que pertenece a otra organización. En la terminología de la telefonía, esta es la interfaz entre el equipo local del cliente (CPE) y el equipo del proveedor de servicios de red. El punto de demarcación es aquel donde termina la responsabilidad del proveedor de servicios, como se muestra en la Imagen 8.

Se requiere un puerto serial de router para cada conexión de línea arrendada. Si la red subyacente se basa en las tecnologías de portadora T o E, la línea arrendada se conecta a la red de la portadora a través de una CSU/DSU. El propósito de la CSU/DSU es proporcionar una señal de reloj a la interfaz del equipo del cliente desde la DSU y terminar los medios de transporte canalizados de la portadora en la CSU.

6. DTE-DCE

Desde el punto de vista de la conexión a la WAN, una conexión serial tiene un dispositivo DTE en un extremo y un dispositivo DCE en el otro.

La conexión entre los dos dispositivos DCE es la red de transmisión del proveedor de servicios WAN, como se muestra en la Imagen 9. En este ejemplo:

• El CPE, que generalmente es un router, es el DTE. El DTE también podría ser una terminal, una computadora, una impresora o una máquina de fax si se conectan directamente a la red del proveedor de servicios.
• El DCE, habitualmente un módem o una CSU/DSU, es el dispositivo utilizado para convertir los datos de usuario del DTE a un formato aceptable para el enlace de transmisión del proveedor de servicios WAN. Esta señal se recibe en el DCE remoto, que vuelve a decodificar la señal en una secuencia de bits. A continuación, el DCE remoto indica esta secuencia al DTE remoto.

7. Cables seriales

Originalmente, el concepto de DCE y DTE se basaba en dos tipos de equipos: el equipo terminal que generaba o recibía datos, y el equipo de comunicación que solo retransmitía datos.

Existen dos tipos de cables diferentes: uno para conectar un DTE a un DCE, y otro para conectar dos DTE directamente entre sí.

La interfaz DTE/DCE para un estándar determinado define las siguientes especificaciones:

• Mecánica y física: cantidad de pines y tipo de conector.
• Eléctrica: define los niveles de voltaje para 0 y 1.
• Funcional: especifica las funciones que se realizan mediante la asignación de significados a cada una de las líneas de señalización en la interfaz.
• De procedimiento: especifica la secuencia de eventos para transmitir datos.

El estándar RS-232 original solo definía la conexión de los DTE con los DCE, que eran módems. Sin embargo, para conectar dos DTE, como dos computadoras o dos routers en un laboratorio, un cable especial denominado “cable de módem nulo” elimina la necesidad de un DCE. Es decir, se pueden conectar los dos dispositivos sin un módem.

Un módem nulo es un método de comunicación para conectar directamente dos DTE mediante un cable serial RS-232. Con una conexión de módem nulo, las líneas de transmisión (Tx) y de recepción (Rx) se entrecruzan, como se muestra en la Imagen 10.

El cable para la conexión de DTE a DCE es un cable serial de transición blindado. El extremo del router del cable serial de transición blindado puede ser un conector DB-60, que se conecta al puerto DB-60 en una tarjeta de interfaz WAN serial. El otro extremo del cable serial de transición está disponible con el conector correspondiente para el estándar que se debe usar.

7.1. Señal de Reloj

Al utilizar un módem nulo, las conexiones síncronas requieren una señal de reloj. Un dispositivo externo o uno de los DTE pueden generar la señal de reloj. De manera predeterminada, cuando se conecta un DTE y un DCE, el puerto serie en un router es el extremo DTE de la conexión, y generalmente una CSU/DSU o un dispositivo DCE similar proporciona la señal de reloj.

Sin embargo, cuando se usa un cable módem nulo en una conexión de router a router, se debe configurar una de las interfaces seriales como el extremo DCE de modo que proporcione la señal de reloj para la conexión.

8. Ancho de banda serial

El ancho de banda se refiere a la velocidad a la que se transfieren los datos a través del enlace de comunicación.

La tecnología de portadora subyacente depende del ancho de banda disponible. Existe una diferencia en los puntos de ancho de banda entre la especificación norteamericana (portadora T) y el sistema europeo (portadora E). Las redes ópticas también utilizan otra jerarquía de ancho de banda, que también difiere entre América del Norte y Europa.

En los EE. UU., la portadora óptica (OC) define los puntos de ancho de banda.

En América del Norte, el ancho de banda generalmente se expresa como un número de nivel de señal digital (DS0, DS1, etc.), el cual se refiere a la velocidad y el formato de la señal.

• La velocidad en línea más elemental es 64 kb/s, o DS-0, que es el ancho de banda requerido para una llamada telefónica digitalizada sin comprimir.
• Los anchos de banda de las conexiones seriales pueden aumentar cada vez más para satisfacer la necesidad de una transmisión más rápida.
• Hay líneas arrendadas disponibles con diferentes capacidades y, generalmente, el precio se basa en el ancho de banda requerido y en la distancia entre los dos puntos conectados.

Las velocidades de transmisión de OC son un conjunto de especificaciones estandarizadas para la transmisión de señales digitales que se transportan por redes de fibra óptica SONET. La designación utiliza OC seguida de un número entero que representa la velocidad de transmisión básica de 51,84 Mb/s.

Por ejemplo, OC-1 tiene una capacidad de transmisión de 51,84 Mb/s, mientras que OC-3 sería 51,84 Mb/s por tres, o 155,52 Mb/s.