Circuito virtual

Un circuito virtual ( VC ) es un método para transportar datos a través de una red de datos, basado en la conmutación de paquetes , en el que primero se establece una conexión entre dos puntos finales a través de la red. En lugar de reservar una tasa de datos fija por conexión, como en la conmutación de circuitos , la red aprovecha la multiplexación estadística en sus enlaces de transmisión, una característica intrínseca de la conmutación de paquetes.

La estandarización X.25 de circuitos virtuales de 1978 impone controles de flujo por conexión en todas las interfaces de usuario a red y de red a red. Esto permite la participación en el control de congestión y reduce la probabilidad de pérdida de paquetes en una red con mucha carga. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Algunos protocolos de circuito proporcionan un servicio de comunicación fiable mediante el uso de retransmisiones de datos invocadas por la detección de errores y la solicitud de repetición automática (ARQ).

Antes de poder utilizar un circuito virtual, este debe establecerse entre los nodos de la red durante la fase de configuración de la llamada . Una vez establecido, se puede intercambiar un flujo de bits o de bytes entre los nodos, lo que proporciona una abstracción de la división de bajo nivel en unidades de datos de protocolo y permite que los protocolos de nivel superior operen de forma transparente.

Una alternativa a las redes de circuitos virtuales son las redes de datagramas .

Paul Baran introdujo el concepto de circuitos virtuales en 1962. ^{[ 3 ]} ARPANET fue lo que se denominaría una red de circuitos virtuales, [ ^{4 ] con} la restricción de que, para cada conexión, solo un mensaje puede estar en tránsito en la red, y el orden secuencial de los mensajes se conserva de extremo a extremo. ^{[ 5 ]} A principios de la década de 1970, el Servicio Postal Británico desarrolló el concepto de "llamadas virtuales" para su red experimental EPSS, pero los protocolos eran complejos y limitados. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Rémi Després formalizó el concepto de circuitos virtuales y lo validó en la red experimental francesa RCP con su equipo en CNET . ^{[ 8 ]} Él y otros presentaron la Recomendación X.25 al CCITT (ahora UIT-T), que se convirtió en el protocolo de comunicación estándar de las redes públicas de datos mundiales en las décadas de 1970 y 1980. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

La comunicación por circuito virtual se asemeja a la conmutación de circuitos , ya que ambas están orientadas a la conexión , lo que significa que en ambos casos los datos se entregan en el orden correcto y se requiere una sobrecarga de señalización durante la fase de establecimiento de la conexión. Sin embargo, la conmutación de circuitos proporciona una tasa de bits y una latencia constantes, mientras que estas pueden variar en un servicio de circuito virtual debido a factores como:

• longitudes variables de las colas de paquetes en los nodos de la red,
• tasa de bits variable generada por la aplicación,
• carga variable de otros usuarios que comparten los mismos recursos de red mediante multiplexación estadística , etc.

En telecomunicaciones , la capacidad de llamada virtual , a veces denominada facilidad de llamada virtual , es una función de servicio en la que:

• Un procedimiento de establecimiento de llamada y un procedimiento de finalización de llamada determinan el período de comunicación entre dos DTE en el que se transfieren datos de usuario a través de una red de conmutación de paquetes.
• Se requiere el control de transferencia de extremo a extremo de los paquetes dentro de la red.
• El originador de la llamada puede enviar datos a la red antes de que finalice la fase de acceso a la llamada , pero los datos no se envían al receptor de la llamada si el intento de llamada no tiene éxito.
• La red entrega todos los datos del usuario al receptor de la llamada en la misma secuencia en que la red recibe los datos.
• Los DTE de acceso múltiple pueden tener varias llamadas virtuales en curso al mismo tiempo.

Un enfoque alternativo a las llamadas virtuales es la comunicación sin conexión mediante datagramas . ^{[ 11 ]}

A principios de la década de 1970, British Telecom desarrolló la capacidad de llamadas virtuales para EPSS (basándose en el trabajo de Donald Davies en el Laboratorio Nacional de Física ). El concepto fue mejorado por Rémi Després como circuitos virtuales para la red experimental RCP de la PTT francesa . ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}

Los protocolos de capa de transporte orientados a la conexión , como TCP ^{[ 15 ] [ 16 ],} pueden basarse en un protocolo de capa de red de conmutación de paquetes sin conexión, como IP , donde diferentes paquetes pueden enrutarse por diferentes rutas y, por lo tanto, entregarse fuera de orden. Sin embargo, es posible usar TCP como un circuito virtual ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ],} ya que TCP incluye numeración de segmentos que permite la reordenación en el lado del receptor para acomodar la entrega fuera de orden.

Los protocolos de circuitos virtuales de la capa de enlace de datos y de la capa de red se basan en la conmutación de paquetes orientada a la conexión , lo que significa que los datos siempre se entregan a lo largo de la misma ruta de red, es decir, a través de los mismos nodos. Las ventajas de esto sobre la conmutación de paquetes sin conexión son:

• Se admite la reserva de ancho de banda durante la fase de establecimiento de la conexión, lo que permite garantizar la calidad del servicio (QoS). Por ejemplo, se puede proporcionar una clase de QoS de tasa de bits constante , lo que resulta en la emulación de la conmutación de circuitos .
• Se requiere menos procesamiento, ya que los paquetes no se enrutan individualmente y la información de direccionamiento completa no se incluye en la cabecera de cada paquete de datos. Solo se necesita un pequeño identificador de canal virtual (VCI) en cada paquete. La información de enrutamiento se transfiere a los nodos de la red únicamente durante la fase de establecimiento de la conexión.
• En teoría, los nodos de red son más rápidos y tienen mayor capacidad, ya que son conmutadores que solo realizan enrutamiento durante la fase de establecimiento de la conexión, mientras que los nodos de red sin conexión son enrutadores que realizan el enrutamiento para cada paquete individualmente. La conmutación solo implica buscar el identificador del canal virtual en una tabla, en lugar de analizar una dirección completa. Los conmutadores se pueden implementar fácilmente en hardware ASIC , mientras que el enrutamiento es más complejo y requiere implementación por software. Sin embargo, debido al amplio mercado de enrutadores IP y a que los enrutadores IP avanzados admiten la conmutación de capa 3 , los enrutadores IP modernos pueden ser hoy en día más rápidos que los conmutadores para protocolos orientados a la conexión.

Ejemplos de protocolos de capa de transporte que proporcionan un circuito virtual:

• El Protocolo de Control de Transmisión (TCP) establece un circuito virtual confiable sobre el protocolo IP subyacente, que es poco confiable y sin conexión. El circuito virtual se identifica mediante el par de direcciones de socket de red de origen y destino , es decir, la dirección IP y el número de puerto del remitente y del receptor. No se garantiza la calidad de servicio (QoS).
• Protocolo de transmisión de control de flujo (SCTP), donde se establece un circuito virtual sobre el protocolo IP.

Ejemplos de protocolos de circuitos virtuales de capa de red y de capa de enlace de datos, donde los datos siempre se entregan por la misma ruta:

• X.25 , donde el VC se identifica mediante un identificador de canal virtual (VCI). X.25 proporciona comunicación confiable entre nodos y QoS garantizada.
• Frame Relay , donde el circuito virtual se identifica mediante un DLCI. Frame Relay no es fiable, pero puede proporcionar una calidad de servicio garantizada.
• Modo de transferencia asíncrona (ATM), donde el circuito se identifica mediante un par de identificador de ruta virtual (VPI) e identificador de canal virtual (VCI). La capa ATM proporciona circuitos virtuales no confiables, pero el protocolo ATM proporciona confiabilidad a través de la subcapa de convergencia específica del servicio (SSCS) de la capa de adaptación ATM (AAL) (aunque utiliza los términos asegurado y no asegurado en lugar de confiable y no confiable ). ^{[ 19 ] [ 20 ]}
• Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS)
• El protocolo MPLS ( Multiprotocol Label Switching ) se puede utilizar para IP sobre circuitos virtuales. Cada circuito se identifica mediante una etiqueta. MPLS no es fiable, pero ofrece ocho clases de calidad de servicio (QoS) diferentes.

Los circuitos virtuales conmutados ( SVC ) generalmente se configuran para cada llamada y se desconectan al finalizar la misma. Sin embargo, se puede establecer un circuito virtual permanente ( PVC ) como opción para proporcionar un enlace de circuito dedicado entre dos instalaciones. La configuración del PVC suele venir preconfigurada por el proveedor de servicios. A diferencia de los SVC, los PVC rara vez se interrumpen o desconectan.

Un circuito virtual conmutado (SVC) es un circuito virtual que se establece dinámicamente bajo demanda y se desactiva cuando finaliza la transmisión, por ejemplo, después de una llamada telefónica o la descarga de un archivo. Los SVC se utilizan en situaciones donde la transmisión de datos es esporádica o no siempre se realiza entre los mismos equipos terminales de datos ( DTE ).

Un circuito virtual permanente (PVC) es un circuito virtual establecido para uso repetido/continuo entre el mismo DTE . En un PVC, la asociación a largo plazo es idéntica a la fase de transferencia de datos de una llamada virtual . Los circuitos virtuales permanentes eliminan la necesidad de establecer y finalizar llamadas repetidamente .

• El sistema Frame Relay se utiliza normalmente para proporcionar PVC (conexiones verticales prematuras).
• ATM proporciona tanto conexiones virtuales conmutadas como conexiones virtuales permanentes , como se las denomina en la terminología ATM.
• X.25 proporciona tanto llamadas virtuales como PVC, aunque no todos los proveedores de servicios X.25 o las implementaciones DTE admiten PVC, ya que su uso era mucho menos común que el de SVC.

• Identificador de conexión de enlace de datos (DLCI)
• Cambio de etiquetas
• Guerras de protocolo
• Flujo de tráfico (redes informáticas)

•  Este artículo incorpora material de dominio público de la Norma Federal 1037C . Administración de Servicios Generales . Archivado del original el 22 de enero de 2022.