Retraso en redes conmutadas por paquetes (Packet-switched networks) – Nota expandida
En una red conmutada por paquetes, como Internet, los datos se dividen en pequeños bloques llamados paquetes, que viajan de forma independiente desde el origen hasta el destino. A lo largo del camino, cada paquete puede experimentar distintos tipos de retrasos (delays). Estos retrasos afectan la calidad de servicio (QoS) y el rendimiento general de la red.
Tipos de retraso (según Kurose y Ross)
Hay cuatro fuentes principales de retraso que sufre un paquete al pasar por un nodo (por ejemplo, un router):
1. Retraso de procesamiento (nodal processing delay)
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Tiempo que tarda el router en:
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Revisar errores en la cabecera.
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Determinar a qué interfaz de salida debe enviar el paquete.
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Suele ser muy pequeño: <1 ms, salvo que haya inspección profunda.
2. ️ Retraso de cola (queueing delay)
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Tiempo que el paquete pasa esperando en una cola hasta ser transmitido.
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Depende del nivel de congestión:
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Si el tráfico es bajo → cola vacía → retraso casi nulo.
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Si la red está saturada → la cola crece → retraso alto o incluso pérdida.
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Es el más variable e impredecible.
3. Retraso de transmisión (transmission delay)
- Tiempo necesario para empujar los bits del paquete a través del enlace.
Fórmula:
Retraso de transmisioˊn=LR\text{Retraso de transmisión} = \frac{L}{R}
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L: longitud del paquete en bits (por ejemplo, 1.000 bits).
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R: ancho de banda del enlace en bits/seg (por ejemplo, 1 Mbps).
Ejemplo:
Un paquete de 1.000 bits en un enlace de 1 Mbps:
1.0001.000.000=0.001 segundos=1ms\frac{1.000}{1.000.000} = 0.001 \text{ segundos} = 1 ms
4. Retraso de propagación (propagation delay)
- Tiempo que tarda una señal física en viajar desde un nodo al siguiente a través del medio (cable, fibra, aire…).
Fórmula:
Retraso de propagacioˊn=ds\text{Retraso de propagación} = \frac{d}{s}
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d: distancia del enlace (en metros).
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s: velocidad de propagación (~2 × 10⁸ m/s en cobre o fibra óptica).
Ejemplo:
Distancia de 2.000 km:
2.000.0002×108=0.01 segundos=10ms\frac{2.000.000}{2 \times 10^8} = 0.01 \text{ segundos} = 10 ms
Total delay por nodo (router)
Retraso total=procesamiento+cola+transmisioˊn+propagacioˊn\text{Retraso total} = \text{procesamiento} + \text{cola} + \text{transmisión} + \text{propagación}
Si el paquete atraviesa varios routers, se suman los retrasos de cada uno.
¿Qué causa pérdida de paquetes?
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Cuando la cola del router se llena (por congestión), los nuevos paquetes que llegan se descartan.
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Esto provoca:
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Retransmisiones si hay protocolo confiable (como TCP).
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Pérdida directa si no (como UDP en streaming en vivo).
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Tráfico y retraso: modelo de intensidad
Definimos:
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L: tamaño medio de paquete.
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a: tasa de llegada de paquetes.
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R: capacidad del enlace.
Entonces:
Intensidad de traˊfico=LaR\text{Intensidad de tráfico} = \frac{La}{R}
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Si La/R ≈ 0 → retraso de cola casi nulo.
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Si La/R → 1 → la cola crece mucho → retrasos largos.
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Si La/R > 1 → la red no puede manejar el tráfico → retraso infinito + pérdida.
Conclusión
En una red conmutada por paquetes, el retraso total experimentado por un paquete depende de factores físicos (distancia, velocidad del medio) y dinámicos (congestión de red). Comprender estos retrasos es esencial para:
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Optimizar el rendimiento de aplicaciones en tiempo real (voz, vídeo).
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Diagnosticar cuellos de botella.
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Diseñar protocolos que adapten su comportamiento al estado de la red (como TCP).
¿Te gustaría que haga una simulación con valores reales y gráficos mostrando cómo crece el retraso según la congestión?