Tema 3: Capa de Enlace

TEMA 3: Capa de enlace.

El nivel de enlace en el modelo OSI

• El nivel de enlace o nivel 2 se encarga de mantener una línea de comunicación libre de errores.
• La capa de enlace toma la información de la capa de red, la divide en grupos de bits llamados tramas o frames y se encarga de detectar anomalías.

Operaciones que realiza el nivel de enlace

• Detección de errores.
• Tratamiento de los errores en las tramas recibidas.
• Eliminación de tramas erróneas.
• Solicitud de retransmisiones.
• Descarte de tramas duplicadas.
• Adecuación del flujo de datos entre emisores rápidos y receptores lentos.

Subcapas MAC y LLC

Subcapa MAC

• La subcapa de control de acceso al medio es muy importante en las redes de área local, ya que la mayoría de ellas utilizan un canal común(canal de acceso múltiple)como base de sus comunicaciones.
• La principal función de esta subcapa consiste en cómo determinar quien tiene derecho de acceso en cada momento al canal compartido por todos los equipos conectados a la misma red.

Capa MAC

• La capa MAC establece una serie de protocolos para indicar cómo acceder al medio.
  • Protocolo Aloha y CSMA
    • Aloha: La estación quiere transmitir y envía directamente al medio la señal. Cada cierto tiempo mira el medio y si la señal no es la suya espera un tiempo aleatorio para volver a enviar datos.
    • CSMA: Mejora del Aloha. Antes de transmitir mira si alguna estación está transmitiendo. Si el medio está ocupado espera un tiempo aleatorio para volver a enviar. Transmitimos y dejamos de mirar al medio o miramos aleatoriamente este. Si hay colisiones no se detectan.
  • Protocolo CSMA/CD
    • Antes de transmitir se mira al medio, si está libre se transmite y se sigue observando el medio. Si se produce colisión se retira la información y se espera un tiempo aleatorio para volver a transmitir.
  • Protocolos sin colisión
    • Se asigna a cada estación un tiempo en el que puede transmitir y antes de empezar la transmisión se establece un período de contienda donde se especifica quién quiere transmitir. La trasmisión se da en el orden de la contienda.
  • Protocolo CSMA/CA
    • El medio se testea antes de la transmisión, si no se puede transmitir se espera un tiempo aleatorio en función de reservas establecidas en la red.

Subcapa LLC

• La principal función de esta subcapa está en garantizar, en colaboración con la capa MAC, la comunicación libre de errores de las tramas construidas con la información recibida del nivel de red, su inmediatamente superior.
• La subcapa LLC se encarga de:
  • Confección de las tramas.
  • Control de errores.
  • Control de flujo.
  • Gestión del enlace de datos.

Tramas LLC

• Las unidades de datos(PDU, Protocol Data Unit) de nivel 2 se llaman tramas.
• La capa de enlace debe proporcionar un flujo de bits a la capa física para que esta los transmita una vez convertidos a las señales adecuadas al canal de transmisión.
• Cada una de las tramas constituye una asociación de bits, tanto de información de usuario como de control.
• Las técnicas de asociación por la que los bits se agrupan formando tramas se llaman técnicas de entramado o framing.
• A la hora de crear una trama se debe tener en cuenta:
  • Tamaño de la trama.
  • Delimitadores de inicio y fin de trama.
  • Indicador de error en la trama.
  • Dirección de la estación origen.
  • Dirección de la estación destino.
  • Datos.

Dirección MAC

• A nivel de enlace una estación tiene asignada una identificación denomina dirección MAC o dirección física.
• La dirección física esta compuesta por 6 grupos de 8 bits, en total 48 bits.
• Se representa en hexadecimal.
• Está asignada de fábrica al dispositivo.
• Todo dispositivo que puede conectarse a una red tiene asociada una MAC.

Control de errores

• Uso de tramas de confirmación.
• Una vez se recibe una trama esta se revisa. ¿Existen errores? Si la respuesta es sí:
  • No se envía trama de confirmación. Pasado un tiempo el emisor volverá a enviar la trama.
  • Se envía trama indicando que se ha producido un error en la transmisión y se solicita nuevamente el envío de la trama errónea.
• Uso de códigos de paridad y redundancia (CRC)

Control de flujo

• Control ante emisores rápidos y receptores lentos.
• En algunos algoritmos de control de flujo los receptores disponen de una «ventana» (lugar de almacenamiento), donde se guardan las tramas recibidas. Cuando esta ventana está llena el receptor indica al emisor que no transmita más tramas hasta nueva orden.
• Ejemplo: Protocolo de ventana deslizante.

Redes Ethernet (802.3)

• Tipo de red de área local.
• Son también redes de área local las redes Token Ring (802.5) o redes inalámbricas del estándar 802.11.

Características de las redes Ethernet

• Redes cableadas. Usan cable par trenzado en alguna de las categorías estudiadas.
• Usan codificación Manchester o Manchester diferencial.
• Emplean la técnica de control de acceso al medio (MAC) CSMA/CD.
• Velocidad máxima de transmisión 10Mbps.

Tipos de redes Ethernet

Configuración 5-4-3

• En estas redes era común la configuración 5-4-3.
• Máximo 5 segmentos de red, 4 repetidores y solo en 3 de estos segmentos conectan PCs.

Redes Fast Ethernet

• Los 10Mbsp de velocidad de transmisión empiezan a ser escasos. En 1992 la IEEE convoca al comité de la 802.3 para aumentar la velocidad de transmisión.
• En 1995 aparece 802.3u o también conocido como Fast Ethernet. Siguen las pautas de las redes 802.3 pero aumentan la velocidad.

Características de las redes Fast Ethernet

• Usan normalmente cable par trenzado de categoría 3 o 5. Existe alguna configuración con fibra óptica. Cable coaxial descatalogado.
• Velocidad 100 Mbps.

Redes Gigabit Ethernet

• Nada más finalizar el estándar 802.3u se empieza a trabajar para aumentar la velocidad de transmisión y se desarrolla el 802.3z, también llamado Gigabit Ethernet.
• Multiplicamos por 10 la velocidad de transmisión.

Tipos de redes Gigabit Ethernet

Redes 10 Gigabit Ethernet

• La IEEE sigue desarrollando estándares que mejores a los existente.
• 10 Gigabit Ethernet multiplica nuevamente por 10 la velocidad de transmisión.
  

  

Dispositivos de nivel de enlace

NIC

• Componente fundamental en la instalación física de una red.
• Compuesta de:
  • Interfaz de conexión al bus del ordenador. Así será PCIe, PCI, etc.
  • Interfaz de conexión al medio de transmisión. Dispondrá de conector RJ45, BNC, SC, etc.
  • Chips que establecen las características de la tarjeta y las redes a la que puede conectar.
• Cuando adquiramos una tarjeta de red es importante seleccionar:
  • El tipo de bus interno (PCIe, PCI, ISA, etc.) ya que denotará la velocidad de transmisión interna.
  • El tipo de conexión con el medio, no es lo mismo una tarjeta Ethernet a 10Mbps que una tarjeta Ethernet a 100Mbps.

Ejemplos de tarjetas de red

• NIC para redes Ethernet 10Mb. Ranuras ISA conectores RJ45, BNC o ambos.
• NIC para redes Ethernet 100Mb. Ranuras PCI conectores RJ45 o fibra.
• NIC para redes Ethernet 1000Mb. Ranuras PCI o PCIe conectores RJ45 o firba.

Instalación de la tarjeta de red

• Similar a cualquier componente hardware.
  • Abrir PC.
  • Colocar en ranura adecuada.
  • Realizar las modificaciones, si fueran necesarias a nivel BIOS.
  • Instalación y configuración a nivel de sistema operativo.

Bridges, puentes

• Es el dispositivo encargado de conectar a nivel de enlace redes con topologías y protocolos diferentes.
• Como su nombre indica, es un puente o salto a la otra red.
• Formados como mínimo por dos interfaces distintas (necesarias para la conexión de redes diferentes).
• No solo conectan redes distintas, también gestión el flujo de datos. Si una información la envía un Pc a otro Pc de la misma red el bridge se encarga de que no vaya más allá de ella, es decir no acceda a la otra red ya que no es necesario.

Puntos de acceso inalámbrico

• Se encarga de interconectar dispositivos inalámbricos para formar una red inalámbrica.
• Normalmente un AP tiene una serie de puertos RJ45 que le permiten conectar con la red cableada.
• Básicamente un punto de acceso es un repetidor, ya que en el momento que recibe un dato lo almacena y lo transmite a todos los puestos inalámbricos y cableados.

Conmutadores o Switch

• Conectan redes a nivel de enlace de datos pero a diferencia de los puentes estas redes deben cumplir los mismos protocolos.
• Se usan conmutadores para segmentar la red y mejorar su rendimiento.
• Un switch es selectivo de forma que solo enviará la información a través del puerto por el que se llegue al PC receptor de esta.
• Con un switch si la tasa de transferencia de la red es de 10 Mbps, todos los puertos disfrutarán de esta velocidad porque en el mismo instante la información solo estará transmitiéndose por uno de ellos.
• Normalmente cuando estudiamos los switch decimos que son inteligentes, aprenden en función de las peticiones de envío que se realicen.
• Cuando un Pc quiere transmitir:
  • El switch observa la dirección IP del destino.
  • Realiza petición ARP por la que se solicita se busque la MAC asociada a esa IP.
  • Envío a envío el switch configura una tabla en la que asocia IP-MAC.
  • La siguiente vez que se quiera enviar a la misma dirección el envío será directo al destinatario.

TEMA 2: La capa física.

Capa o nivel físico

• Establece:
  • Tipos de medios a usar para la transmisión.
  • Características físicas del medio.
  • Niveles de voltaje para representar ceros y unos.
  • Etc.
• El medio físico utilizado es de gran importancia, ya que las características del mismo pueden perjudicar o no a la señal.

Características de los medios físicos de transmisión

• Velocidad de transmisión de los datos: Número de bits que es capaz de transmitir en un segundo (Mbps).
• Ancho de banda que soportan: Diferencia entre la mínima y la máxima frecuencia de señal que puede transmitir el medio físico (Se mide en Herzios).
• Espacio máximo entre dos repetidores: Distancia que deben tener como máximo dos nodos de la red para que puedan comunicarse.
• Se suele medir en metros o kilómetros.
• Fiabilidad: Probabilidad de que la información sea transmitida sin errores.

Problemas en la transmisión

• Diafonía: Acoplamiento de dos señales de forma que se interfieren entre ellas.
• Ruido: Interferencia o señal no deseada que se acopla a la señal que transmite la información.
• Atenuación: Pérdida de la señal debido al aumento de distancia entre emisor y receptor de la señal.

Señales usadas en la transmisión

• Se pueden transportar señales eléctricas, electromagnéticas, luminosas, etc.
• Los medios físicos se clasifican en dos tipos:
• Medios físicos guiados.
  • Son aquellos en los que la señal se transmite de forma que el medio guía está.
  • Medios guiados:
  • Cable par trenzado
    • Formado por pares de cobre de 0,3 y 3 mm, de forma que cada par está entrelazado con objetivo de evitar o reducir interferencias y diafonía.
    • Normalmente encontramos cables de par trenzado de 2 o 4 pares pero existe el cable multipar.
    • Ventajas:
      • Bajo coste.
      • Gran número de estaciones por segmento.
      • Fácil mantenimiento.
      • En cada par uno de los hilos es conductor.
    • Tipos de cables de par trenzado:
      • UTP: Más económicos pero no fiables.
      • FTP: De nivel intermedio. Dispone de malla de protección pero esta malla cobre todos los hilos de cobre.
      • STP: El más fiable ya que cada par de hilos de cobre, además de estar trenzado, dispone de una malla metálica que los recubre. Es más caro que el UTP y más rígido.
    • Tipos de cables de par trenzado según categorías:
      • Categoría 1: Transmisión telefónica de voz, no de datos. Constituido normalmente por 4 hilos de cobre en lugar de 8 como es habitual en un cable de red.
      • Categoría 2: Para la transmisión de datos. Velocidad de hasta 4 Mbits/s. Desfasado.
      • Categoría 3: Muy usada tiempo atrás. Para transmisión de datos. Velocidad de hasta 10 Mbits/s.
      • Categoría 4: Cable que permitía alcanzar los 20 Mbits/s. Poco común y no demasiado útil.
      • Categoría 5: El más empleado seguido de categoría 3. Transmisión de datos, alcanzando velocidades de hasta 100 Mbits/s.
      • Categoría 5e: Para la transmisión de datos con velocidades de hasta 1000 Mbits/s (uso en redes Gigabit Ethernet).
      • Categoría 6: Usado para la transmisión de datos entre puntos bastantes distanciados. Se alanzan velocidades de hasta los 1000 Mbits/s.
      • Categoría 6^a y 7: Como casi todos los anteriores es usado para la transmisión de datos a muy altas velocidades, 10.000 Mbits/s, formando redes 10 Gigabit Ethernet.
    • Normalmente encontramos cables UTP de categorías 1 a la 6.
    • Encontramos cables FTP de categorías 5 a 7.
    • Encontramos cables STP de categorías 7 y 8.
    • Conectores de cable de par trenzado:
      • RJ-10
      • RJ-11
      • RJ-45
      • RJ-48
    • Más usados RJ-11 y RJ-45 (categorías de 4 a 6a)
  • Cable coaxial
    • Muy usado en las primeras configuraciones de redes LAN. Poco a poco ha sido sustituido por el cable par tranzado.
    • Hoy en día suele usarse en redes MAN.
    • Características de un cable coaxial:
      • El cable puede ser de mayor longitud sin que se produzcan pérdidas de información.
      • Es menos sensible a interferencias debido a su formato.
    • 
      Tipos de cable coaxial:
      • Coaxial fino.
        • Usado en redes de área local.
        • Se denominan RG-58A/U de 50 Ω.
        • Se usaba para configurar redes Ethernet 10base2, con longitud de bus de 200 metros como máximo.
      • Coaxial grueso.
        • Se denominan RG-8A/U de 50 Ω.
        • Se usaba para configurar redes Ethernet 10base5, con longitud de bus de 500 metros como mínimo.
    • Conectores para cable coaxial.

• Fibra de vidrio
  • Este medio permite la transmisión de señales ópticas que no están sujetas a interferencias electromagnéticas.

• Como fuente de luz para la transmisión de información se usan rayos láser o diodos LED.
• Partes de una fibra:
  • 1 – Cubierta del conjunto de fibras que aíslan a las mismas de luz externa no deseada.
  • 2 – Fibras protectoras.
  • 3 – Cubierta de cada fibra de vidrio.
  • 4 – Revestimiento.
  • 5 – Núcleo
• Tipos de fibra:
  • Monomodo.
    • Solo se transmite un haz de luz y este se hace de forma paralela al medio por el que circula.
  • 
    Multimodo.
    • Transportan varias señales luminosas por el mismo canal.
    • Las señales rebotan en las paredes y se van transmitiendo de ese modo.
• 
  Conectores de fibra óptica:
  • SC
  • FC
  • LC
  • FDDI
  • ST
  • Etc.
  • 
    Para redes de área local los conectores más usados son los ST y SC.
  • En redes FDDI, suele utilizarse el conector de tipo MIC.
  • El conector SC es un conector de inserción directa.
  • El conector ST es un conector semejante al SC pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo semejante a los conectores coaxiales.
• Mejor medio físico guiado – La fibra óptica.
  • Tasa de error mínima.
  • Peso y diámetro ideal frente a los cables de pares coaxiales.
  • Dificultad a la hora de conectar dos fibras ya que puede producirse reflexiones de la señal.
  • Sistema de multiplexión en tiempo TDM.
  • Soporta 30 Thz de ancho de banda teórico.
• Más herramientas de conexión para redes cableadas.
  • Macarrón termoretráctil: Cables huecos constituidos con un material plástico termoretráctil, se comprimen por aplicación de calor.
  • Bridas.
  • Etiquetas Identificativas.
• Medios físicos no guiados.

Estándar EIA/TIA 568-A y 568-B

Crimpado de conector RJ45 a cable par trenzado

• Herramientas que usamos:
  • Crimpadora/Pinza para path panel.
  • Cúter.
  • Cable y conectores.
  • Tester para la detección de errores.

Medios físicos no guiados

Tipos de transmisiones no guiadas

Transmisión direccional

• Es aquella en la que la señal se concentra para ser enviada en una única dirección, de forma que no deben existir obstáculos entre antena emisora y receptora que obstaculicen la transmisión.

Transmisión omnidireccional

• La información se envía en todas direcciones con lo que puede ser recibida por varias antenas.

Uso de medios no guiados

• Cada vez es más común el uso de medios no guiados en la construcción de redes de ordenador, no solo en redes LAN, sino en redes MAN.
• Ventaja: La facilidad de instalación y uso es una de sus ventajas.
• Desventaja: Al ser el medio libre el que usamos para transmitir la información, la climatología, la geografía del medio, etc., son inconvenientes a tener en cuenta.

Medios físicos no guiados

• Son medios físicos no guiados:
  • Sistemas radio terrestres, radio transmisión.
  • Sistemas de Microondas.
  • Sistemas de Ondas infrarrojas.

Dispositivos hardware que trabajan a nivel físico

Modem

• Dispositivo encargado de modular/demodular la señal.
• Adapta las características de la señal al medio por el que va a ser transmitida.
• Tipos:
  • Interno.
  • Externo.
• Hoy día, cuando se habla de este dispositivo nos referimos normalmente a aquel que se encarga de conectar nuestra red de casa a la red de área extensa.
• Modem RDSI.
• Modem ADSL.
• Modem cable/cable modem. Conexión a través de líneas coaxiales.
• Modem inalámbrico.

Repetidores

• Se encargan de amplificar la señal digital, debido a que en largas distancias esta se atenúa pudiendo llegar a desvanecerse.
• Estos dispositivos restauran la señal original permitiendo que alcance el equipo receptor de la información.
• Amplificado. Similar a un repetidor pero la señal es analógica.

Concentradores de cableado

• Repetidores multipuerto.
• Repite la información que recibe por todas sus salidas o puertos y conecta todos los nodos de la red.

Repetidores activos

• Además de repetir y comunicar la señal, la amplifican y regeneran antes de ser reenviada.

Repetidores pasivos

• Se encargan de conectar todos los nodos de la red permitiendo su comunicación.

Tipos de repetidores

• HUB. Repetidor con topología lógica en bus.
• MAU. Repetidor con topología lógica en anillo.
• Tanto un HUB como un MAU forman una topología física en estrella.