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.