MARCO TEÓRICO
LA CAPA DE ENLACE DE DATOS
El nivel de enlace es el segundo nivel del modelo OSI. Recibe peticiones del nivel de red y utiliza los servicios del nivel físico.
El objetivo del nivel de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).
Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en este nivel), dotarles de una dirección de nivel de enlace, gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).
Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza en el subnivel de acceso al medio.
Dentro del grupo de normas IEEE 802, el subnivel de enlace lógico se recoge en la norma IEEE 802.2 y es común para todos los demás tipos de redes (Ethernet o IEEE 802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE 802.16 o WiMAX, etc.); todas ellas especifican un subnivel de acceso al medio así como un nivel físico distintos.
Tramas
En la capa de enlace, los datos se organizan en unidades llamadas tramas. Cada trama tiene una cabecera que incluye una dirección e información de control y una cola que se usa para la detección de errores.
La cabecera de una trama de red de área local (LAN) contiene las direcciones físicas del origen y el destino de la LAN. La cabecera de una trama que se transmite por una red de área extensa (WAN) contiene un identificador de circuito en su campo de dirección.
Recuerde que un enlace es una red de área local, una línea punto a punto o alguna otra facilidad de área extensa por la que se pueden comunicar los sistemas mediante un protocolo de la capa de enlace de datos.
Funciones
La Capa de enlace de datos es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito de transmisión de datos. La transmisión de datos lo realiza mediante tramas que son las unidades de información con sentido lógico para el intercambio de datos en la capa de enlace.
Sus principales funciones son 8:
Iniciación, terminación e identificación.
Segmentación y bloqueo.
Sincronización de octeto y carácter.
Delimitación de trama y transparencia.
Control de errores.
Control de flujo.
Recuperación de fallos
Gestión y coordinación de la comunicación.
Protocolos elementales de enlace de datos
Protocolo simplex sin restricciones
Los datos se transmiten en una dirección, las capas de red en el transmisor y receptor siempre están listas, el tiempo de procesamiento puede ignorarse, espacio infinito de buffer, canal libre errores.
Dos procedimientos diferentes, uno transmisor y uno receptor que se ejecutan en la capas de enlace.
Transmisor solo envía datos a la línea, obtiene un paquete de la capa de red, construye un frame de salida y lo envía a su destino. Receptor espera la llegada de un frame.
Protocolo simplex de parada y espera
El receptor no es capaz de procesar datos de entrada con una rapidez infinita
Receptor debe proporcionar realimentación al transmisor, el transmisor envía un frame y luego espera acuse antes de continuar.
Protocolo simplex para un canal ruidoso
Canal presenta errores, los frame pueden llegar dañados o perderse por completo
Agregar un temporizador, falla si el frame de acuse se pierde pues se retransmitirá el frame.
Se debe agregar un numero de secuencia en el encabezado de cada frame que se envía.
Protocolo de ventana corrediza
Usar el mismo circuito para datos en ambas direcciones
Se mezclan los frames de datos con los frame de acuse de recibido
Receptor analiza el campo de tipo en el encabezado de un frame de entrada para determinar si es de datos o acuse.
Incorporación, retardo temporal de los acuses para que puedan colgarse del siguiente frame de datos de salida, usando el campo ack del encabezado del frame
Mejor aprovechamiento del ancho de banda del canal, no son frames independientes
Si no llega un nuevo frame en un tiempo predeterminado, la capa de enlace de datos manda un frame de acuse independiente.
En todos los protocolos de ventana corrediza, cada frame de salida contiene un número de secuencia con un intervalo que va desde 0 hasta algún máximo. El máximo es generalmente 2(n) -1, por lo que el número de secuencia cabe bien
en un campo de n bits.
Protocolo de ventana corrediza de un bit
Usa parada y espera, ya que el transmisor envía un frame y espera su acuse antes de transmitir el siguiente.
La máquina que arranca obtiene su primer paquete de su capa de red, construye un frame a partir de él y lo envía. Al llegar este frame, la capa de enlace de datos receptor lo revisa para ver si es un duplicado. Si el marco es el esperado, se pasa a la capa de red y la ventana del receptor se recorre hacia arriba.
El campo de acuse contiene el número del último frame recibido sin error. Si este número concuerda con el número de
secuencia del marco que está tratando de enviar el transmisor, éste sabe que ha terminado con el marco almacenado en el buffer y que puede obtener el siguiente paquete de su capa de red. Si el número de secuencia no concuerda con el número, debe continuar intentando enviar el mismo frame.
Por cada frame que se recibe, se envía un frame de regreso.
Problema si el transmisor tiene un temporizador corto, ya que enviará varias veces el frame, sin embargo el receptor sólo aceptará el frame una vez y no entregará frames repetidos a la capa de red.
Protocolo que usa regresar n y protocolo de repetición selectiva
Hasta ahora hemos supuesto insignificante el tiempo necesario para que un frame llegue al receptor más el tiempo para que regrese el acuse.
El tiempo de viaje tiene importantes implicaciones para la eficiencia del aprovechamiento del ancho de banda. Canal de 50Kbps con retardo de propagación de ida y vuelta de 500 mseg.
Con frames de 1000 bits, en 20 mseg. el frame ha sido enviado completamente.
En 270 mseg. el frame llega por completo al receptor y en 520 mseg. llega el acuse de regreso al transmisor.
El transmisor estuvo bloqueado durante el 96% del tiempo (500/520). Sólo se usó el 4% del ancho de banda disponible.
PPP- PROTOCOLO PUNTO A PUNTO
Para mejorar la situación, el IETF estableció un grupo dedicado a diseñar un protocolo de enlace de datos para líneas punto a punto que resolviera todos estos problemas y que pudiera volverse un estándar oficial de Internet. Este trabajo culmino con el PPP (Point-to-Point Protocol, protocolo punto a punto). El PPP realiza detección de errores, reconoce múltiples protocolos, permite la negociación de direcciones de IP en el momento de la conexión, permite la verificación de autenticidad y tiene muchas mejoras respecto a SLIP. Aunque muchos proveedores de servicios de Internet aun reconocen tanto SLIP como PPP, el futuro claramente esta en PPP, no solo en las líneas por discado sino también en las líneas arrendadas de enrutador a enrutador.
PPP proporciona tres cosas:
1. Un método de enmarcado que delinea sin ambigüedades el final de un marco y el inicio del siguiente. El formato de marco también maneja la detección de errores.
2. Un protocolo de control de enlace para activar líneas, probarlas, negociar opciones y desactivarlas ordenadamente cuando ya no son necesarias. Este protocolo se llama LCP (link Control Protocol, protocolo de control de enlace).
3. Un mecanismo para negociar opciones de capa de red con independencia del protocolo de red usado. El método escogido consiste en tener un NCP (Network Control Protocol, protocolo de control de red) distinto para cada capa de red reconocida.
Para ver la manera en que encajan estas piezas, consideremos la situación típica de un usuario casero llamando al proveedor de servicios de Internet para convertir una PC casera en un host temporal de Internet. La PC llama inicialmente al enrutador del proveedor a través de un modem. Una vez que el modem del enrutador ha contestado el teléfono y ha establecido una conexión física, la PC manda al enrutador una serie de paquetes LCP en el campo de carga útil de uno o mas marcos PPP. Estos paquetes, y sus respuestas, seleccionan los parámetros PPP por usar.
Una vez que se han acordado estos parámetros, se envía una serie de paquetes NCP para configurar la capa de red. Típicamente, la PC quiere ejecutar una pila de protocolos TCP/IP, por lo que necesita una dirección de IP. La diferencia principal entre PPP y HDLC es que el primero esta orientado a caracteres, no a bits. En particular PPP, como SLIP, usa el relleno de caracteres en las líneas por discado con modem, por lo que todos los marcos tienen un numero entero de bytes. En otras palabras, PPP no proporciona por omisión transmisión confiable usando números de secuencias y acuses. En ambientes ruidosos, como los de las redes inalámbricas, se puede usar el modo numerado para transmisión confiable.
En resumen, PPP es un mecanismo de enmarcado multiprotocolo adecuado para usarse a través de módems, líneas de serie de bits HDLC,SONET y otras capas físicas, Maneja detección de errores, negociación de opciones, compresión de encabezados y, opcionalmente, transmisión confiable con marcos HDLC.
Los códigos de terminación sirven para desactivar una línea cuando ya no se necesita. Los códigos de rechazo-código y rechazo-protocolo son usados por el contestador para indicar que recibió algo que no entiende. Los códigos eco sirven para probar la calidad de la línea.
Control de errores
Como asegurar que todos los marcos sean entregados finalmente a la capa de red en el destino, en el orden apropiado. Suponga que el transmisor se dedico a enviar marcos sin importarle si estaban llegando adecuadamente. Esto podría estar bien para un servicio sin acuse sin conexión, pero ciertamente no será correcto para un servicio confiable orientado a la conexión.
La manera normal de asegurar la entrega confiable de datos es proporcionar al transmisor realimentación sobre lo que esta ocurriendo en el otro lado de la línea. Típicamente, el protocolo exige que el transmisor envié de regreso marcos de control especiales que contengan acuses positivos o negativos de los marcos de entrada. Si el transmisor recibe un acuse positivo de un marco, sabe que el marco llego correctamente. Un acuse negativo significa que algo fallo y el marco debe transmitirse otra vez.
Una complicación adicional surge de la posibilidad de que problemas de Hardware pueden causar la desaparición de un marco completo. En este caso el receptor no reaccionara en absoluto, ya que no tiene razón para reaccionar. Debe quedar claro que un protocolo en el cual el transmisor envía un marco y luego espera un acuse, positivo o negativo, se quedaría esperando eternamente si se pierde por completo un marco debido a una falla del hardware.
Esta posibilidad se maneja introduciendo temporizadores en la capa de enlace de datos. Cuando el transmisor envía un marco, generalmente también arranca un temporizador. El temporizador se ajusta de modo que termine cuando haya transcurrido un intervalo suficiente para que el marco llegue a su destino, se procese ahí y el acuse se propague de regreso al transmisor. Normalmente, el marco se recibirá correctamente y el acuse llegará antes de que el temporizador termine, en cuyo caso se cancelara.
Sin embargo, si el marco o el acuse se pierden, el temporizador terminara, alertando al transmisor sobre un problema potencial. La solución obvia es simplemente transmitir de nuevo el marco. Sin embargo, aun cuando los marcos pueden transmitirse muchas veces y que lo pase a la capa de red mas de una vez. Para evitar que ocurra esto, generalmente es necesario asignar números de secuencia a los marcos de salida, para que el receptor pueda distinguir las retransmisiones de los originales.
La administración de temporizadores y números de secuencia para asegurar que cada marco llegue finalmente a la capa de red en el destino una sola vez, ni mas ni menos, es una de las tares importantes de la capa de enlace de datos.
Existen 2 métodos de control de errores:
• FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.
El receptor puede detectar errores y en la decodificación puede arreglarlos.Este sistema conlleva el uso de códigos correctores que trabajan con palabras código que tienen bits de reduncancia.Suelen usar códigos de bloque, donde se usan las características de la distancias de hamming y generación de códigos cíclicos mediante polinomios generadores.Tambinén puede usar códigos convolucionales.
Son adecuados para entornos en los que el número de erróneos no es grande y los bits erróneos se presentan aislados.
Se utilizan en transmisiones simples, aplicaciones militares cuando el receptor no quiere que se detecte su presencua o transmisiones via satélite.
• ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.
Controlan los errores utilizando la técnica de repetición automática de respuesta. Se basan en detectar errores mediante códigos sencillos que permiten al receptor descartar las tramas erróneas.Y corregir los errores mediante la representación de las tramas transmitidas.
Las posibles implementaciones son:
Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del emisor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.
Envio continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.
Envio continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que solo retransmite la trama defectuosa. El receptor se complica ya ha de guardar en un registro todas las tramas posteriores a un error hasta que le llegue la retransmisión de la trama para poder entregarlas el orden.
CONTROL DE FLUJO
Que hacer con un transmisor que sistemáticamente quiere transmitir marcos a mayor velocidad que aquella con que puede aceptarlos el receptor. Esta situación puede ocurrir fácilmente cuando el transmisor opera en una computadora rápida (o con baja carga) y el receptor opera en una maquina lenta (o sobrecarga). El transmisor envía los marcos a alta velocidad hasta que satura por completo al receptor. Aun si la transmisión esta libre de errores, en cierto punto el receptor simplemente no será capaz de manejar los marcos según van llegando y comenzara a perder algunos. Es obvio que algo tiene que hacerse para evitar esta situación. La solución común es introducir un control de flujo para controlar la velocidad del transmisor de modo que no envíe a mayor velocidad que la que puede manejar el receptor. Este control de velocidad generalmente requiere algún mecanismo de realimentación, para que el transmisor pueda enterarse si el receptor es capaz de mantener el ritmo o no.
Se conocen varios esquemas de control de flujo, pero la mayoría se basan en el mismo principio. El protocolo contiene reglas bien definidas respecto al momento en que un transmisor puede enviar el siguiente marco. Estas reglas con frecuencia prohíben el envío de marcos hasta que el receptor lo haya autorizado, implícita o explícitamente. Por ejemplo, cuando se establece una conexión, el receptor podría decir: "puedes enviarme n marcos ahora, pero tras transmitirlos, no envíes mas hasta que te haya indicado que continúes".
DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES
Los procesos físicos que generan los errores en algunos medios (por ejemplo la radio) tienden a aparecer en ráfagas, no individualmente. El que los errores lleguen en una ráfaga tienen tantas ventajas como desventajas respecto a los errores aislados de un solo bit. Por el lado de lasa ventajas, los datos de computadora siempre se envían en bloques de bits. Suponga que el tamaño del bloque es de 1000bits y la tasa de error es de 0.001 por bit. Si los errores fueran independientes, la mayor parte de los bloque contendrían un error. Sin embargo, si los errores llegan en ráfagas de 100, en promedio solo uno o dos bloques de cada 100 serán afectados. La desventaja de los errores en ráfaga es que son mucho más difíciles de detectar y corregir que los errores aislados.
EL PROTOCOLO CSMA/CD.
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
Cuando la interfaz del servidor tiene un paquete para transmitir, escucha en la línea para determinar si hay mensajes siendo transmitidos. Si no detecta transmisión alguna, la interfaz comienza a enviar. Cada transmisión está limitada en el tiempo, pues existe un tamaño máximo de paquete. Cuando un transceiver comienza a transmitir, la señal no llega a cada punto de la red simultáneamente, a pesar de que viaja a casi un 80% de la velocidad de la luz. Por lo anterior, es posible que 2 transceivers determinen que la red está ociosa y comiencen a transmitir al mismo tiempo; provocando la colisión de las dos señales.
Detección de Colisiones (CD):
Cada transceiver monitorea el cable mientras está transfiriendo para verificar que una señal externa no interfiera con la suya. Cuando colisión es detectada, la interfaz aborta la transmisión y espera hasta que la actividad cese antes de volver a intentar la transmisión. Política de retención exponencial. El emisor espera un tiempo aleatorio después de la primera colisión; un periodo de espera 2 veces más largo que el primero en caso de una segunda colisión; 4 veces más largo la próxima vez, etc., reduciendo así al máximo la probabilidad de colisión.
EJEMPLOS:
El protocolo CSMA/CD funciona de algún modo como una conversación en una habitación oscura.
Todo el mundo escucha hasta que se produce un periodo de silencio, antes de hablar (CS, detección de portadora).
Una vez que hay silencio, todo el mundo tiene las mismas oportunidades de decir algo (Acceso Múltiple).
Si dos personas empiezan a hablar al mismo tiempo, se dan cuenta de ello y dejan de hablar (Detección de Colisiones.)
CONCLUSIONES
La capa de enlace asegura confiabilidad del medio de transmisión, ya que realiza la verificación de errores, retransmisión, control fuera del flujo y la secuencia de las capacidades que utiliza en la capa de red.
El nivel de enlace es responsable del funcionamiento de las redes de area local.
BIBLIOGRAFÍA
Andrew S. Tanenbaum.. Redes de Computadoras. Tercera edición. Pearson Educación
P García Teodoro; Comunicaciones y redes de computadores, 7a. edición; Pearson Educación;.
P García Teodoro, J E Díaz Verdejo, JM López Soler; Transmisión de datos y redes de computadores; Pearson Educación;
Jenny Duran
Julieth Niño
Yadira Sanchez
Flor Santamaria
"CORUNIVERSITEC"
CORPORACIÓN UNIVERSAL DE INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA
TELEMÁTICA
TECNOLOGÍA EN INGENIERÍA DE SISTEMAS
BOGOTÁ – MAYO 14 -2007
JOSE LUIS MUÑOZ
DOCENTE
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