PDF de programación - Práctica 4: Funciones generales de la capa de Enlace - Redes de Computadores

REDES DE COMPUTADORES

Laboratorio

Práctica 4: Funciones generales de la capa de Enlace

Grado en Ingeniería Informática

Curso 2016/17

Universidad de Alcalá
Departamento de Automática


OBJETIVOS

Laboratorio: Redes de Computadores
Grado en Ingeniería Informática

Realizar la configuración básica de un Switch CISCO

Poder implementar 2 simulaciones que expliquen las funciones de capa 2 desarrolladas por un dispositivo
Conmutador/Switch

Evaluar los parámetros de las diversas tramas (PDU capa2) generados por cada dispositivo terminal e
intermedio de la red.

Diferenciar los conceptos de “Dominio de Difusión” y ”Dominio de Colisión”



FUNCIONES GENERALES DE LA CAPA 2 OSI

La capa 2 OSI de Enlace de datos proporciona un transito de datos “fiable” a través de un enlace físico de
red. De este modo, la capa de enlace de datos se ocupa de los siguientes “Aspectos Claves” dentro de una
LAN:

• Direccionamiento Físico de los dispositivos: genera una identificación única a cada host/dispositivo
conectado a la red.

• Implementa las Topologías lógicas de una LAN: mediante diversos tipos de dispositivos y protocolos.

• Acceso de Usuarios a una red, Notificación de Errores: emite alertas a los protocolos de las capas OSI
superiores cuando ocurre un error de transmisión

• Distribución Ordenada de Tramas: genera una secuencia de tramas para transmitir los “Datos” de un
Emisor y en el Receptor se reordenan las tramas recibidas (en desorden, fuera de secuencia)

• Control del Flujo de las comunicaciones dentro de la red: define una moderación de la transmisión de
datos de tal manera que el dispositivo receptor no se sobresature con más tráfico que el que puede manejar
a un tiempo.

No todas las funciones están implementadas en todos los protocolos: los hay más sofisticados y los hay más
básicos. Cada tipo de enlace tiene sus propias necesidades.

Tarjetas de interfaz de red (NIC)

DISPOSITIVOS DE LA CAPA 2 OSI

Una tarjeta de interfaz de red (NIC) es una placa de circuito impreso que proporciona las capacidades de
comunicación de red hacia y desde un computador personal. También se le denomina adaptador de LAN y
se enchufa en la “placa-base” para así proporcionar un puerto de conexión a una red.

Las NIC están consideradas como dispositivos de la capa 2 OSI porque cada una de ellas tiene un código
único, denominado dirección de control de acceso al medio (MAC: media access control, o MAC, establecida
por la IEEE). Dicha dirección controla la comunicación de datos para el host en la LAN. Las NIC controlan el
acceso del host al medio de la red.

La tarjeta de red actúa como una interfaz física entre el cable de red y la computadora. Existen diferentes
tipos de medios sobre los cuales operan las tarjetas de red, pero estas no se conectan directamente al
medio ya que necesitan un componente adicional llamado conector, el cual es diferente para cada tipo de
medio en el que se usará.









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Puente o Bridge

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Grado en Ingeniería Informática



Un puente es un dispositivo de la capa 2 diseñado para dividir a una LAN en dos segmentos, gracias a que
constan de 2 puertos de conexión de red. En otras palabras, divide el dominio de colisión inicial, y cada
segmento de esta LAN define un dominio de colisión separado.

El propósito de un puente es filtrar el tráfico de una LAN a nivel de la Capa de Enlace de Datos, para que el
tráfico local siga siendo local, pero permitiendo que el tráfico que va dirigido hacia ese segmento, pueda
ser conectado con otras partes (segmentos) dentro de una LAN.

¿Cómo puede detectar el puente cuál es el tráfico local y cuál no lo es? El puente verifica la dirección local.
Cada dispositivo de networking tiene una dirección MAC exclusiva en su NIC, y el puente rastrea cuáles son
las direcciones MAC que están ubicadas a cada lado del puente (en cada puerto). Así toma sus decisiones
basándose en esta lista de direcciones MAC.

Como los puentes solo se fijan en las direcciones MAC, no se ocupan de los protocolos de la capa 3. En
consecuencia, los puentes solo se preocupan de que las tramas pasen o no pasen de un puerto a otro,
basándose en sus direcciones MAC destino.

Además, esta función hace que las redes sean más eficientes, al permitir que los datos se transmitan al
mismo tiempo a diferentes segmentos de la red LAN, pero sin que colisionen las tramas.



Función de segmentación de una red hecha por un Puente

Cuando el puente recibe una trama en una de sus interfaces, analiza la dirección MAC del emisor y del
destino. Si un puente no reconoce al emisor, almacena su dirección en una Tabla de direcciones MAC para
“así recordar, en qué lado de la red se encuentra el emisor de la Trama”. De esta manera, el puente puede
averiguar si el emisor y el destino se encuentran del mismo lado o en lados opuestos del puente.

En otras palabras, si la MAC del emisor y destino de una Trama se encuentran en…

… el mismo puerto, el puente ignora/descarta la trama

… en puertos diferentes del puente, este último hace una copia de la trama, para enviarla hacia el otro
puerto donde se encuentra el destino.

Este mecanismo permite un “aprendizaje automático” de todas las MAC conectadas en cada uno de los 2
puertos de un Bridge.
















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Switch | Conmutador

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Un switch, al igual que un puente, es un dispositivo de la capa 2.



De hecho, al switch se le denomina un puente multipuerto, así como el hub se denomina repetidor
multipuerto. A primera vista, un switch se parece a menudo un hub. Tanto los hubs como los switches
tienen varios puertos de conexión, dado que una de las funciones de ambos es la concentración de
conectividad (permitir que varios dispositivos se conecten a un punto de la red).

La diferencia básica entre un hub y un switch está dada por lo que sucede dentro del dispositivo. Un switch
toma decisiones basándose en las direcciones MAC y los hubs no toman ninguna decisión.

Como los switches son capaces de tomar decisiones, hacen que una LAN sea mucho más eficiente. Los
switches hacen esta tarea "conmutando" las tramas hacia solamente el puerto al cual está conectado el
Host destino correspondiente.

Un hub en cambio, envía datos a través de todos sus puertos de modo que todos los hosts deben ver y
procesar (aceptar o rechazar) la trama enviada.

El propósito principal del switch es concentrar la conectividad, haciendo que la transmisión de datos sea
más eficiente. Piensa en el switch como un dispositivo de red que puede combinar la conectividad de un
hub con la regulación de tráfico de un puente en cada uno de sus puertos.



MAC ETHERNET (IEEE 802.3)

Ethernet es una Topología de Difusión de Medio Compartido (red lógica en bus) que puede transmitir datos
a diferentes velocidades (10 Mbps, 100 Mbps, Gigaethernet). Todos los dispositivos ven las tramas
transmitidas a través del Medio compartido, pero solo el host Destino las procesa.

Utiliza un mecanismo de control de acceso al medio MAC denominado Acceso Múltiple con detección de
portadora y detección de colisiones (CSMA-CD: Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection), el
cual regula el tráfico de la red, permitiendo la transmisión en la red sólo cuando esta esté despejada y no
haya otro equipo transmitiendo. CSMA/CD permite que todos los hosts de una LAN tengan acceso al medio
físico común de red en condiciones similares.



Temporización Ethernet

Ethernet se diseñó para operar en una estructura de bus, lo cual significa que cada estación siempre
escucha todos los mensajes casi al mismo tiempo, utilizando el método CSMA/CD.

Las normas Ethernet establecen que cualquier estación en una red que quiere transmitir un mensaje,
primero escucha para asegurarse que no hay ninguna otra estación transmitiendo en ese momento. Si el
cable esta libre, la estación comienza su transmisión de inmediato. Pero las señales eléctricas necesitan una
cantidad de tiempo pequeña (llamada retardo de propagación) para viajar a través del cable, y cada
repetidor que encuentre la trama introduce una pequeña latencia en el envío de la trama de un puerto al
siguiente, lo que origina que más de una estación comience a transmitir al mismo tiempo, provocando una
Colisión.







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Manipulación de errores de la tecnología Ethernet

La condición de error más común en Ethernet es la colisión. La colisión es el mecanismo para resolver el
acceso a una LAN. Las colisiones solo son posibles en los segmentos semiduplex.

Las colisiones normalmente tienen
lugar cuando dos o más estaciones Ethernet transmiten
simultáneamente dentro de un dominio de colisión. Al resultado de las colisiones (ya sean tramas parciales
o totalmente corruptas, que tienen menos de 64 octetos y un FCS no valido) se les llaman a menudo
fragmentos de una colisión o runts.

Los principales tipos de errores con tramas Ethernet que se pueden capturar mediante una sesión de
análisis de protocolo son:

a) Co