PDF de programación - Tema 5: Nivel de Enlace - Redes de computadores

REDES DE COMPUTADORES

Tema 5: Nivel de Enlace de Datos



5.1 Introducción y servicios
5.2 Funciones del nivel de Enlace de Datos
5.3 Redes de Área Local (LAN)

 Direcciones MAC
 Ethernet (802.3)
 Conmutadores (Switches)

5.4 Protocolo ARP
5.5 Ejemplo

Computer Networking:
A Top Down Approach

5th edition.

Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, 2009.



Departamento de

Tecnología Electrónica

Some material copyright 1996-2009
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

Nivel de Enlace de Datos

5-1

Tema 5: Nivel de Enlace de Datos

 Objetivos:



 Entender los principales servicios del nivel de

enlace de datos:
 Control de errores (detección, corrección)
 Compartir un canal de difusión: acceso múltiple
 Direcciones MAC
 Transferencia de datos fiables, control de flujo



 Ejemplo: Implementación en redes de área local

(LAN). Ethernet.

Nivel de Enlace de Datos

5-2

Tema 5: Nivel de Enlace de Datos

5.1 Introducción y servicios
5.2 Funciones del nivel de Enlace de Datos
5.3 Redes de Área Local (LAN)

 Direcciones MAC
 Ethernet (802.3)
 Conmutadores (Switches)

5.4 Protocolo ARP
5.5 Ejemplo

Nivel de Enlace de Datos

5-3

Introducción

Medio no guiado

Terminología:
 Nodo: dispositivo que tiene nivel de
enlace (hosts, routers, switches,…).

 Canales de comunicación que

conectan nodos adyacentes a través
de medios físicos son enlaces (links).
 Guiados (wired links)
 No guiados (wireless links)

 Los enlaces pueden ser:

Multipunto

 Punto a Punto: Dos nodos conectados

por un único medio físico.

 Multipunto: Varios nodos conectados

Medio guiado

Punto a Punto

por un único medio físico (medio
compartido).

 La PDU de nivel 2 (E_PDU) es la
trama (frame), que encapsula
E_UD (en general R_PDU,
datagrama).

Nivel de Enlace de Datos tiene
la responsabilidad de transferir
E_PDUs de un nodo a otro
adyacente a través de un enlace

Nivel de Enlace de Datos

5-4

Nivel de Enlace: contexto (I)

 Las tramas se transfieren por
diferentes enlaces usando en
cada uno de ellos su propio
protocolo de enlace de datos:
 ej. Un primer enlace Ethernet, en
medio uno frame relay y uno final
WI-FI



 Cada protocolo de enlace provee

diferentes servicios
 ej. puede proporcionar o no

transferencia fiable de datos
sobre un enlace

 Analogía (viaje)
 Viaje de Princeton a Lausanne

 bus: Princeton a JFK
 avión: JFK a Geneva
 tren: Geneva a Lausanne

 turista = E_UD
 tramo del viaje = enlace de

comunicación

 modo de transporte = protocolo

de nivel de enlace.
 trama = bus, avión o tren, según

corresponda.

Nivel de Enlace de Datos

5-5

Nivel de Enlace: contexto (II)

 El nivel físico le ofrece al Nivel de Enlace

de Datos un servicio no fiable de
envío/recepción de bits o bytes.
 A veces también informa del estado del medio

físico:

 Medio libre (no hay nodos transmitiendo).
 Medio ocupado (hay nodos transmitiendo).
 Etc..

 Dependiendo del protocolo de nivel
físico y del medio físico utilizado es
posible que el nivel de enlace de datos
pueda:
 enviar y recibir bits o bytes simultáneamente,

conocido como full-duplex.

 Sólo posible en enlaces punto a punto.

Full-duplex

 enviar y recibir bits o bytes pero no de manera

simultánea, conocido como half-duplex.

Half-duplex

Nivel de Enlace de Datos

5-6

Servicios del Nivel de Enlace
 Al igual que el nivel de transporte el nivel de enlace de datos puede

ofrecer dos tipos de servicios a su nivel superior:
 entrega fiable de datos entre nodos adyacentes.

 Funciona de manera similar a TCP con los mecanismos vistos en el tema 3.

 entrega no fiable de datos entre nodos adyacentes.

 Funciona de manera similar a UDP

 Cada protocolo de nivel de enlace ofrece uno de los dos tipos de

servicio.

 Lo típico es que ofrezca un servicio de entrega no fiable de datos.

 La mayoría de los enlaces tienen baja tasa de error.

 Por ejemplo, enlaces de fibra o algunos tipos de par trenzado.

 En el caso de alta tasa de error en el enlace es necesario que el nivel

de enlace implemente el servicio de entrega fiable de datos
 Por ejemplo en enlaces inalámbricos (wireless).
 P. ¿Por qué la entrega fiable de datos tanto a nivel de
enlace cómo extremo-extremo a nivel de transporte?



Nivel de Enlace de Datos

5-7

Tema 5: Nivel de Enlace de Datos

5.1 Introducción y servicios
5.2 Funciones del nivel de Enlace de Datos
5.3 Redes de Área Local (LAN)

 Direcciones MAC
 Ethernet (802.3)
 Conmutadores (Switches)

5.4 Protocolo ARP
5.5 Ejemplo

Nivel de Enlace de Datos

5-8

Funciones del Nivel de Enlace (I)
 Construcción de la trama:

 encapsula la E_UD en la E_PDU, añade E_PCI tanto delante, conocida

como cabecera, como detrás, conocida como cola, de la E_UD.

 Sincronismo de trama

 Sirve para distinguir donde comienza y acaba cada E_PDU

dentro del flujo de bits o bytes recibidos en el nivel de enlace
de datos.

 Cada protocolo define el contenido del campo de la E_PCI que se utiliza para

este fin.

 Por ejemplo: Código ASCII STX (Start of TeXt) se puede usar para

delimitar el comienzo y ETX (End of TeXt) para el final.

 Identificación de nodos (direccionamiento):

 Cada nodo del enlace de datos debe tener un identificador único que lo

distinga del resto de nodos.

 Permite identificar el nodo origen y destino de la E_PDU.

 Dependiente de la tecnología
 Conocido como dirección física.

 Por ejemplo las direcciones MAC

 diferente a las direcciones lógicas (IP) !!!



Nivel de Enlace de Datos

5-9

Funciones del Nivel de Enlace (II)

 Detección de errores:

 Necesario debido a los errores causados por la atenuación

de la señales, ruido… que hacen que las E_PDUs lleguen
dañadas al receptor.

 Consiste en añadir bits adicionales de E_PCI, conocidos

como redundantes, a la E_PDU de tal manera que permitan
detectar errores en algunos bits.

 El transmisor calcula el valor de dichos bits antes de enviar la trama.
 El receptor realiza los mismos cálculos para verificar si coincide con

los bits adicionales recibidos.

 Ningún algoritmo es 100% fiable.
 Algunos errores no serán detectados

 El algoritmo más utilizado a nivel de enlace de datos es el

CRC (Cyclic Redundancy Check).

 Técnica basada en el cálculo de los bits redundantes mediante

operaciones con polinomios binarios.


Nivel de Enlace de Datos

5-10

Funciones del Nivel de Enlace (III)
 Corrección de errores: (No está implementado siempre)

 retransmisión.

 Se utilizan mecanismos similares a los vistos en el tema 3

 el receptor localiza y corrige el/los error/es que hubiera en

el/los bit/s – no retransmisión.

 Usos típicos: TDT, video por satélite…



 Control de flujo: (No está implementado siempre)

 regula el ritmo de envío y recepción de E_PDUs entre nodos

adyacentes.



Nivel de Enlace de Datos

5-11

Funciones del Nivel de Enlace (IV)
 Control de acceso al medio:

E_PDU

E_PDU

POLL

SEL

 En el caso de medios compartidos es necesario
gestionar qué nodo hace uso del enlace en cada
momento.

 Puede realizarse de modo:

 Centralizado: Un nodo del enlace, conocido como master se
encarga de gestionar el acceso al medio del resto de nodos,
conocidos como esclavos.

 Se usa la técnica de Sondeo/Selección.

 Sondeo (Poll) envío de E_PDU de esclavo a master.
 Selección (Select) envío de E_PDU de máster a

esclavo

 Distribuido: Todos los nodos del enlace se coordinan para

saber en cada momento a quién le toca transmitir (hacer uso
del enlace).

 Por contienda: Un nodo hace uso del enlace si el nivel

físico le informa que está libre. En caso de que dos o más
nodos transmitan una E_PDU casi a la vez se produce una
colisión. Cada nodo intenta de nuevo la transmisión de la
E_PDU que ha colisionado pasado un tiempo que eligen
de manera aleatoria.

 Por rotación circular: Cada nodo accede al medio cuando

le toca su turno.



master

esclavos

Sondeo/Selección

E_PDU

E_PDU

COLISIÓN

E_PDU

Contienda

T

E_PDU

Rotación circular
5-12

Nivel de Enlace de Datos

Tema 5: Nivel de Enlace de Datos

5.1 Introducción y servicios
5.2 Funciones del nivel de Enlace de Datos
5.3 Redes de Área Local (LAN)

 Direcciones MAC
 Ethernet (802.3)
 Conmutadores (Switches)

5.4 Protocolo ARP
5.5 Ejemplo

Nivel de Enlace de Datos

5-13

LAN (Local Area Network) (I)
 Las redes de área local son la tecnología de red

más utilizada.

 Permiten conectar los sistemas finales y routers

dentro del dominio de broadcast.

 Implementan, a través de la interfaz de red, los dos
niveles inferiores del modelo OSI, es decir, nivel de
enlace y físico.

El nivel de enlace está subdivido en dos
subniveles:

Nota

o LLC (Link Layer Control, control del
enlace lógico) . Realiza las funciones de
control de flujo y corrección de errores.
o MAC (Medium Access Control, control de
acceso al medio). Realiza las funciones de
sincronismo de trama, detección de
errores, control acceso al medio y
direccionamiento.

Hasta el subnivel MAC está implementado en la
interfaz de red (tarjeta de red, NIC).

OSI

Enlace de

Datos

LAN

LLC

MAC

Físico

Nivel de Enlace de Datos 5-14

LAN (II)
 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics
Engineers, el Instituto de Ingenieros Eléctricos y
Electrónicos) se encarga de estandarizar las LAN.
 Esto permite que diferentes fabricantes puedan vender

interfaces de red, medios físicos, conectores,…, para una
misma tecnología LAN.

 Las normas LAN más utilizadas son:

 802.3 conocida como Ethernet.

Usan un medio físico guiado.

Hoy en día fibra óptica o par trenzado.

 802.11 conocida como WI-FI (WLAN, Wireless LAN).

Usan medio físico no guiado.

Banda de frecuencia de los