PDF de programación - Tema 15 - Tecnologías de enlace

Bloque V: El nivel de enlace

Tema 15: Tecnologías de enlace

Índice

• Bloque V: El nivel de enlace

– Tema 15: Tecnologías de enlace

• Introducción
• SLIP y PPP
• Ethernet

• WiFi

– CSMA/CD
– IEEE 802.3
– Ethernet y TCP/IP

– Introducción
– Capa física y MAC
– Seguridad

• Referencias

– Capítulo 5 de “Redes de Computadores: Un enfoque descendente 

basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith W. Ross. Addison 
Wesley, 2ª edición. 2003.

– Capítulo 2 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols”, W. 

Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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Introducción
• Funciones principales del nivel de enlace:

– Control de errores.
– Sincronización de las tramas de bits
– Control de flujo
– Control de acceso a medios compartidos.

Red
LLC

T
o
k
e
n

B
u
s

Físico

C
S
M
A
C
D

/

T
o
k
e
n

R
n
g

i

• El nivel de enlace estándar se divide en dos subcapas:

– LLC (Logical Link Control): Ofrece una interfaz uniforme al 

nivel de red independientemente de que MAC se esté 
empleando.

– MAC (Medium Access Control): Estandariza los protocolos 

típicos empleados en las redes LAN.

• Tecnologías punto a punto: dos máquinas están directamente 

conectadas mediante un medio físico dedicado en exclusiva 
para ellas.

• Tecnologías multipunto: múltiples máquinas están conectadas 

entre sí mediante un medio de transmisión compartido.

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

3

Introducción

• Topologías multidifusión:

– Bus

– Árbol

Raíz o
cabecer

a

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

4

Introducción

• Topologías multidifusión :

– Anillo

– Estrella

Conmutador o repetidor

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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SLIP
• Serial Line IP – Especificado en RFC 1055.
• Protocolo para conexiones punto a punto, p.e. para interconectar ordenadores 
personales en dominios particulares a Internet, por medio de módems de alta 
velocidad y haciendo uso del puerto serie del ordenador (RS­232).

• Reglas: 

– El datagrama IP se termina con un carácter especial llamado END (0xc0). 

Muchas implementaciones incluyen también un END al principio para evitar 
que ruido de la línea pueda ser interpretado como parte del datagrama.
• Si un byte del datagrama IP equivale a un END, se transmite en su 

• Si un byte del datagrama IP equivale al SLIP ESC, se transmite en su 

lugar la secuencia 0xdb, 0xdc.

lugar la secuencia 0xdb,0xdd.

•

Inconvenientes de SLIP:
– Cada extremo debe conocer la dirección IP del otro extremo.

• No hay campo de tipo. La línea serie sólo se puede utilizar para un 

determinado protocolo en cada momento.

• Errores de transmisión deben ser detectados por los niveles más altos.

1
C0

1
DB

1
DC

Datagrama IP

Datagrama IP

C0
1

DBDC
1
1

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

DBDD
1
1

C0
1

6

CSLIP – Compressed SLIP

• SLIP se utiliza en líneas lentas (19,200 bits/segundo) y 

frecuentemente en tráfico interactivo (telnet y rlogin)  Se 
generan un gran número de paquetes de pequeño tamaño:
– 1 byte de datos + 20 bytes de cabecera TCP + 20 bytes de 

• Esto introduce una gran sobrecarga (40 bytes) para enviar 1 

cabecera IP

único byte de datos.

• Para resolver este problema se ha propuesto CSLIP (RFC 

1144):
– Reduce las dos cabeceras de 20 bytes a 3 o 5 bytes  

Aumenta el rendimiento (tiempo de respuesta).

– Mantiene el estado de hasta 16 conexiones en cada 

extremo.

– Se basa en que normalmente, algunos campos de las 

cabeceras no van a variar durante la conexión.

– Además, la mayoría de los que cambian lo hacen en una 

reducida cantidad positiva

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

7

PPP

• Point to Point Protocol – Especificado en el RFC 1661
•

Tres componentes:
– Una forma de encapsular datagramas IP en una línea serie. Soporta 

enlaces asíncronos con 8 bits de datos sin paridad o enlaces síncronos 
orientados a bit.

– Un protocolo de control de enlace (LCP) para establecer, configurar y 

probar la conexión de enlace de datos. Permite negociar varias opciones.

– Una familia de protocolos de control de red (NCPs), específicos para 

diferentes protocolos de la capa de red. Existen versiones para AppleTalk, 
DECnet, OSI, IP, etc.

• Documentación:

1
Flag
(7E)

8

•

– RFC 1548: Especifica el método de encapsulación y el LCP.
– RFC 1332: Especifica el NCP para IP.
Formato de trama:
1
1
Flag
(7E)

hasta 1500 bytes

1
dir
(FF)

Cont
(03)

2

2
CRC

Datos

Datagrama IP

Protocolo
Protocolo
(0021)
Protocolo
(C021) Datos control enlace
Protocolo
Datos control red
(8021)

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

PPP

• Carácter de escape: 0x7E

– Si la línea es síncrona: se escapa por medios HW
– Si la línea es asíncrona:

• Si aparece 0x7E, se transmite 0x7D, 0x5E
• Si aparece 0x7D, se transmite 0x7D, 0x5D

– También se escapan los caracteres con códigos menores de 20 

para evitar posibles problemas con los modems.

– Permite múltiples protocolos (no sólo IP).
– Permite detectar errores.
– Puede negociar las direcciones IP, usando el protocolo de control 

• Ventajas:

de red para IP.

– Puede usar compresión.

• Desventajas:

– Tiene una sobrecarga de 3 bytes por frame que se envía (por que 
negocian para no enviar los bytes dir y control, y reducir a un byte 
el campo de protocolo).

– También envía algunos frames extras para determinadas 

negociaciones.

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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Ethernet

• Basado en la idea de comunicar ordenadores a través de un cable coaxial 

compartido y que actuaba como medio de transmisión de broadcast.

• Más utilizada en topologías en bus y estrella.
•
Técnica de acceso aleatorio y de contención.
• Cada estación Ethernet tiene asignada una dirección MAC de 48 bits 

(físicamente grabada en la tarjeta de red Ethernet)
– Por ejemplo: 0b:83:12:8a:cf:82

• Va desde 10 Mbps hasta más de 1Gbps hoy en día, todo sobre la misma trama 

Ethernet  Facilita la interconexión.

• Precursoras: ALOHA y ALOHA ranurado
• CSMA y CSMA/CD

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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ALOHA y ALOHA ranurado

• Propuestas en los 70 en la Universidad de Hawaii como solución para un 

sistema de radio difusión.
– Puede ser aplicado a cualquier sistema donde se acceda de forma no 

coordinada a un medio de comunicación compartido.

• ALOHA:

– Cuando una estación tiene que transmitir  Transmite.

• Después, escucha el medio durante el máximo retardo de propagación 

posible de ida y vuelta.

• Si en este tiempo se recibe una confirmación  OK
• Sino, retransmite la trama (tiempo aleatorio).
• Sino recibe confirmación después de varios intentos, desiste.

– Si dos estaciones transmiten al mismo tiempo  COLISIÓN.
– Muy sencillo y bajo rendimiento (máxima utilización del canal: 18%).

– El tiempo del canal se hace discreto  Ranuras uniformes de duración el 

tiempo de transmisión de una trama.

– Reloj central para sincronización.
– Sólo se puede transmitir al principio de la ranura  Solape completo de las 

tramas colisionadas.

– Utilización máxima hasta un 37% del canal.

• ALOHA ranurado:

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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CSMA

• En las redes LAN (y de radio) el retardo de propagación entre las 

estaciones es mucho más pequeño que el tiempo de transmisión de las 
tramas.
– Cuando estación transmite una trama  El resto lo saben casi 

instantáneamente.

– Si las estaciones pueden saber que otra estación está 

transmitiendo  Esperan para evitar la colisión.

– Sólo habrá colisiones cuando dos estaciones empiecen a transmitir 

casi simultáneamente.

• Técnica de acceso múltiple sensible a la portadora (Carrier Sense 

Multiple Access)

• Una estación antes de transmitir primero escucha el medio (CS):

– Si está ocupado  Espera
– Si está libre  Transmite

• Si dos estaciones intentan transmitir casi al mismo tiempo  Colisión
– Al transmitir hay que esperar por una confirmación (la receptora 

también debe competir por el canal).

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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CSMA

• ¿Cuánto esperar si el medio está ocupado?

• CSMA 1­persistente:

– Si está libre  Transmite
– Si está ocupado  continua escuchando hasta que esté 

libre  Transmite.

– Problema: habrá una colisión siempre que hay dos o más 

estaciones esperando para transmitir.

• CSMA no persistente:

– Se espera un tiempo aleatorio, en vez de escuchar hasta 

que esté libre.

• CSMA p­persistente:

– Si está ocupado, escucho hasta que esté libre y después 

transmito con probabilidad p (o con probabilidad 1­p espero 
un tiempo aleatorio).

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CSMA/CD

• En CSMA, si colisionan dos tramas  el medio está 

inutilizado durante la transmisión de esas tramas.
• Mejora: continuar escuchando el canal mientras 

dura la transmisión (Collision Detection).

• Si el medio está libre  Transmite.
• Sino, continua escuchando hasta que esté libre  

Transmite.

• Si se detecta una colisión durante la transmisión  

Se transmite una señal corta de alerta.

• Se espera un tiempo aleatorio, y después se intenta 

transmitir de nuevo.

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

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CSMA/CD

A

B

C

D

Tx. A

Tx. C

Bus

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

Tiempo: t0

15

CSMA/CD

A

B

C

D

Tx. A

Tx. C

Bus

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

Tiempo: t1

16

CSMA/CD

A

B

C

D

Tx. A

Tx. C

Bus

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

Tiempo: t2

17

CSMA/CD

A

B

C

D

Tx. A

Tx. C

Bus

RC ­ Bloque V ­ Tema 15

Tiempo: t3

18

CSMA/CD

• ¿Cuánto tiempo se tarda en detectar la colisión?

– A transmite.
– Justo antes de que llegue a D, D empieza a transmitir.
– Casi inmediatamente  Colisión y D lo detecta.
– Pero la colisión se debe propagar hasta volver a A.

• El tiempo en detectar una colisión es <= dos veces el retardo de 

propagación extremo a extremo.

•  Una trama debe ser suficientemente larga para detectar la 

colisión antes de que acabe su transmisión.

• Espera aleatoria (paso 4)

– Exponencial binaria (exponential backoff)
– Tras cada colisión (sobre la misma trama) el tiempo de 

espera se duplica (1 seg, 2, 4, 8, 16, 32, …)

– Tras N intentos, no se retransmite más y se genera un 

mensaje de error.

– Si se congestiona el sistema  Las estaciones deben 

esperar más y más para li