PDF de programación - Capítulo 5 - Capa de enlace y LANs

Capítulo 5
Capa de enlace y LANs

Redes de computadores

Bloque 2

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All material copyright 1996-2010
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

V2.4

Redes de
computadoras: Un
enfoque descendente,
5a edición.
Jim Kurose, Keith Ross
Pearson Educación,
2010.

Capa de enlace

5-1

Capítulo 5: La capa de enlace
Objetivos:
(cid:153) Comprender los principios que existen bajo los

servicios de la capa de enlace:
(cid:131) Corrección y detección de errores
(cid:131) Compartir un canal de multidifusión: acceso múltiple
(cid:131) Direccionamiento de la capa de enlace
(cid:131) Transferencias de datos fiables, control de flujo

(cid:153) Instanciación e implementación de varias

tecnologías de la capa de enlace.

V2.4

Capa de enlace

5-2

Capa de enlace

5.1 Introducción y servicios
5.2 Corrección y detección de errores
5.3 Protocolos de acceso múltiple
5.4 Ethernet
5.5 Direccionamiento de la capa de enlace
5.6 Conmutadores de la capa de enlace
5.7 PPP
5.8 Enlaces virtuales: MPLS

V2.4

Capa de enlace

5-3

Capa de enlace: Introducción
Terminología:
(cid:153) hosts y routers son nodos
(cid:153) Los canales de comunicación

que conectan nodos adyacentes
a través de la ruta de
comunicaciones son enlaces
(cid:131) Enlaces cableados
(cid:131) Enlaces inalámbricos
(cid:131) LANs

(cid:153) Un paquete del nivel 2 es una
trama, encapsula datagramas

La capa de enlace tiene la
responsabilidad de transferir datagramas de un nodo al nodo
físicamente adyacentea través de un enlace

V2.4

Capa de enlace

5-4

La capa de enlace: contexto
Analogía con los
(cid:153) Los datagramas son

transportes

(cid:153) Viaje de Princeton a Lausana

(cid:131) Coche: Princeton a JFK
(cid:131) Avión : JFK a Ginebra
(cid:131) Tren: Ginebra a Lausana

(cid:153) turista = datagrama
(cid:153) Segmento de transporte
= enlace de comunicación

(cid:153) Modo de transporte =
protocolo de la capa de
enlace

(cid:153) Agencia de viajes =

algoritmo de enrutado

Capa de enlace

5-5

transferidos por
diferentes protocolos de
enlace sobre distintos
enlaces:
(cid:131) Ethernet como primer

enlace, frame relay como
enlace intermedio y 802.11
como último enlace

(cid:153) Cada protocolo de enlace

proporciona diferentes
servicios
(cid:131) Puede o no proporcionar
retransmisión sobre el
enlace

V2.4

Servicios de la capa de enlace (I)
(cid:153) Entramado, acceso al enlace:

(cid:131) encapsula datagramas en una trama, añade cabecera y

cola.

(cid:131) Accede al canal si el medio es compartido
(cid:131) Direcciones “MAC” se emplean en la cabecera de las

tramas para identificar origen y destino
• ¡Diferentes de las direcciones IP!

(cid:153) Entrega fiable entre nodos adyacentes

(cid:131) Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra

óptica, coaxial, par trenzado)

(cid:131) Enlaces inalámbricos: alta tasa de error

V2.4

Capa de enlace

5-6

Servicios de la capa de enlace (II)

(cid:153) Control de flujo:

(cid:131) Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y

destino

(cid:153) Detección de errores:

(cid:131) Errores causados por la atenuación de la señal, ruido.
(cid:131) El receptor detecta la presencia de errores, avisa al

emisor para que retransmita o descarte la trama

(cid:153) Corrección de errores:

(cid:131) El receptor identifica y corrigeerror(es) de bit sin

necesidad de retransmisión
(cid:153) Half-duplex y full-duplex

(cid:131) Con halfduplex, ambos nodos de los extremos del enlace

pueden transmitir pero no a la vez

V2.4

Capa de enlace

5-7

¿Dónde se implementa la capa de enlace?

(cid:153) En todos los HOSTs
(cid:153) La capa de enlace se

implementa en el
“adaptador” (network
interface cardNIC)
(cid:131) Tarjetas: Ethernet,

PCMCI, 802.11

(cid:131) Implementa los enlaces de

la capa física

(cid:153) Conectado a los buses

del hosts

(cid:153) Combina: hardware,
software, firmware

V2.4

aplicación
transporte

Red
enlace

Enlace
físico

Esquema de host

cpu

memoria

host
bus
(ej., PCI)

controlador

físico

transmisión

Tarjeta adaptadora
de red

Capa de enlace

5-8

Comunicación entre adaptadores

datagrama

datagrama

controlador

Host emisor

trama

controlador

Host receptor

datagrama

(cid:153) Emisor:

(cid:153) Receptor

(cid:131) Encapsula el datagrama en

una trama

(cid:131) Añade bits para el control

de errores, control de
flujo, etc.

(cid:131) Busca errores, control de

flujo, etc

(cid:131) Extrae el datagrama, y lo

pasa a niveles superiores

V2.4

Capa de enlace

5-9

Capa de enlace

5.1 Introducción y servicios
5.2 Corrección y detección de errores
5.3 Protocolos de acceso múltiple
5.4 Ethernet
5.5 Direccionamiento de la capa de enlace
5.6 Conmutadores de la capa de enlace
5.7 PPP
5.8 Enlaces virtuales: MPLS

V2.4

Capa de enlace

5-10

Detección de errores
EDC= Bits de detección y corrección de errores (redundancia)
D = Los datos protegidos mediante corrección de errores pueden
contener campos adicionales

• ¡La detección de errores no es 100% fiable!

• el protocolo puede perder algunos errores, aunque rara vez
•EDC mayores mejoran la detección y la corrección

otherwise

V2.4

Capa de enlace

5-11

Comprobación de la paridad
Paridad simple:
Detecta errores de bit
simples

Bits de paridad bidimensionales:
Detectan y corrigen errores de bit simples

0

0

V2.4

Capa de enlace

5-12

Suma de comprobación de Internet

Objetivo: detectar “errores” (ej., bits cambiados) en
los paquetes transmitidos (usado únicamente en el
nivel de transporte)

Emisor:
(cid:153) Los bytes de datos se

tratan como enteros de 16
bits y se suman

(cid:153) Se calcula el complemento

a 1 de esta suma para
formar la suma de
comprobación

(cid:153) El emisor coloca este

valor en la cabecera del
segmento

V2.4

Receptor:
(cid:153) Vuelve a realizar la suma de

los datos

(cid:153) Comprueba si el resultado
obtenido es el mismo que el
recibido:
(cid:131) NO - error detectado
(cid:131) SI - no se detecta error.

Capa de enlace

5-13

Comprobación de la Redundancia Cíclica

(cid:153) Ver los bits de datos, D, como un número binario
(cid:153) Elegir un patrón de bits de r+1 (generador), G
(cid:153) Objetivo: elegir r bits de CRC, R, tal que

<D,R> sea divisible exactamente por G (modulo 2)

(cid:131)
(cid:131) El receptor conoce G, divide <D,R> por G. Si el resto no da cero

se detecta el error.

(cid:131) Puede detectar ráfagas de error menores de r+1 bits

(cid:153) Se emplea mucho en la práctica (Ethernet, 802.11 WiFi,

ATM)

V2.4

Capa de enlace

5-14

Ejemplo de CRC
Se desea:

D.2r XOR R = nG

Es equivalente a:

D.2r = nG XOR R

Equivale a:

Si dividimos D.2r por
G, obtendremos el
resto R

R = resto[ ]D.2r

G

V2.4

Capa de enlace

5-15

Capa de enlace

5.1 Introducción y servicios
5.2 Corrección y detección de errores
5.3 Protocolos de acceso múltiple
5.4 Ethernet
5.5 Direccionamiento de la capa de enlace
5.6 Conmutadores de la capa de enlace
5.7 PPP
5.8 Enlaces virtuales: MPLS

V2.4

Capa de enlace

5-16

Protocolos de acceso múltiple (I)
Dos tipos de “enlaces”:
(cid:153) Punto-a-punto

(cid:131) PPP por red telefónicas
(cid:131) Enlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el

nodo

(cid:153) Difusión (compartición de cable o medio)

(cid:131) Ethernet antigua
(cid:131) LAN 802.11 inalámbrica

Cable compartido (ej.,

cable Ethernet)

RF compartida
(ej., 802.11 WiFi)

RF compartida

(satélite)

V2.4

Personas en una fiesta
(comparten aire, música)

Capa de enlace

5-17

Protocolos de acceso múltiple (II)
(cid:153) Canal único compartido para difusión
(cid:153) Dos o más nodos transmiten simultáneamente:

interferencia
(cid:131) Colisión si un nodo recibe dos o más señales a la vez

Protocolo de acceso múltiple
(cid:153) Algoritmo distribuido que determina de qué modo los

nodos comparten el canal; ej., determina cuándo un
nodo puede transmitir

(cid:153) La comunicación sobre cómo compartir el canal va sobre

el mismo canal
(cid:131) No existe un canal separado para coordinación

V2.4

Capa de enlace

5-18

Protocolo de acceso múltiple ideal

Canal de difusión de Rbps
1. Cuando quiere transmitir un nodo, puede hacerlo a

una velocidad R.

2. Cuando Mnodos quieren transmitir, cada uno

puede transmitir a una velocidad media de R/M

3. Completamente descentralizado:

(cid:131) No existe un nodo especial para coordinar la transmisión
(cid:131) No hay ni turnos ni sincronización de relojes

4. Simple

V2.4

Capa de enlace

5-19

Protocolos de MAC: una clasificación
(cid:153) Reparto del canal

(cid:131) Divide el canal en pequeños “trozos” (espacios de tiempo,

frecuencia)

(cid:131) reservas un nodo para uso exclusivo

(cid:153) Acceso aleatorio

(cid:131) El canal no está dividido y permite colisiones
(cid:131) El sistema se “recupera” tras las colisiones

(cid:153) “Toma de turnos”

(cid:131) Los nodos toman turnos, pero los nodos con mucho que

transmitir pueden tomar turnos más largos

V2.4

Capa de enlace

5-20

Protocolos MAC de reparto del canal: TDMA

TDMA: acceso por multiplexación en el tiempo
(cid:153) Acceso al canal en "rondas"
(cid:153) Cada estación tiene espacios de tiempo fijo (longitud =

tiempo de transmisión de un paquete) en cada ronda

(cid:153) Los slots