Actualizado el 21 de Marzo del 2018 (Publicado el 15 de Marzo del 2018)
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Creado hace 7a (21/03/2017)
Capítulo 5
Capa de enlace y LANs
Redes de computadores
Bloque 2
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Thanks and enjoy! JFK/KWR
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: 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
Capa de enlace
5- 4
V2.4
La capa de enlace: contexto
Analogía con los
(cid:153) Los datagramas son
transportes
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
(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
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
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- 3
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
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- 7
V2.4
Capa de enlace
5- 10
¿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
aplicación
transporte
Red
enlace
Enlace
físico
Esquema de host
cpu
memoria
host
bus
(ej., PCI)
controlador
físico
transmisión
Tarjeta adaptadora
de red
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- 8
V2.4
Capa de enlace
5- 11
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
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- 9
V2.4
Capa de enlace
5- 12
Suma de comprobación de Internet
Capa de enlace
Objetivo: detectar “errores” (ej., bits cambiados) en
los paquetes transmitidos (usado únicamente en el
nivel de transporte)
Receptor:
(cid:153) Vuelve a realizar la suma de
los datos
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
(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.
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- 13
V2.4
Capa de enlace
5- 16
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)
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
V2.4
Capa de enlace
5- 14
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
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
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- 15
V2.4
Capa de enlace
5- 18
Protocolo de acceso múltiple ideal
Protocolos MAC de reparto del canal: FDMA
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
cable FDM
V2.4
FDMA: acceso múltiple por división en frecuencia
(cid:153) El espectro del canal se divide en bandas
(cid:153) Cada estación tiene asignada una banda fija
(cid:153) Cuando no transmite la banda queda desocupada
(cid:153) Ejemplo: LAN de 6 nodos; el 1,3,4 tienen paquete, las
bandas de frecuencia 2,5 y 6 quedan desocupadas
a
i
c
n
e
u
c
e
r
f
e
d
s
a
d
n
a
b
tiempo
Capa de enlace
5- 22
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 s
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