Tema 7 Cisco

Tema 7 Capa de enlace de datos.

7.1 Capa de enlace de datos: acceso a los medios.

7.1.1 Capa de enlace de datos: soporte y conexion a servicios de capa superior.

La capa de enlace de datos proporciona un medio para intercambiar datos a travs de medios locales comunes.

La capa de enlace de datos realiza dos servicios bsicos:Permite a las capas superiores acceder a los medios usando tcnicas como tramas.Controla cmo se ubican los datos en los medios y cmo se reciben desde los medios usando tcnicas como el control de acceso a los medios y la deteccin de errores.

Al igual que con cada una de las capas OSI, existen trminos especficos para esta capa:

Trama: la PDU de la capa de enlace de datos

Nodo: la notacin de la Capa 2 para dispositivos de red conectados a un medio comn

Medios/medio (fsico)*: los medios fsicos para la transferencia de informacin entre dos nodos

Red (fsica)**: dos o ms nodos conectados a un medio comn

La capa de enlace de datos es responsable del intercambio de tramas entre nodos a travs de los medios de una red fsica.

* Es importante comprender el significado de las palabras medio y medios dentro del contexto de este captulo. Aqu, estas palabras se refieren al material que realmente transporta las seales que representan los datos transmitidos. Los medios son el cable de cobre, la fibra ptica fsicos o el entorno a travs de los cuales la seal viaja. En este captulo, medios no se refiere a programacin de contenido tal como audio, animacin, televisin y video, como se utiliza al referirse a contenidos digitales y multimedia.

** Una red fsica es diferente de una red lgica. Las redes lgicas se definen en la capa de red mediante la configuracin del esquema de direccionamiento jerrquico. Las redes fsicas representan la interconexin de dispositivos de medios comunes. Algunas veces, una red fsica tambin se denomina segmento de red.

Acceso a los medios de la capa superior

Como hemos mencionado, un modelo de red permite que cada capa funcione con un mnimo inters por los papeles de las otras capas. La capa de enlace de datos releva a las capas superiores de la responsabilidad de colocar datos en la red y de recibir datos de la red. Esta capa proporciona servicios para soportar los procesos de comunicacin para cada medio por el cual se transmitirn los datos.

En cualquier intercambio de paquetes de capas de red, puede haber muchas transiciones de medios y de capa de enlace de datos. En cada salto a lo largo de la ruta, un dispositivo intermediario, generalmente un router, acepta las tramas de un medio, desencapsula la trama y luego enva el paquete a una nueva trama apropiada para los medios de tal segmento de la red fsica.

Imagine una conversacin de datos entre dos hosts distantes, como una PC en Pars con un servidor de Internet en Japn. Aunque los dos hosts puedan comunicarse con sus protocolos de capa de red par (por ejemplo, IP) es probable que se estn utilizando numerosos protocolos de capa de enlace de datos para transportar paquetes IP a travs de varios tipos de LAN y WAN. Este intercambio de paquetes entre dos hosts requiere una diversidad de protocolos que debe existir en la capa de enlace de datos. Cada transicin a un router puede requerir un protocolo de capa de enlace de datos diferente para el transporte a un medio nuevo.

Observe en la figura que cada enlace entre dispositivos utiliza un medio diferente. Entre la PC y el router puede haber un enlace Ethernet. Los routers estn conectados a travs de un enlace satelital y la computadora porttil est conectada a travs de un enlace inalmbrico al ltimo router. En este ejemplo, como un paquete IP viaja desde la PC hasta la computadora porttil, ser encapsulado en la trama Ethernet, desencapsulado, procesado y luego encapsulado en una nueva trama de enlace de datos para cruzar el enlace satelital. Para el enlace final, el paquete utiliza una trama de enlace de datos inalmbrica desde el router a la computadora porttil.

La capa de enlace de datos asla de manera efectiva los procesos de comunicacin en las capas superiores desde las transiciones de medios que pueden producirse de extremo a extremo. Un paquete se recibe de un protocolo de capa superior y se dirige a ste, en este caso IPv4 o IPv6, que no necesita saber qu medios de comunicacin utilizar.

Sin la capa de enlace de datos, un protocolo de capa de red, tal como IP, tendra que tomar medidas para conectarse con todos los tipos de medios que pudieran existir a lo largo de la ruta de envo. Ms an, IP debera adaptarse cada vez que se desarrolle una nueva tecnologa de red o medio. Este proceso dificultara la innovacin y desarrollo de protocolos y medios de red. ste es un motivo clave para usar un mtodo en capas en interconexin de redes.

El rango de los servicios de la capa de enlace de datos tiene que incluir todos los tipos de medios actualmente utilizados y los mtodos para acceder a ellos. Debido a la cantidad de servicios de comunicacin provistos por la capa de enlace de datos, es difcil generalizar su papel y proporcionar ejemplos de un conjunto de servicios genricos. Por ese motivo, tenga en cuenta que cualquier protocolo dado puede o no admitir todos estos servicios de la capa de enlace de datos.

7.1.2 Capa de enlace de datos: control de la transferencia a traves de medios locales.

Los protocolos de la Capa 2 especifican la encapsulacin de un paquete en una trama y las tcnicas para colocar y sacar el paquete encapsulado de cada medio. La tcnica utilizada para colocar y sacar la trama de los medios se llama mtodo de control de acceso al medio. Para que los datos se transfieran a lo largo de una cantidad de medios diferentes, puede que se requieran diferentes mtodos de control de acceso a los medios durante el curso de una nica comunicacin.

Cada entorno de red que los paquetes encuentran cuando viajan desde un host local hasta un host remoto puede tener caractersticas diferentes. Por ejemplo: un entorno de red puede componerse de muchos hosts disputando el acceso a un medio de red de forma ad hoc. Otro entorno puede componerse de una conexin directa entre slo dos dispositivos sobre los cuales fluyen los datos de manera secuencial como bits de manera ordenada.

Los mtodos de control de acceso a los medios que se describen en los protocolos de capa de enlace de datos definen los procesos por los cuales los dispositivos de red pueden acceder a los medios de red y transmitir tramas en diferentes entornos de red.

Un nodo que es un dispositivo final utiliza un adaptador para hacer la conexin a la red. Por ejemplo: para conectarse a una LAN, el dispositivo usara la tarjeta de interfaz de red (NIC) para conectarse a los medios LAN. El adaptador administra la trama y el control de acceso a los medios (MAC).

En dispositivos intermediarios, como un router donde los tipos de medios pueden cambiar para cada red conectada, se utilizan diferentes interfaces fsicas en el router para encapsular el paquete en la trama apropiada y se utiliza un mtodo de control de acceso a los medios adecuado para acceder a cada enlace. El router de la figura tiene una interfaz Ethernet para conectarse a la LAN y una interfaz serial para conectarse a la WAN. A medida que el router procesa tramas, utilizar los servicios de la capa de enlace de datos para recibir la trama desde un medio, desencapsularlo en la PDU de la Capa 3, reencapsular la PDU en una trama nueva y colocar la trama en el medio del siguiente enlace de la red.

7.1.3 Capa de enlace de datos: creacion de una trama.

La descripcin de una trama es un elemento clave de cada protocolo de capa de enlace de datos. Los protocolos de capa de enlace de datos requieren informacin de control para permitir que los protocolos funcionen. La informacin de control puede indicar:-Qu nodos estn en comunicacin entre s-Cundo comienza y cundo termina la comunicacin entre nodos individuales-Qu errores se producen mientras se comunican los nodos-Qu nodos se comunicarn despus

La capa de enlace de datos prepara los paquetes para su transporte a travs de los medios locales encapsulndolos con un encabezado y un triler para crear una trama.

A diferencia de otras PDU que han sido analizadas en este curso, la trama de la capa de enlace de datos incluye:-Datos: el paquete desde la capa de red-Encabezado: contiene informacin de control, como direccionamiento, y est ubicado al comienzo de la PDU-Triler: contiene informacin de control agregada al final de la PDU

Formateo de datos para la transmisin

Cuando los datos viajan por los medios, se convierten en un stream de bits o en nmeros 1 y 0. Si un nodo est recibiendo streams de bits largos cmo determina dnde comienza y termina la trama o qu bits representan una direccin?

El tramado rompe el stream en agrupaciones descifrables, con la informacin de control insertada en el encabezado y el triler como valores en campos diferentes. Este formato brinda a las seales fsicas una estructura que pueden recibir los nodos y que se puede decodificar en paquetes en el destino.

Los tipos de campos comunes incluyen:-Campos indicadores de arranque y detencin: los lmites de comienzo y finalizacin de la trama-Nombrar o direccionar campos-Campo Tipo: el tipo de PDU que contiene la trama-Control: servicios de control de flujo-Un campo de datos: el contenido de las tramas (paquete de capa de red)

Campos en el extremo de la trama desde el triler. Estos campos se utilizan para la deteccin de errores y marcan el final de la trama.

No todos los protocolos incluyen todos estos campos. Los estndares para un protocolo de enlace de datos definen el formato real de la trama. Los ejemplos de formatos de tramas se analizarn al final de este captulo.

7.1.4 Capa de enlace de datos: conexion de servicios de capa superior a los medios.

La capa de enlace de datos existe como una capa de conexin entre los procesos de software de las capas por encima de ella y de la capa fsica debajo de ella. Como tal, prepara los paquetes de capa de red para la transmisin a travs de alguna forma de medio, ya sea cobre, fibra o entornos o medios inalmbricos.

En muchos casos, la capa de enlace de datos est incorporada como una entidad fsica, tal como una tarjeta de interfaz de red (NIC) de Ethernet, que se inserta dentro del bus del sistema de una computadora y realiza la conexin entre los procesos de software que se ejecutan en la computadora y en los medios fsicos. Sin embargo, la NIC no es solamente una entidad fsica. El software asociado con la NIC permite que sta realice sus funciones de intermediara preparando los datos para la transmisin y codificndolos como seales que se envan en los medios asociados.

Subcapas de enlace de datos

Para dar soporte a una gran variedad de funciones de red, la capa de enlace de datos a menudo se divide en dos subcapas: una subcapa superior y una subcapa inferior.La subcapa superior define los procesos de software que proporcionan servicios a los protocolos de capa de red.La subcapa inferior define los procesos de acceso a los medios que realiza el hardware.

Separar la capa de enlace de datos en subcapas permite a un tipo de trama definida por la capa superior acceder a diferentes tipos de medios definidos por la capa inferior. Tal es el caso en muchas tecnologas LAN, incluida Ethernet.

Las dos subcapas comunes de LAN son:

Control de enlace lgico

El control de enlace lgico (LLC) coloca informacin en la trama que identifica qu protocolo de capa de red est usando la trama. Esta informacin permite que varios protocolos de la Capa 3, tales como IP e IPX, utilicen la misma interfaz de red y los mismos medios.

Control de acceso al medio

El control de acceso a los medios (MAC) proporciona a la capa de enlace de datos el direccionamiento y la delimitacin de datos de acuerdo con los requisitos de sealizacin fsica del medio y al tipo de protocolo de capa de enlace de datos en uso.

7.1.5 Capa de enlace de datos: estandares.

A diferencia de los protocolos de las capas superiores del conjunto de aplicaciones TCP/IP, los protocolos de capa de enlace de datos generalmente no estn definidos por la solicitud de comentarios (RFC). A pesar de que el Grupo de trabajo de ingeniera de Internet (IETF) mantiene los protocolos y servicios funcionales para la suite de protocolos TCP/IP en las capas superiores, la IETF no define las funciones ni la operacin de esa capa de acceso a la red del modelo. La capa de acceso de red TCP/IP es el equivalente de las capas de enlace de datos OSI y la fsica. Estas dos capas se vern en captulos separados para un anlisis ms detallado.

Los protocolos y servicios funcionales en la capa de enlace de datos son descritos por organizaciones de ingeniera (como IEEE, ANSI e ITU) y compaas de comunicaciones. Las organizaciones de ingeniera establecen estndares y protocolos pblicos y abiertos. Las compaas de comunicaciones pueden establecer y utilizar protocolos propios para aprovechar los nuevos avances en tecnologa o las oportunidades del mercado.

Los servicios y las especificaciones de la capa de enlace de datos se definen mediante varios estndares basados en una variedad de tecnologas y medios a los cuales se aplican los protocolos. Algunos de estos estndares integran los servicios de la Capa 2 y la Capa 1.

Las organizaciones de ingeniera que definen estndares y protocolos abiertos que se aplican a la capa de enlace de datos incluyen:-Organizacin Internacional para la Estandarizacin (ISO)-Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos (IEEE)-Instituto Nacional Estadounidense de Estndares (ANSI)-Unin Internacional de Telecomunicaciones (ITU)

A diferencia de los protocolos de la capa superior que estn implementados principalmente en el software, como el sistema operativo de host o en aplicaciones especficas, los procesos de la capa de enlace de datos se producen tanto en el software como en el hardware. Los protocolos en esta capa se implementan dentro de la electrnica de los adaptadores de red con los que el dispositivo se conecta a la red fsica.

Por ejemplo, un dispositivo que implementa la capa de enlace de datos en una computadora sera la tarjeta de interfaz de red (NIC). En una computadora porttil, se utiliza comnmente un adaptador PCMCIA inalmbrico. Cada uno de estos adaptadores es el hardware que cumple con los estndares y protocolos de la Capa 2.7.2 Tecnicas de control de acceso al medio.7.2.1 Colocar tramas en los medios.

La regulacin de la colocacin de tramas de datos en los medios es conocida como control de acceso al medio. Entre las diferentes implementaciones de los protocolos de la capa de enlace de datos, hay diferentes mtodos de control de acceso a los medios. Estas tcnicas de control de acceso a los medios definen si los nodos comparten los medios y de qu manera lo hacen.

El control de acceso a los medios es el equivalente a las reglas de trfico que regulan la entrada de vehculos a una autopista. La ausencia de un control de acceso a los medios sera el equivalente a vehculos que ignoran el resto del trfico e ingresan al camino sin tener en cuenta a los otros vehculos.

Sin embargo, no todos los caminos y entradas son iguales. El trfico puede ingresar a un camino confluyendo, esperando su turno en una seal de parada o respetando el semforo. Un conductor sigue un conjunto de reglas diferente para cada tipo de entrada.

De la misma manera, hay diferentes formas de regular la colocacin de tramas en los medios. Los protocolos en la capa de enlace de datos definen las reglas de acceso a los diferentes medios. Algunos mtodos de control de acceso al medio utilizan procesos altamente controlados para asegurar que las tramas se coloquen con seguridad en los medios. Estos mtodos se definen mediante protocolos sofisticados que requieren mecanismos que introducen sobrecargas a la red.

El mtodo de control de acceso a los medios que se utiliza depende de:-Compartir medios: definir si los nodos comparten los medios y cmo lo hacen-Topologa: cmo se muestra la conexin entre los nodos a la capa de enlace de datos7.2.2 Control de acceso al medio para medios compartidos.

Algunas topologas de la red comparten un medio comn con varios nodos. En cualquier momento puede haber una cantidad de dispositivos que intentan enviar y recibir datos utilizando los medios de red. Hay reglas que rigen cmo esos dispositivos comparten los medios.

Hay dos mtodos bsicos de control de acceso para medios compartidos:-Controlado: cada nodo tiene su propio tiempo para utilizar el medio-Con base en la contencin: todos los nodos compiten por el uso del medio

Acceso controlado para medios compartidos

Al utilizar el mtodo de acceso controlado, los dispositivos de red toman turnos en secuencia para acceder al medio. A este mtodo tambin se le conoce como acceso programado o determinista. Si un dispositivo no necesita acceder al medio, la oportunidad de utilizar el medio pasa al siguiente dispositivo en lnea. Cuando un dispositivo coloca una trama en los medios, ningn otro dispositivo puede hacerlo hasta que la trama haya llegado al destino y haya sido procesada por el destino.

Aunque el acceso controlado est bien ordenado y proporciona rendimiento predecible, los mtodos deterministas pueden ser ineficientes porque un dispositivo tiene que esperar su turno antes de poder utilizar el medio.

Acceso por contencin para medios compartidos

Estos mtodos por contencin, tambin llamados no deterministas, permiten que cualquier dispositivo intente acceder al medio siempre que haya datos para enviar. Para evitar caos completo en los medios, estos mtodos usan un proceso de Acceso mltiple por deteccin de portadora (CSMA) para detectar primero si los medios estn transportando una seal. Si se detecta una seal portadora en el medio desde otro nodo, quiere decir que otro dispositivo est transmitiendo. Cuando un dispositivo est intentando transmitir y nota que el medio est ocupado, esperar e intentar despus de un perodo de tiempo corto. Si no se detecta una seal portadora, el dispositivo transmite sus datos. Las redes Ethernet e inalmbricas utilizan control de acceso al medio por contencin.

Es posible que el proceso CSMA falle y que dos dispositivos transmitan al mismo tiempo. A esto se le denomina colisin de datos. Si esto ocurre, los datos enviados por ambos dispositivos se daarn y debern enviarse nuevamente.

Los mtodos de control de acceso a los medios por contencin no tienen la sobrecarga de los mtodos de acceso controlado. No se requiere un mecanismo para analizar quin posee el turno para acceder al medio. Sin embargo, los sistemas por contencin no escalan bien bajo un uso intensivo de los medios. A medida que el uso y el nmero de nodos aumenta, la probabilidad de acceder a los medios con xito sin una colisin disminuye. Adems, los mecanismos de recuperacin que se requieren para corregir errores por esas colisiones disminuyen an ms el rendimiento.

Generalmente se implementa CSMA junto con un mtodo para resolver la contencin del medio. Los dos mtodos comnmente utilizados son:

CSMA/Deteccin de colisin

Con el mtodo CSMA/Deteccin de colisin (CSMA/CD), el dispositivo controla los medios para detectar la presencia de una seal de datos. Si no hay una seal de datos, que indica que el medio est libre, el dispositivo transmite los datos. Si luego se detectan seales que muestran que otro dispositivo estaba transmitiendo al mismo tiempo, todos los dispositivos dejan de enviar e intentan despus. Las formas tradicionales de Ethernet utilizan este mtodo.

CSMA/Prevencin de colisiones

Con el mtodo CSMA/Prevencin de colisiones (CSMA/CA), el dispositivo analiza los medios para detectar la presencia de una seal de datos. Si el medio est libre, el dispositivo enva una notificacin a travs del medio, sobre su intencin de utilizarlo. El dispositivo luego enva los datos. Este mtodo es utilizado por las tecnologas de redes inalmbricas 802.11.7.2.3 Control de acceso al medio para medios no compartidos.

Los protocolos de control de acceso para medios no compartidos requieren poco o ningn control antes de colocar tramas en los medios. Estos protocolos tienen reglas y procedimientos ms simples para el control de acceso al medio. Tal es el caso de las topologas punto a punto.

En las topologas punto a punto, los medios interconectan slo dos nodos. En esta configuracin, los nodos no necesitan compartir los medios con otros hosts ni determinar si una trama est destinada para ese nodo. Por lo tanto, los protocolos de capa de enlace de datos hacen poco para controlar el acceso a medios no compartidos.

Full Duplex y Half Duplex

En conexiones punto a punto, la capa de enlace de datos tiene que considerar si la comunicacin es half-duplex o full-duplex.

Haga clic en las pestaas de la figura para ver las diferencias entre los dos mtodos.

Comunicacin half-duplex quiere decir que los dispositivos pueden transmitir y recibir en los medios, pero no pueden hacerlo simultneamente. Ethernet ha establecido reglas de arbitraje para resolver conflictos que surgen de instancias donde ms de una estacin intenta transmitir al mismo tiempo.

En la comunicacin full-duplex, los dos dispositivos pueden transmitir y recibir en los medios al mismo tiempo. La capa de enlace de datos supone que los medios estn disponibles para transmitir para ambos nodos en cualquier momento. Por lo tanto, no hay necesidad de arbitraje de medios en la capa de enlace de datos.

Los detalles de una tcnica de control de acceso a los medios especfica que slo pueden examinarse estudiando un protocolo especfico. Dentro de este curso, estudiaremos Ethernet tradicional, que utiliza CSMA/CD. Otras tcnicas se abarcarn en cursos posteriores.7.2.4 Comparacion entre la topologia logica y la topologia fisica.

La topologa de una red es la configuracin o relacin de los dispositivos de red y de las interconexiones entre ellos. Las topologas de red pueden verse en el nivel fsico y en el nivel lgico.

La topologa fsica es una configuracin de nodos y las conexiones fsicas entre ellos. La representacin de cmo se usan los medios para interconectar los dispositivos es la topologa fsica. Esto se abarcar en captulos posteriores de este curso.

Una topologa lgica es la forma en que una red transfiere tramas de un nodo al siguiente. Esta configuracin consiste en conexiones virtuales entre los nodos de una red independiente de su distribucin fsica. Los protocolos de capa de enlace de datos definen estas rutas de seales lgicas. La capa de enlace de datos "ve" la topologa lgica de una red al controlar el acceso de datos a los medios. Es la topologa lgica la que influye en el tipo de trama de red y control de acceso a los medios que se utilizan.

La topologa fsica o cableada de una red probablemente no sea la misma que la topologa lgica.

La topologa lgica de una red est estrechamente relacionada con el mecanismo que se utiliza para administrar el acceso a la red. Los mtodos de acceso proporcionan los procedimientos para administrar el acceso a la red para que todas las estaciones tengan acceso. Cuando varias entidades comparten los mismos medios, deben estar instalados algunos mecanismos para controlar el acceso. Los mtodos de acceso son aplicados a las redes para regular este acceso a los medios. Los mtodos de acceso se analizarn con ms detalle ms adelante.

Las topologas lgica y fsica generalmente utilizadas en redes son:-Punto a Punto-Acceso mltiple-Anillo

Las implementaciones lgicas de estas topologas y sus mtodos asociados de control de acceso al medio se tratan en las siguientes secciones.7.2.5 Topologia punto a punto.

Una topologa punto a punto conecta dos nodos directamente entre s, como se muestra en la figura. En redes de datos con topologas punto a punto, el protocolo de control de acceso al medio puede ser muy simple. Todas las tramas en los medios slo pueden viajar a los dos nodos o desde stos. El nodo en un extremo coloca las tramas en los medios y el nodo en el otro extremo las saca de los medios del circuito punto a punto.

En las redes punto a punto, si los datos slo pueden circular en una direccin a la vez, est funcionando como un enlace half-duplex. Si los datos pueden circular exitosamente a lo largo del enlace desde cada nodo simultneamente, es un enlace full-duplex.

Los protocolos de capa de enlace de datos podran proporcionar procesos ms sofisticados de control de acceso a los medios para las topologas lgicas punto a punto, pero esto agregara una sobrecarga innecesaria al protocolo.

Redes punto a punto lgicas

Los nodos de los extremos que se comunican en una red punto a punto pueden estar conectados fsicamente a travs de una cantidad de dispositivos intermediarios. Sin embargo, el uso de dispositivos fsicos en la red no afecta la topologa lgica. Como se muestra en la figura, los nodos de origen y destino pueden estar conectados indirectamente entre s a travs de una distancia geogrfica. En algunos casos, la conexin lgica entre nodos forma lo que se llama un circuito virtual. Un circuito virtual es una conexin lgica creada dentro de una red entre dos dispositivos de red. Los dos nodos en cada extremo del circuito virtual intercambian las tramas entre s. Esto ocurre incluso si las tramas estn dirigidas a travs de dispositivos intermediarios. Los circuitos virtuales son construcciones de comunicacin lgicas utilizadas por algunas tecnologas de la Capa 2.

El mtodo de acceso a los medios que utiliza el protocolo de enlace de datos se determina con la topologa lgica punto a punto, no con la topologa fsica. Esto significa que la conexin lgica de punto a punto entre dos nodos puede no ser necesariamente entre dos nodos fsicos en cada extremo de un enlace fsico nico.7.2.6 Topologia multiacceso.Una topologa lgica de acceso mltiple permite a una cantidad de nodos comunicarse con los mismos medios compartidos. Los datos desde un slo nodo pueden colocarse en el medio en cualquier momento. Cada nodo ve todas las tramas que se encuentran en el medio, pero solamente el nodo al cual se dirige la trama procesa sus contenidos.

Muchos nodos que compartan el acceso a los medios requieren un mtodo de enlace de datos que regule la transmisin de los mismos y, por consiguiente, que reduzca las colisiones entre las distintas seales.

Los mtodos de control de acceso a los medios que utilizan las topologas lgicas de acceso mltiple son generalmente CSMA/CD o CSMA/CA. No obstante, tambin se pueden utilizar mtodos de paso de tokens.

Para este tipo de topologa lgica se encuentran disponibles varias tcnicas de control de acceso a los medios. El protocolo de capa de enlace de datos especifica el mtodo de control de acceso al medio que proporcionar el balance apropiado entre el control de trama, la proteccin de trama y la sobrecarga de red.7.2.7 Topologia de anillo

En una topologa lgica de anillo, cada nodo recibe eventualmente una trama. Si la trama no est direccionada al nodo, el nodo pasa la trama al nodo siguiente. Esto permite que un anillo utilice una tcnica de control de acceso a los medios controlado que se denomina paso de tokens.

Los nodos en una topologa lgica de anillo retiran la trama del anillo, examinan la direccin y la envan si no est dirigida para ese nodo. En un anillo, todos los nodos alrededor del mismo entre el nodo de origen y de destino examinan la trama.

Existen mltiples tcnicas de control de acceso a los medios que podran usarse con un anillo lgico, segn el nivel de control requerido. Por ejemplo: slo una trama a la vez es generalmente transportada por el medio. Si no se estn transmitiendo datos, se colocar una seal (conocida como token) en el medio y un nodo slo puede colocar una trama de datos en el medio cuando tiene el token.

Recuerde que la capa de enlace de datos "ve" una topologa lgica de anillo. La topologa del cableado fsico real puede ser otra topologa.7.3 Direccionamiento del control de acceso a los medios y al tramado de datos.7.3.1 Protocolo de capa de enlace de datos: la trama.

Recuerde que a pesar de que hay muchos protocolos de capa de enlace de datos diferentes que describen las tramas de la capa de enlace de datos, cada tipo de trama tiene tres partes bsicas:-Encabezado-Datos-Triler

Todos los protocolos de capa de enlace de datos encapsulan la PDU de la Capa 3 dentro del campo de datos de la trama. Sin embargo, la estructura de la trama y los campos contenidos en el encabezado y triler varan de acuerdo con el protocolo.

El protocolo de capa de enlace de datos describe las caractersticas requeridas para el transporte de paquetes a travs de diferentes medios. Estas caractersticas del protocolo estn integradas en la encapsulacin de la trama. Cuando la trama llega a su destino y el protocolo de capa de enlace de datos saca la trama del medio, la informacin de tramado es leda y descartada.

No hay una estructura de trama que cumpla con las necesidades de todos los transportes de datos a travs de todos los tipos de medios. Como se muestra en la figura, segn el entorno, la cantidad de informacin de control que se necesita en la trama vara para coincidir con los requisitos de control de acceso a los medios de los mismos y de la topologa lgica.7.3.2 Tramado: funcion del encabezado.

Como se muestra en la figura, el encabezado de trama contiene la informacin de control que especifica el protocolo de capa de enlace de datos para la topologa lgica especfica y los medios en uso.

La informacin de control de trama es nica para cada tipo de protocolo. Es utilizada por el protocolo de la Capa 2 para proporcionar las caractersticas demandadas por el entorno de comunicacin.

Los campos tpicos del encabezado de trama incluyen:-Campo Inicio de trama: indica el comienzo de la trama-Campos Direccin de origen y de destino: indica los nodos de origen y destino en los medios-Campo Prioridad/Calidad de servicio: indica un tipo particular de servicio de comunicacin para el procesamiento-Campo Tipo: indica el servicio de la capa superior que se incluye en la trama-Campo Control de conexin lgica: se utiliza para establecer la conexin lgica entre nodos-Campo Control de enlace fsico: se utiliza para establecer el enlace a los medios-Campo Control de flujo: se utiliza para iniciar y detener el trfico a travs de los medios-Campo Control de congestin: indica la congestin en los medios

Los nombres de los campos mencionados son campos no especficos que se enumeran como ejemplos. Diferentes protocolos de capa de enlace de datos pueden utilizar diferentes campos de los mencionados. Debido a que los fines y funciones de los protocolos de capa de enlace de datos estn relacionados a las topologas especficas y a los medios, cada protocolo debe examinarse para tener una comprensin detallada de su estructura de trama. Debido a que en este curso se analizan los protocolos, se explica ms informacin acerca de la estructura de la trama.7.3.3 Direccionamiento: hacia donde se dirige la trama.

La capa de enlace de datos proporciona direccionamiento que se utiliza para transportar la trama a travs de los medios locales compartidos. Las direcciones de dispositivo en esta capa se llaman direcciones fsicas. El direccionamiento de la capa de enlace de datos est contenido en el encabezado de la trama y especifica el nodo de destino de la trama en la red local. El encabezado de la trama tambin puede contener la direccin de origen de la trama.

A diferencia de las direcciones lgicas de la Capa 3 que son jerrquicas, las direcciones fsicas no indican en qu red est ubicado el dispositivo. Si el dispositivo se traslada a otra red o subred, sigue funcionando con la misma direccin fsica de la Capa 2.

Debido a que la trama slo se utiliza para transportar datos entre nodos a travs del medio local, la direccin de la capa de enlace de datos slo se utiliza para entregas locales. Las direcciones en esta capa no tienen significado ms all de la red local. Compare esto con la Capa 3, en donde las direcciones en el encabezado del paquete pasan del host de origen al host de destino sin tener en cuenta la cantidad de saltos de redes a lo largo de la ruta.

Si el paquete en la trama debe pasar a otro segmento de la red, el dispositivo intermediario (un router) desencapsula la trama original, crea una nueva trama para el paquete y la envia al nuevo segmento. La nueva trama usa el direccionamiento de origen y de destino segn sea necesario para transportar el paquete a travs del nuevo medio.

Requisitos de direccionamiento

La necesidad de direccionamiento de la capa de enlace de datos en esta capa depende de la topologa lgica.

Las topologas punto a punto, con slo dos nodos interconectados, no requieren direccionamiento. Una vez en el medio, la trama slo tiene un lugar al cual puede ir.

Debido a que las topologas de anillo y de acceso mltiple pueden conectar muchos nodos en un medio comn, se requiere direccionamiento para esas tipologas. Cuando una trama alcanza cada nodo en la topologa, el nodo examina la direccin de destino en el encabezado para determinar si es el destino de la trama.7.3.4 Tramado: funcion del trailer.

Los protocolos de capa de enlace de datos agregan un triler en el extremo de cada trama. El triler se utiliza para determinar si la trama lleg sin errores. Este proceso se denomina deteccin de errores. Observe que es diferente de la correccin de errores. La deteccin de errores se logra al colocar un resumen lgico o matemtico de los bits que comprenden la trama en el triler.

Secuencia de verificacin de trama

El campo Secuencia de verificacin de trama (FCS) se utiliza para determinar si se produjeron errores de transmisin y recepcin de la trama. La deteccin de errores se agrega a la capa de enlace de datos porque es ah donde se transfieren los datos a travs de los medios. Los medios son un entorno potencialmente inseguro para los datos. Las seales en los medios pueden estar sujetas a interferencia, distorsin o prdida que podra cambiar sustancialmente los valores de los bits que dichas seales representan. El mecanismo de deteccin de errores proporcionado por el uso del campo FCS descubre la mayora de los errores provocados en los medios.

Para asegurarse que el contenido de la trama recibida en el destino coincida con el de la trama que sali del nodo de origen, un nodo de transmisin crea un resumen lgico del contenido de la trama. Esto se conoce como valor de comprobacin de redundancia cclica (CRC). Este valor se coloca en el campo Secuencia de verificacin de la trama (FCS) para representar el contenido de la trama.

Cuando la trama llega al nodo de destino, el nodo receptor calcula su propio resumen lgico, o CRC, de la trama. El nodo receptor compara los dos valores CRC. Si los dos valores son iguales, se considera que la trama lleg como se transmiti. Si el valor CRC en el FCS difiere del CRC calculado en el nodo receptor, la trama se descarta.

Existe siempre la pequea posibilidad de que una trama con un buen resultado de CRC est realmente daada. Los errores en los bits se pueden cancelar entre s cuando se calcula el CRC. Los protocolos de capa superior entonces deberan detectar y corregir esta prdida de datos.

El protocolo que se utiliza en la capa de enlace de datos determina si se realiza la correccin del error. La FCS se utiliza para detectar el error, pero no todos los protocolos admiten su correccin.7.3.5 Protocolos de capa de enlace de datos: La trama.

En una red TCP/IP, todos los protocolos de la Capa 2 del modelo OSI trabajan con el Protocolo de Internet en la Capa 3 del modelo de OSI. Sin embargo, el protocolo de la Capa 2 real en uso depende de la topologa lgica de la red y de la implementacin de la capa fsica. Debido al amplio rango de medios fsicos utilizados a travs de un rango de topologas en interconexin de redes, hay una gran cantidad correspondiente de protocolos de la Capa 2 en uso.

Los protocolos que se cubrirn en los cursos CCNA incluyen:-Ethernet-Protocolo punto a punto (PPP)-Control de enlace de datos de alto nivel (HDLC)-Frame Relay-Modo de transferencia asncrona (ATM)

Cada protocolo realiza el control de acceso a los medios para las topologas lgicas de Capa 2 que se especifican. Esto significa que una cantidad de diferentes dispositivos de red puede actuar como nodos que operan en la capa de enlace de datos al implementar estos protocolos. Estos dispositivos incluyen el adaptador de red o tarjetas de interfaz de red (NIC) en computadoras, as como las interfaces en routers y en switches de la Capa 2.

El protocolo de la Capa 2 que se utiliza para una topologa de red particular est determinado por la tecnologa utilizada para implementar esa topologa. La tecnologa es, a su vez, determinada por el tamao de la red, en trminos de cantidad de hosts y alcance geogrfico y los servicios que se proveern a travs de la red.

Tecnologa LAN

Una Red de rea local generalmente utiliza una tecnologa de ancho de banda alto que es capaz de admitir una gran cantidad de hosts. El rea geogrfica relativamente pequea de una LAN (un nico edificio o un campus de varios edificios) y su alta densidad de usuarios hacen que esta tecnologa sea rentable.

Tecnologa WAN

Sin embargo, utilizar una tecnologa de ancho de banda alto no es generalmente rentable para redes de rea extensa que cubren grandes reas geogrficas (varias ciudades, por ejemplo). El costo de los enlaces fsicos de larga distancia y la tecnologa utilizada para transportar las seales a travs de esas distancias, generalmente, ocasiona una menor capacidad de ancho de banda.

La diferencia de ancho de banda normalmente produce el uso de diferentes protocolos para las LAN y las WAN.

Protocolo Ethernet para LAN

Ethernet es una familia de tecnologas de networking que se define en los estndares IEEE 802.2 y 802.3. Los estndares de Ethernet definen los protocolos de la Capa 2 y las tecnologas de la Capa 1. Ethernet es la tecnologa LAN ms ampliamente utilizada y soporta anchos de banda de datos de 10, 100, 1000, o 10 000 Mbps.

El formato bsico de la trama y las subcapas IEEE de las Capas OSI 1 y 2 siguen siendo los mismos para todas las formas de Ethernet. Sin embargo, los mtodos para detectar y colocar en los medios varan con las diferentes implementaciones.

Ethernet proporciona servicio sin conexin y sin reconocimiento sobre un medio compartido mediante CSMA/CD como mtodos de acceso a los medios. El medio compartido requiere que el encabezado de la trama de Ethernet utilice la direccin de la capa de enlace de datos para identificar los nodos de origen y de destino. Como con la mayora de los protocolos LAN, esta direccin se llama direccin MAC del nodo. Una direccin MAC de Ethernet es de 48 bits y generalmente se representa en formato hexadecimal.

La trama de Ethernet tiene muchos campos, como se muestra en la figura. En la capa de enlace de datos, la estructura de trama es casi idntica para todas las velocidades de Ethernet. Sin embargo, en la capa fsica, las diferentes versiones de Ethernet colocan los bits sobre el medio de forma diferente.

Ethernet II es el formato de trama de Ethernet que se utiliza en las redes TCP/IP.

Ethernet es una parte tan importante en el networking de datos que hemos dedicado un captulo a ella. Tambin la utilizamos en ejemplos a lo largo de esta serie de cursos.

Protocolo punto a punto para WAN

El protocolo punto a punto (PPP) es un protocolo que se utiliza para entregar tramas entre dos nodos. A diferencia de muchos protocolos de capa de enlace de datos, definidos por las organizaciones de ingeniera elctrica, el estndar PPP est definida por RFC. PPP fue desarrollado como un protocolo WAN y sigue siendo el protocolo elegido para implementar muchas WAN serie. PPP se puede utilizar en diversos medios fsicos, lo que incluye cable de par trenzado, lneas de fibra ptica o transmisin satelital.

PPP utiliza una arquitectura en capas. Para incluir a los diferentes tipos de medios, PPP establece conexiones lgicas, llamadas sesiones, entre dos nodos. La sesin PPP oculta el medio fsico subyacente del protocolo PPP superior. Estas sesiones tambin proporcionan a PPP un mtodo para encapsular varios protocolos sobre un enlace punto a punto. Cada protocolo encapsulado en el enlace establece su propia sesin PPP.

PPP tambin permite que dos nodos negocien opciones dentro de la sesin PPP. Esto incluye la autenticacin, compresin y multienlace (el uso de varias conexiones fsicas).

Protocolo inalmbrico para LAN

802.11 es una extensin de los estndares IEEE 802. Utiliza el mismo 802.2 LLC y esquema de direccionamiento de 48 bits como otras LAN 802. Sin embargo, hay muchas diferencias en la subcapa MAC y en la capa fsica. En un entorno inalmbrico, el entorno requiere consideraciones especiales. No hay una conectividad fsica definible; por lo tanto, factores externos pueden interferir con la transferencia de datos y es difcil controlar el acceso. Para vencer estos desafos, los estndares inalmbricos tienen controles adicionales.

El estndar IEEE 802.11, comnmente denominado Wi-Fi, es un sistema por contencin que utiliza un proceso de acceso a los medios de Acceso mltiple con deteccin de portadora y prevencin de colisiones (CSMA/CA). CSMA/CA especifica un procedimiento postergacin aleatoria para todos los nodos que estn esperando transmitir. La oportunidad ms probable para la contencin de medio es el momento en que el medio est disponible. Hacer el back off de los nodos para un perodo aleatorio reduce en gran medida la probabilidad de colisin.

Las redes 802.11 tambin utilizan el acuse de recibo de enlace de datos para confirmar que una trama se recibi con xito. Si la estacin transmisora no detecta la trama de reconocimiento, ya sea porque la trama de datos original o el reconocimiento no se recibieron intactos, se retransmite la trama. Este reconocimiento explcito supera la interferencia y otros problemas relacionados con la radio.

Otros servicios admitidos por 802.11 son la autenticacin, la asociacin (conectividad a un dispositivo inalmbrico) y la privacidad (encriptacin).

Se muestra una trama 802.11 en la figura. Contiene estos campos:

Campo Versin del protocolo: la versin de la trama 802.11 en uso

Campos Tipo y Subtipo: identifica una de las tres funciones y subfunciones de la trama: control, datos y administracin

Campo A DS: se establece en 1 para las tramas de datos destinadas al sistema de distribucin (dispositivos en la estructura inalmbrica)

Campo Desde DS:se establece en 1 para las tramas de datos que salen del sistema de distribucin

Campo Ms fragmentos: se establece en 1 para las tramas que tienen otro fragmento

Campo Reintentar: se establece en 1 si la trama es una retransmisin de una trama anterior

Campo Administracin de energa: se establece en 1 para indicar que un nodo est en el modo ahorro de energa

Campo Ms datos:se establece en 1 para indicar a un nodo en el modo ahorro de energa que en la memoria del bfer de ese nodo se guardan ms tramas

Campo Privacidad equivalente por cable (WEP): se establece en 1 si la trama contiene informacin encriptada WEP para seguridad

Campo Orden:se establece en 1 en una trama de tipo datos que utiliza la clase de servicio Estrictamente ordenada (no requiere reordenamiento)

Campo Duracin/ID:segn el tipo de trama, representa el tiempo que se requiere en microsegundos para transmitir la trama o una identidad de asociacin (AID) para la estacin que transmiti la trama

Campo Direccin de destino (DA):la direccin MAC del nodo de destino final en la red

Campo Direccin de origen (SA): la direccin MAC del nodo que inici la trama

Campo Direccin del receptor (RA):la direccin MAC que identifica al dispositivo inalmbrico que es el receptor inmediato de la trama

Campo Direccin del transmisor (TA):la direccin MAC que identifica al dispositivo inalmbrico que transmiti la trama

Campo Nmero de secuencia:indica el nmero de secuencia asignado a la trama. Las tramas retransmitidas se identifican con nmeros de secuencia duplicados

Campo Nmero de fragmento:indica el nmero de cada fragmento de la trama

Campo Cuerpo de la trama:contiene la informacin que se est transportando; para tramas de datos, generalmente se trata de un paquete IP

Campo FCS: contiene una comprobacin de redundancia cclica (CRC) de 32 bits de la trama

2