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Tema 4A. Nivel Enlace
Planificacin y Administracin de Redes
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ndice
Introduccin Conceptos generales
Estndares
Dispositivos
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Introduccin
La capa de enlace de datos se sita en el nivel 2 delmodelo OSI.
La principal funcin de la capa de enlace es establecer una lnea
de comunicacin libre de errores que pueda ser utilizada por la
capa inmediatamente superior (la capa de red).
Como el nivel fsico opera con bits, la capa de enlace
tiene que montar bloques de informacin (llamados
tramas en esta capa), dotarles de una direccin de capa
de enlace (Direccin MAC), gestionar la deteccin ocorreccin de errores, y ocuparse del control de flujo
entre equipos (para evitar que un equipo ms rpido
desborde a uno ms lento).
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Introduccin
En redes Ethernet estacapa se subdivide en dos
subcapas:
Subcapa de enlace
lgico(LLC
Logical Link
Control)
Subcapa de acceso al
medio (MAC - Medium
Access Control)
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Subcapas del nivel de enlace
La subcapa de enlace lgico se recoge en la normaIEEE 802.2 y es comn para todos los dems tipos de
redes (Ethernet o IEEE 802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE
802.16 o WiMAX, etc.).
Todas ellas especifican: una subcapa de acceso al medio ascomo una capa fsica distinta.
La subcapa de control de acceso al medio es la
encargada de arbitrar el uso del medio de
comunicacin cuando este est compartido entre ms dedos equipos como suele ser habitual en muchas LAN.
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Conceptos generales
En la prctica, la subcapa de acceso al medio suele formarparte de la propia tarjeta de comunicaciones, mientrasque la subcapa de enlace lgico estara en el programaadaptador de la tarjeta (controlador o driveren ingls).
El nivel de enlace se ocupa (adems de la formacin de
tramas) de: El tratamiento de los errores que se produzcan en la recepcin
de las tramas,
De eliminar tramas errneas
Solicitar retransmisiones Descartar tramas duplicadas
Adecuar el flujo de datos entre emisores rpidos y receptoreslentos, etc
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Protocolos de Nivel Enlace
Algunos protocolos y estndares que regulan aspectos dela capa de enlace
Parte de la especificacin de los protocolos Ethernet y
del estndar IEEE 802.3.
Parte de la especificacin de la familia de estndares IEEE802.11, para redes sin hilos.
Point to point protocol (PPP).
Parte de la especificacin de tecnologas de enlace para
WAN como HDLC, X.25, ATM, Frame Relay o xDSL.
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Funcionalidad de la capa enlace
La capa de enlace se encarga de los siguientes aspectos: Iniciacin, terminacin e identificacin
Delimitacin de trama
Segmentacin y bloque
Uso del medio compartido Control de flujo
Control de errores
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Iniciacin, terminacin e identificacin
La funcin de iniciacin comprende los procesosnecesarios para activar el enlace e implica el intercambio
de tramas de control con el fin de establecer la
disponibilidad de las estaciones para transmitir y recibir
informacin. Las funciones de terminacin son de liberar los
recursos ocupados hasta la recepcin/envo de la ltima
trama. Tambin de usar tramas de control.
La identificacin es para saber a qu terminal se debede enviar una trama o para conocer quin enva la trama.
Se lleva a cabo mediante la direccin de la capa de enlace.
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Delimitacin de la trama La capa de enlace debe ocuparse de la delimitacin y
sincronizacin de la trama. Para la sincronizacin puede usar tres mtodos:
El primero de ellos es "principio y fin" (caracteres especficos paraidentificar el principio o el fin de cada trama).
Tambin puede usar "principio y cuenta" (utiliza un carcter para
indicar comienzo y seguido por un contador que indica su longitud). Por ltimo puede usar el "guin" (se emplea una agrupacin
especfica de bits para identificar el principio y fin mediante banderaso flags).
La transparencia se realiza mediante la insercin de bits.
Consta de ir contando los unos consecutivos y cuando seencuentra con cinco caracteres "1" seguidos y consecutivos(11111) introduce el bit "0" despus del quinto 1. Ejemplo: considere la trama 0101111110, al aplicar la transparencia
pasa a ser 01011111010.
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Trama Ethernet
Prembulo SDFMAC
destino
MAC
origen
802.1Q
Etiqueta
(opcional)
longitud Datos y rellenoCRC
32-bit
Gap entre
frames*
7 Bytes 1 Byte 6 Bytes 6 Bytes (4 Bytes) 2 Bytes De 46 (o 42) hasta 1500 Bytes 4 Bytes 12 Bytes
641522 Bytes
721530 Bytes
841542 Bytes
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*Gap entre frames o IFG. Se encuentra al final de la trama, es de 12bytes.
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Campos de la Trama Prembulo: Sincronizacin bit "10101010" (x7).
SDF: Delimitador de comienzo de trama "10101011". Direcciones MAC origen y destino:
Notacin (por ejemplo): F2:3E:C1:8A:B1:01
3 bytes -> OUI: Identificador organizacin.
3 bytes -> NIC: Id. Tarjeta interfaz de Red.
Direccin de difusin (broadcast) FF:FF:FF:FF:FF:FF. Este tipo de direccin se utiliza para que todos losequipos conectados en el mismo dominio de difusin recojan la trama.
Etiqueta: es un campo opcional que indica la pertenencia a una VLAN o prioridad en IEEEP802.1p.
Longitud:
Valores < 1536.
Datos + Relleno:
Trama mnima de 64 bytes (512 bits -> 51,2 s).
Como Tx 2Tp: Datos+Relleno 46 bytes.
FCS (Frame Check Sequence) -> CRC (CRC, Cyclic Redundancy Check):
Secuencia de chequeo de trama. Es un CRC de un polinomio generador de orden 33:
x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
Espacio mnimo entre tramas - IFG: "Inter-frame Gap" -> 12 bytes (96 bits) es unintervalo de espera que se realiza siempre antes de empezar a transmitir an si el medio estlibre.
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CRC La comprobacin de redundancia cclica (CRC) es un
cdigo de deteccin de errores usado frecuentemente enredes digitales y en dispositivos de almacenamiento paradetectar cambios accidentales en los datos. Los bloques de datos contienen un valor de verificacin (resto
divisin).
Se realiza un clculo, en este caso, una divisin de polinomios en elorigen.
Se repite en el destino y se comprueba que dichos valores seaniguales.
Son de implementacin hardware simple. En binario y fciles de analizar matemticamente.
Efectivas a la hora de detectar errores ocasionados por elruido en los canales de transmisin.
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Ejemplo. Clculo CRC
Informacion a transmitir: 10110101101 Polinomio generador: 10011
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Ejemplo. Clculo CRC
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Trama transmitida: 10110101101 0110
Resto (CRC-4): 0110
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Segmentacin y bloque
La segmentacin surge por la longitud de las tramas yaque si es muy extensa, se debe de realizar tramas ms
pequeas con la informacin de esa trama excesivamente
larga.
Si estas tramas son excesivamente cortas, se ha deimplementar unas tcnicas de bloque que mejoran la
eficiencia y que consiste en concatenar varios mensajes
cortos de nivel superior en una nica trama de la capa de
enlace ms larga.
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Uso del medio compartido
En un medio compartido, si dos o ms equipos transmitena la vez se produce una colisin
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Cmo y cundo asignar el canal fsico a las distintas
mquinas que lo comparten y quieren acceder a l?
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Tcnicas de acceso al medio
Divisin esttica del canal Tcnicas de multiplexacin (TDM, FDM o WDM, SDM, CDM)
Divisin dinmica del canal
Tcnicas de contencin (CSMA/CD)
Protocolos libres de colisin (Paso de testigo, reserva)
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Tcnicas de multiplexacin
La multiplexacin es la combinacin de dos o mascanales de informacin en un solo medio de transmisin
usando un dispositivo llamado multiplexor.
El proceso inverso se conoce como demultiplexacin.
Un concepto muy similar es el de control de acceso almedio.
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Tcnicas de multiplexacin
Una aplicacin usual de la multiplexacin son lascomunicaciones de larga distancia. Los enlaces de las
redes de larga distancia son lneas de alta capacidad de
fibra, de cable coaxial o de microondas, de modo que
pueden transportar simultneamente varias transmisiones
de voz y de datos haciendo uso de las tcnicas de
multiplexacion.
Bsicamente se reparte el canal en tiempo o en
frecuencias. Bueno para trficos pesados o constantes, malo para
rfagas.
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Ejemplo
Un posible ejemplo para dicho problema del acceso mltiple
seria una habitacin (que representara el canal) en la que
varias personas desean hablar al mismo tiempo.
Si varias personas hablan a la vez, se producirn interferencias y se
har difcil la comprensin.
Para evitar o reducir el problema podran: Hablar por turnos (estrategia de divisin por tiempo -TDMA),
Hablar unos en tonos mas agudos y otros mas graves de forma que sus
voces se distinguieran (divisin por frecuencia - FDMA),
Dirigir sus voces en distintas direcciones de la habitacin (divisin
espacial - SDMA)
Hablar en idiomas distintos (divisin por codigoCDMA), solo las
personas que conocen el codigo (es decir, el "idioma") pueden
entenderlo.
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TDMA. Acceso Mltiple por Divisin deTiempo Hace uso de multiplexacin por
divisin de tiempo o TDM (TimeDivision Multiplexing).
En ella, el ancho de banda total delmedio de transmisin es asignado acada canal durante una fraccin del
tiempo total (intervalo de tiempo). Es decir se divide un nico canal de
frecuencia de radio en varias ranurasde tiempo.
A cada persona que hace una llamadase le asigna una ranura de tiempo
especfica para la transmisin, lo quehace posible que varios usuariosutilicen un mismo canalsimultneamente sin interferir entres.
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TDMA. Estndares
Existen varios estndares digitales basados en TDMA: TDMA D-AMPS (Digital-Advanced Mobile Phone System)
TDMA D-AMPS-1900, PCS-1900 (Personal Communication
Services)
GSM (Global System for Mobile Communication, en el que se
emplea junto con saltos en frecuencia o frequency hopping)
DCS-1800 (Digital Communications System)
PDC (Personal Digital Cellular).
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FDMA. Acceso Mltiple por Divisin deFrecuencia
Hace uso de multiplexacin por divisin de frecuencia o FDM
(Frequency Division Multiplexing) y su equivalente para medios
pticos, por divisin de longitud de onda o WDM.
FDM es un tipo de multiplexacin utilizada generalmente en
sistemas de transmisin analgicos.
La forma de funcionamiento es la siguiente:
Se convierte cada fuente de varias que originalmente ocupaban el
mismo espectro de frecuencias, a una banda distinta de frecuencias, y
se transmite en forma simultnea por un solo medio de transmisin.
As se pueden transmitir muchos canales de bandarelativamente angosta por un solo sistema de transmisin de
banda ancha.
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FDMA. Acceso Mltiple por Divisin deFrecuencia
Hay muchas aplicaciones de FDM: la radio FM comercial
las emisoras de televisin analgica
Una variante de FDM es la utilizada en
fibra ptica, donde se multiplexan seales,que pueden ser analgicas o digitales, y se
transmiten mediante portadoras pticas
de diferente longitud de onda.
Dando lugar a la denominada multiplexacinpor divisin de longitud de onda, oWDM
del ingls Wavelength Division Multiplexing.
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SDMA y CDMA SDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Espacio)
Hace uso de multiplexacin por divisin de espacio o SDM (SpaceDivision Multiplexing).
Es una tecnologa que segmenta el espacio en sectores utilizandoantenas unidireccionales.
Se utiliza generalmente en comunicaciones por satlite, perotambin en redes celulares para reducir el nmero de estacionesbase.
CDMA (Acceso Mltiple por Divisin de Cdigo)
Hace uso de multiplexacin por divisin en cdigo o CDM (CodeDivision Multiplexing).
La divisin por cdigo se emplea en mltiples sistemas decomunicacin por radiofrecuencia.
Telefona mvil (UMTS), transmisin de datos (WiFi) o navegacin porsatlite (GPS).
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Ana Mara Navarro Ponce. Octubre 2015
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