Capa de Enlace de datos

Es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito de transmisión de datos. Recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de la capa física. 

El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).

Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).

Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza en la subcapa de control de acceso al medio.

 La capa de enlace de datos provee un tránsito confiable de los datos sobre un enlace físico de red. Diferentes especificaciones de la capa de enlace de datos definen diferentes redes y características de protocolos, incluyendo lo siguiente:

Direccionamiento físico: el direccionamiento físico (en oposición al direccionamiento de red) define como los dispositivos físicos son direccionables en la capa de enlace de datos.

Topología de red: las especificaciones de la capa de enlace de datos también definen como es que los dispositivos físicos serán físicamente conectados (puede ser en topología de bus o de anillo).

Notificación de error: la notificación de error emite una alerta de los protocolos de las capas superiores cuando un error de transmisión ha ocurrido.

Secuenciamiento de las tramas: la secuenciación de las tramas de datos incluye el reordenamiento de las tramas que fueron transmitidas fuera de secuencia.

Control de flujo: el control de flujo incluye una moderación de la transmisión de datos de tal manera que el dispositivo receptor no se sobresature con más tráfico que el que puede manejar a un tiempo.

Sus principales funciones son:

• Delimita marcos
• Mantiene la integridad de los marcos
• Provee transparencia de datos
• Detección de errores
• Retransmisión de Marcos para recuperarse de errores
• Permite el control de flujo
• Supervisa las funciones de enlace 

Tramas

En la capa de enlace, los datos se organizan en unidades llamadas tramas. Cada trama tiene una cabecera que incluye una dirección e información de control y una cola que se usa para la detección de errores.

La cabecera de una trama de red de área local (LAN) contiene las direcciones físicas del origen y el destino de la LAN. La cabecera de una trama que se transmite por una red de área extensa (WAN) contiene un identificador de circuito en su campo de dirección.

Recuerde que un enlace es una red de área local, una línea punto a punto o alguna otra facilidad de área extensa por la que se pueden comunicar los sistemas mediante un protocolo de la capa de enlace de datos.

Protocolos elementales de enlace de datos

Protocolo simplex sin restricciones

Los datos se transmiten en una dirección, las capas de red en el transmisor y receptor siempre están listas, el tiempo de procesamiento puede ignorarse, espacio infinito de buffer, canal libre errores.

Dos procedimientos diferentes, uno transmisor y uno receptor que se ejecutan en la capas de enlace.

Transmisor solo envía datos a la línea, obtiene un paquete de la capa de red, construye un frame de salida y lo envía a su destino. Receptor espera la llegada de un frame.

Protocolo simplex de parada y espera

El receptor no es capaz de procesar datos de entrada con una rapidez infinita

Receptor debe proporcionar realimentación al transmisor, el transmisor envía un frame y luego espera acuse antes de continuar.

Protocolo simplex para un canal ruidoso

Canal presenta errores, los frame pueden llegar dañados o perderse por completo

Agregar un temporizador, falla si el frame de acuse se pierde pues se retransmitirá el frame.

Se debe agregar un numero de secuencia en el encabezado de cada frame que se envía.

Protocolo de ventana corrediza

Usar el mismo circuito para datos en ambas direcciones

Se mezclan los frames de datos con los frame de acuse de recibido

Receptor analiza el campo de tipo en el encabezado de un frame de entrada para determinar si es de datos o acuse.

Incorporación, retardo temporal de los acuses para que puedan colgarse del siguiente frame de datos de salida, usando el campo ack del encabezado del frame

Mejor aprovechamiento del ancho de banda del canal, no son frames independientes

Si no llega un nuevo frame en un tiempo predeterminado, la capa de enlace de datos manda un frame de acuse independiente.

En todos los protocolos de ventana corrediza, cada frame de salida contiene un número de secuencia con un intervalo que va desde 0 hasta algún máximo. El máximo es generalmente 2(n) -1, por lo que el número de secuencia cabe bien en un campo de n bits.

Protocolo de ventana corrediza de un bit

Usa parada y espera, ya que el transmisor envía un frame y espera su acuse antes de transmitir el siguiente.

La máquina que arranca obtiene su primer paquete de su capa de red, construye un frame a partir de él y lo envía. Al llegar este frame, la capa de enlace de datos receptor lo revisa para ver si es un duplicado. Si el marco es el esperado, se pasa a la capa de red y la ventana del receptor se recorre hacia arriba.

El campo de acuse contiene el número del último frame recibido sin error. Si este número concuerda con el número de

secuencia del marco que está tratando de enviar el transmisor, éste sabe que ha terminado con el marco almacenado en el buffer y que puede obtener el siguiente paquete de su capa de red. Si el número de secuencia no concuerda con el número, debe continuar intentando enviar el mismo frame.

Por cada frame que se recibe, se envía un frame de regreso.

Problema si el transmisor tiene un temporizador corto, ya que enviará varias veces el frame, sin embargo el receptor sólo aceptará el frame una vez y no entregará frames repetidos a la capa de red.

Protocolo que usa regresar n y protocolo de repetición selectiva

Hasta ahora hemos supuesto insignificante el tiempo necesario para que un frame llegue al receptor más el tiempo para que regrese el acuse.

El tiempo de viaje tiene importantes implicaciones para la eficiencia del aprovechamiento del ancho de banda. Canal de 50Kbps con retardo de propagación de ida y vuelta de 500 mseg.

Con frames de 1000 bits, en 20 mseg. el frame ha sido enviado completamente.

En 270 mseg. el frame llega por completo al receptor y en 520 mseg. llega el acuse de regreso al transmisor.

El transmisor estuvo bloqueado durante el 96% del tiempo (500/520). Sólo se usó el 4% del ancho de banda disponible.

DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES

Los procesos físicos que generan los errores en algunos medios (por ejemplo la radio) tienden a aparecer en ráfagas, no individualmente. El que los errores lleguen en una ráfaga tienen tantas ventajas como desventajas respecto a los errores aislados de un solo bit. Por el lado de lasa ventajas, los datos de computadora siempre se envían en bloques de bits. Suponga que el tamaño del bloque es de 1000bits y la tasa de error es de 0.001 por bit. Si los errores fueran independientes, la mayor parte de los bloque contendrían un error. Sin embargo, si los errores llegan en ráfagas de 100, en promedio solo uno o dos bloques de cada 100 serán afectados. La desventaja de los errores en ráfaga es que son mucho más difíciles de detectar y corregir que los errores aislados.

EL PROTOCOLO CSMA/CD.

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

Cuando la interfaz del servidor tiene un paquete para transmitir, escucha en la línea para determinar si hay mensajes siendo transmitidos. Si no detecta transmisión alguna, la interfaz comienza a enviar. Cada transmisión está limitada en el tiempo, pues existe un tamaño máximo de paquete. Cuando un transceiver comienza a transmitir, la señal no llega a cada punto de la red simultáneamente, a pesar de que viaja a casi un 80% de la velocidad de la luz. Por lo anterior, es posible que 2 transceivers determinen que la red está ociosa y comiencen a transmitir al mismo tiempo; provocando la colisión de las dos señales.

Detección de Colisiones (CD):

Cada transceiver monitorea el cable mientras está transfiriendo para verificar que una señal externa no interfiera con la suya. Cuando colisión es detectada, la interfaz aborta la transmisión y espera hasta que la actividad cese antes de volver a intentar la transmisión. Política de retención exponencial. El emisor espera un tiempo aleatorio después de la primera colisión; un periodo de espera 2 veces más largo que el primero en caso de una segunda colisión; 4 veces más largo la próxima vez, etc., reduciendo así al máximo la probabilidad de colisión.

 Este video es una pequeña explicación de su funcionamiento.