Redes de Computadoras

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Redes de Computadoras

• Capa deEnlace de Datos

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Capa de Enlace de Datos

• La Capa de Enlace de Datos es la responsable del
  intercambio de datos entre un host cualquiera y
  la red a la que está conectado, permitiendo la
  correcta comunicación y trabajo conjunto entre
  las capas superiores (Red, Trasnporte y
  Aplicación) y el medio físico de transporte de
  datos.
• Su principal objetivo es proporcionar una
  comunicación eficiente, libre de errores, entre
  dos máquinas adyacentes, pertenecientes a la
  misma red/subred. Para ello se encarga de la
  notificación de errores, la topología de la red y
  el control de flujo en la transmisión de tramas.
• Cuando la conexión entre dos host es punto a
  punto, como en el caso de que ambos host
  pertenezcan a la misma red/subred, la Capa de
  Enlace de Datos se encarga de que los datos se
  envíen con seguridad a través del medio físico
  (Capa Física) y sin errores de transmisión. En
  otro tipo de conexiones no puede realizar este
  cometido, siendo entonces las capas superiores
  las encargadas del mismo.

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Capa de Enlace de Datos

• Por este motivo podemos afirmar que la Capa de
  Enlace de Datos es la encargada de la transmisión
  y direccionamiento de datos entre host situados
  en la misma red/subred, mientras que la capa de
  Red (Internet) es la encargada de la transmisión
  y direccionamiento de datos entre host situados
  en redes diferentes.
• La Capa de Enlace de Datos proporciona sus
  servicios a la Capa de Red, suministrando un
  tránsito de datos confiable a través de un enlace
  físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se
  ocupa del direccionamiento físico (comparado con
  el lógico), la topología de red, el acceso a la
  red, la notificación de errores, formación y
  entrega ordenada de tramas y control de flujo.
  Por lo tanto, su principal misión es convertir el
  medio de transmisión en un medio libre de errores
  de cualquier tipo.

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Principales Funciones

• Establece los medios necesarios para una
  comunicación confiable y eficiente entre dos
  máquinas en red.
• Agrega una secuencia especial de bits al
  principio y al final del flujo inicial de bits de
  los paquetes, estructurando este flujo bajo un
  formato predefinido llamado trama o marco, que
  suele ser de unos cientos de bytes. Los sucesivos
  marcos forman trenes de bits, que serán
  entregados a la Capa Física para su transmisión.
• Sincroniza el envío de las tramas, transfiéndolas
  de una forma confiable libre de errores. Para
  detectar y controlar los errores se añaden bits
  de paridad, se usan CRC (Códigos Cíclicos
  Redundantes) y envío de acuses de recibo
  positivos y negativos, y para evitar tramas
  repetidas se usan números de secuencia en ellas.
• Envía los paquetes de nodo a nodo, ya sea usando
  un circuito virtual o como datagramas.

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Principales Funciones

• Envía los paquetes de nodo a nodo, ya sea usando
  un circuito virtual o como datagramas.
• Controla la congestión de la red.
• Regula la velocidad de tráfico de datos.
• Controla el flujo de tramas mediante protocolos
  que prohiben que el remitente envíe tramas sin la
  autorización explícita del receptor,
  sincronizando así su emisión y recepción.
• Se encarga de la de secuencia, de enlace lógico y
  de acceso al medio (soportes físicos de la red).

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Subcapas de Enlace de Datos

• En la actual tecnología TCP/IP, el estándar más
  aceptado para la Capa de Enlace de Datos es el
  definido por la IEE, que diferencia dos subcapas
  independientes

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Subcapa de Enlace Logico (LLC)

• Subcapa de Enlace Lógico (LLC), que permite que
  parte de la capa de enlace de datos funcione
  independientemente de las tecnologías existentes.
  Esta subcapa proporciona versatilidad en los
  servicios de los protocolos de la capa de red que
  está sobre ella, mientras se comunica de forma
  efectiva con las diversas tecnologías que están
  por debajo. El LLC, como subcapa, participa en el
  proceso de encapsulamiento.La Subcapa de Enlace
  Lógico transporta los datos de protocolo de la
  red, un paquete IP, y agrega más información de
  control para ayudar a entregar ese paquete IP en
  el destino, agregando dos componentes de
  direccionamientoel Punto de Acceso al Servicio
  Destino (DSAP) y el Punto de Acceso al Servicio
  Fuente (SSAP). Luego este paquete IP
  reempaquetado viaja hacia la subcapa MAC para que
  la tecnología específica requerida le adicione
  datos y lo encapsule.La subcapa LLC de la Capa
  de Enlace de Datos administra la comunicación
  entre los dispositivos a través de un solo enlace
  a una red. LLC se define en la especificación
  IEEE 802.2 y soporta tanto servicios orientados a
  conexión como servicios no orientados a conexión,
  utilizados por los protocolos de las capas
  superiores. IEEE 802.2 define una serie de campos
  en las tramas de la capa de enlace de datos que
  permiten que múltiples protocolos de las capas
  superiores compartan un solo enlace de datos
  físico.

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Subcapa de Control de acceso al medio (MAC)

• Subcapa de Control de acceso al medio (MAC), que
  se refiere a los protocolos que sigue el host
  para acceder a los medios físicos, fijando
  así cuál de los computadores transmitirá datos
  binarios en un grupo en el que todos los
  computadores están intentando transmitir al mismo
  tiempo.
• Control de acceso al medio
• Una red es un entorno en el que diferentes host y
  dispositivos comparten un medio de transmisión
  común. Es necesario por ello establecer técnicas
  que permitan definir qué host está autorizado
  para transmitir por el medio común en cada
  momento. Esto se consigue por medio de una serie
  de protocolos conocidos con el nombre de Control
  de Acceso al Medio (protocolos MAC).
• Según la forma de acceso al medio, los protocolos
  MAC pueden ser
• Determinísticos en los que cada host espera su
  turno para transmitir. Un ejemplo de este tipo de
  protocolos determinísticos es Token Ring, en el
  que por la red circula una especie de paquete
  especial de datos, denominado token, que da
  derecho al host que lo posée a transmitir datos,
  mientras que los demás deben esperar a que quede
  el token libre.
• No determinísticos que se basan en el sistema de
  "escuchar y transmitir". Un ejemplo de este tipo
  de protocolos es el usado en las LAN Ethernet, en
  las que cada host "escucha" el medio para ver
  cuando no hay ningún host transmitiendo, momento
  en el que transmite sus datos.

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Tarjetas de red

• Para realizar todas estas funciones, la Capa de
  Enlace de Datos se basa en un componente físico
  fundamental, la tarteja de red.
• Tarjetas de red.-
• El componente físico fundamental de esta capa es
  la trajeta de red, también denominada NIC,
  situada normalmente en un PC en la parte trasera
  del mismo, encontrándose conectada al medio de
  transmisión mediante conectores Jack RJ-45.

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Tarjetas de red

• Cada tarjeta de red posée un número identificador
  único, grabado en la memoria ROM de la misma por
  el fabricante, que se denomina dirección física o
  dirección de Control de Acceso al Medio, MAC ,
  que identifica de forma unívoca al ordenador que
  la posée. Cuando se arranca una máquina, la
  dirección MAC se copia en la memoria RAM, para
  tenerla siempre a mano.
• La dirección física está formada por 32 bits, que
  se representan por medio de 6 bytes
  hexadecimales, del tipo 00-00-0D-1A-12-35, de los
  cuales los 3 primeros (24 bits), denominados
  Identificador Organicional Unico (UOI) son
  asignados al fabricante concreto, y los 3 últimos
  (24 bits) los asigna éste secuencialmente.
• No existen dos tarjetas de red con la misma
  dirección MAC, por lo que la misma se puede usar
  (y así se hace) para identificar en una red a la
  máquina en la que está instalada.

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Tarjetas de red

• El grán problema de estas direcciones es que
  están conformadas como un sistema de
  direccionamiento plano, sin ninguna jerarquía,
  por lo que la tarjeta de número 00-00-0D-1A-12-35
  no nos dice nada ni de la red en la que se
  encuentra la máquina que la tiene instalada, ni
  tiene relación alguna con la ubicación de la
  máquina de número de tarjeta 00-00-0D-1A-12-36.
  Digamos que es un sistema de identificación
  análogo al del D.N.I. español, en el que el
  número del mismo no dice nada de la persona
  poseedora del documento.
• Creación de tramas
• Una vez que los datos procedentes de las capas
  superiores son enpaquetados en datagramas en la
  Capa de Red son transferidos a la Capa de Enlace
  de Datos para su transmisión al medio físico.
• Para que estos datos se puedan enviar de forma
  correcta hasta el destinatario de los mismos hay
  que darles un formato adecuado para su
  transmisión por los medios físicos, incluyéndoles
  además algún mecanismo de identificación de ambos
  host (emisor y receptor) para que la
  transferencia quede perfectamente identificada.
  Esto lo consigue la Capa de Enlace de Datos
  disponiendo los datagramas en forma de tramas.

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Creación de Tramas

• Una trama está formada por un campo central de
  datos, en el que se coloca cada datagrama
  recibido de la Capa de Red, y otra serie de
  campos con utilidad variada. En general, el
  aspecto de una trama es el que sigue

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Creación de Tramas

• Campo de inicio de trama secuencia de bytes de
  inicio y señalización, que indica a las demás
  máquinas en red que lo que viene a continuación
  es una trama.
• Campo de dirección secuencia de 12 bytes que
  contiene información para el direccionamiento
  físico de la trama, como la dirección MAC del
  host emisor y la dirección MAC del host
  destinatario de la trama.
• Campo longitud/tipo en algunas tecnologías de
  red existe un campo longitud, que especifica la
  longitud exacta de la trama, mientras que en
  otros casos aquí va un campo tipo, que indica qué
  protocolo de las capas superiores es el que
  realiza la petición de envío de los datos.
  También existen tecnologías de red que no usan
  este campo. De existir, ocupa 2 bytes.

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Creación de Tramas

• Campo de datos campo de 64 a 1500 bytes, en el
  que va el paquete de datos a enviar. Este paquete
  se compone de dos partes fundamentales el
  mensaje que se deséa enviar y los bytes
  encapsulados que se deséa que lleguen al host
  destino. Además, se añaden a este campo unos
  bytes adicionales, denominados bytes de relleno,
  con objeto que que las tramas tengan una longitud
  mínima determinada, a fin de facilitar la
  temporización.
• Campo FCS o campo de secuencia de verificación
  de trama, de 4 bytes, que contiene un número
  calculado mediante los datos de la trama, usado
  para el control de errores en la transmisión.
  Cuando la trama llega al host destino, éste
  vuelve a calcular el número contenido en el
  campo. Si coinciden, da la trama por válida en
  caso contrario, la rechaza. Generalmente se usan
  el método Checksum (suma de bits 1), el de
  paridad (números de bits 1 par o impar) y el
  Control de Redundancia Cíclico (basado en
  polinomios construidos a partir de los bits de la
  trama) para este fin.
• Campo de fin de trama aunque mediante los campos
  inicio de trama y longitud se puede determinar
  con precisión dónde acaba una trama, a veces se
  incluye en este campo una secuencia especial de
  bytes que indican a los host que escuchan en red
  el lugar donde acaba la trama.

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Direccionamiento Físico

• Como hemos visto, la Capa de Enlace de Datos se
  encarga de determinar qué ordenadores se están
  comunicando entre sí, cuándo comienza y termina
  esta comunicación, qué host tiene el turno para
  transmitir y qué errores se han producido en la
  transmisión.
• Ahora bien cómo se produce esta comunicación
  entre dos host de una misma red?. La respuesta es
  mediante el direccionamiento físico, basado en
  los números de las trajetas de red de ambos host
  (direcciones físicas).
• Cuando el host A deséa enviar una trama al host
  B, introduce en el campo "dirección" de la trama
  tanto su dirección física como la del host
  destino y, una vez que queda el medio libre, las
  transmite al mismo. Todos los host conectados a
  la misma red tienen acceso a la trama. La Capa de
  Acceso a la Red de cada host analiza las tramas
  que circulan por la red y compara la dirección
  física de destino de las mismas con la suya
  propia. Si coinciden, toma la trama y la pasa a
  las capas superiores si no, la rechaza.
• De esta forma, solo el host destino recoge la
  trama a él dirigida, aunque todos los host de la
  misma red tienen acceso a todas las tramas que
  circulan por la misma.

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Protocolo ARP

• Una vez que un paquete llega a una red local
  mediante el ruteo IP, el encaminamiento necesario
  para la entrega del mismo al host destino se debe
  realizar forzosamente mediante la dirección MAC
  del mismo (número de la tarjeta de red), por lo
  que hace falta algún mecanismo capaz de
  transformar la dirección IP que figura como
  destino en el paquete en la dirección MAC
  equivalente, es decir, de obtener la relación
  dirección lógica-dirección física. Esto sucede
  así porque las direcciones Ethernet y las
  direcciones IP son dos números distintos que no
  guardan ninguna relación entre ellos.
• De esta labor se encarga el protocolo ARP
  (Protocolo de Resolución de Direcciones), que en
  las LAN equipara direcciones IP con direcciones
  Ethernet (de 48 bits) de forma dinámica, evitando
  así el uso de tablas de conversión. Mediante este
  protocolo una máquina determinada (generalmente
  un router de entrada a la red o un swicht) puede
  hacer un broadcast mandando un mensaje,
  denominado petición ARP, a todas las demás
  máquinas de su red para preguntar qué dirección
  local pertenece a alguna dirección IP, siendo
  respondido por la máquina buscada mediante un
  mensaje de respuesta ARP, en el que le envía su
  dirección Ethernet. Una vez que la máquina
  peticionaria tiene este dato envía los paquetes
  al host destino usando la direción física
  obtenida.

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Protocolo ARP

• El protocolo ARP permite pués que un host
  encuentre la dirección física de otro dentro de
  la misma red con sólo proporcionar la dirección
  IP de su objetivo. La información así obtenida se
  guarda luego en una tabla ARP de orígenes y
  destinos, de tal forma que en los próximos envíos
  al mismo destinatario no será ya necesario
  realizar nuevas peticiones ARP, pués su dirección
  MAC es conocida.

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Protocolo ARP

• ARP es pués un protocolo de bajo nivel que oculta
  el direccionamiento de la red en las capas
  inferiores, permitiendo asignar al administrador
  de la red direcciones IP a los host
  pertenecientes a una misma red física.
• Los mensajes de petición ARP (ARP request)
  contienen las direcciones IP y Ethernet del host
  que solicita la información, junto con la
  dirección IP de la máquina destino. Los mensajes
  de respuesta ARP (ARP reply) son creados por el
  ordenador propietario de la IP buscada, que
  rellena el campo vacío con su dirección Ethernet
  y lo envía directamente al host que cursó la
  solicitud.
• Cuando el host origen recibe la respuesta ARP y
  conoce la dirección física del host destino
  introduce esos datos en una tabla especial
  alojada en su caché, y lo mismo va haciendo con
  cada una de las parejas dirección IP-dirección
  física que utiliza en sus diferentes
  comunicaciones con otros host. Y no sólo eso
  como las peticiones ARP se realizan por
  multidifusión, cada vez que pasa ante él un
  mensaje de respuesta ARP extráe del mismo la
  pareja IP-MAC y la incorpora a su tabla. De esta
  forma se va construyendo la tabla dinámicamente.

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Protocolo ARP

• En sucesivas comunicaciones entre ambos host ya
  no será preciso realizar una nueva petición ARP,
  ya que ambos host saben las direcciones del otro.
  
• Estas tablas se denominan tablas ARP o caché ARP,
  y son fundamentales para el funcionamiento y
  rendimiento óptimo de una red, pués reducen el
  tráfico en la misma al evitar preguntas ARP
  innecesarias.

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Protocolo ARP

• Las tablas ARP son necesarias para poder dirigir
  tramas en una red, ya que las direcciones IP y
  las direcciones de las tarjetas de red son
  independientes, y no tienen ninguna equivalencia
  entre ellas, siendo necesario entonces algún
  método para poder obtener la equivalencia entre
  ambas.
• De forma general, cuando una máquina desea
  comunicarse con otra a partir de su IP, lo
  primero que hace es mirar en su tabla ARP si
  tiene la dirección física asociada a esa
  dirección lógica. Si es así, envía directamente
  los paquetes al host destino. Si no encuentra la
  entrada adecuada en la tabla, lanza una petición
  ARP multidifusión a todos los host de su red,
  hasta encontrar respuesta, momento en el que
  incorpora la nueva entrada en su tabla ARP y
  envía los paquetes al destino.
• Si la máquina destino no existe, no habrá
  respuesta ARP alguna. En estos casos, el
  protocolo IP de la máquina origen descartará las
  tramas dirigidas a esa dirección IP.

21
Protocolo ARP

• Cuando un host realiza una petición ARP y es
  contestado, o cuando recibe una petición o trama,
  actualiza su tabla ARP con las direcciones
  obtenidas. Estas entradas en la tabla tienen un
  tiempo de vida limitado, con objeto de no
  sobrecargar la tabla con datos innecesarios, que
  suele ser de unos 20 minutos.
• Si queréis ver la tabla ARP de vuestra máquina,
  tan sólo tenéis que abrir la consola del sistema
  y escribir el comando "arp -a". Si no encontráis
  entradas, abrid el navegador y hacer una petición
  HTTP a cualquier página web. Si volvéis a
  introducir en la consola el camando os aparecerá
  la entrada ARP del router o proxy que uséis para
  salir a Internet. En mi caso he obtenido la
  siguiente entrada

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Protocolo ARP

• ARP Proxi.- En muchas redes, para evitar el
  proceso de peticiones ARP sin respuesta, se usa
  el protocolo denominado ARP Proxi, en el que el
  router de salida recoge todas las peticiones ARP
  que circulan por la red y observa si la IP
  destino pertenece a un host de la misma o a un
  host de otra red. En el primer caso deja pasar la
  petición, para que séa respondida por la máquina
  destino, pero en el segundo caso es él el que
  responde directamente a la máquina peticionaria
  con su propia dirección física, para
  posteriormente enrutar las tramas hacia la red
  destino.
• RARP (ARP por Réplica).- Otro protocolo
  relacionado con ARP es el RARP, que permite que
  una máquina que acaba de arrancar o sin disco
  pueda encontrar su dirección IP desde un
  servidor. Para ello utiliza el direccionamiento
  físico de red, proporcionando la dirección
  hardware física (MAC) de la máquina de destino
  para identificar de manera única el procesador,
  transmitiendo por difusión la solicitud RARP. Una
  vez que la máquina obtiene su dirección IP la
  guarda en memoria, y no vuelve e usar RARP hasta
  que no se inicia de nuevo.

23
Protocolo ARP

• Seguridad y ARP.- Al igual que ocurre con casi
  todos los protocolos de comunicaciones, y en
  concreto TCP/IP, el protocolo ARP puede ser usado
  por un posible atacante para objetivos no
  deseados.
• Una de las técnicas más usadas en este sentido es
  la conocida como ARP Spoofing que ,como su nombre
  indica, consiste el el uso del protocolo para
  hacerse pasar por quién no se es en realidad, es
  decir, para suplantar a otra persona o máquina.
• Básicamente consiste en enviar a la máquina
  objetivo del ataque un paquete con la dirección
  IP que queremos suplantar pero con la dirección
  física de nuestra tarjeta de red. En este caso,
  la máquina objetivo guardará la entrada ARP en su
  tabla caché, y a partir de ese momento todos los
  paquetes que envíe a la dirección IP suplantada
  llegarán a la máquina del atacante, y no a su
  legítimo destinatario. Este ataque dura
  aproximadamente unos 20 minutos (varía según el
  sistema operativo de la máquina atacada), que es
  el tiempo que se guardan las entradas en las
  tablas ARP.

24
Protocolo ARP

• Snifers.- Una tarjeta de red en estas condiciones
  se dice que está "configurada en modo promiscuo"
  (promiscous mode). Existen tarjetas que ya vienen
  configuradas en este modo, pero lo normal es que
  la promiscuidad de una trajeta se implemente por
  software, usando unos programas especiales
  conocidos como snifers. La misión de un snifer es
  pués capturar todas las tramas que pasan a través
  de una tarjeta de red.
• Generalmente los snifers se configuran para
  capturar tan solo las tramas (paquetes) dirigidos
  a unos puertos determinados (que suelen ser el
  21, el 23, el 110 y el 143), ya que si no la
  carga que soportarían sería excesiva. Además,
  algunos de ellos están diseñados para "grabar"
  estas tramas durante un cierto periodo de tiempo
  (unos 30-60 segundos) y almacenarlos luego en un
  fichero log, que puede ser estudiado
  posteriormente con toda tranquilidad por el
  atacante.

25
Protocolo ARP

• Los snifers son muy peligrosos en una red, ya que
  muchas de las claves introducidas por los
  usuarios viajen sin encriptar y sin ningún otro
  tipo de protección, por lo que el atacante puede
  hacerse con claves de todo tipo, desde claves de
  usuario de acceso a Telnet hasta claves de
  Administrador.
• Así, el uso de snifers puede ser una herramienta
  de grán ayuda para un administrador de red, ya
  que le permite monitorizar las tramas que están
  circulando por la misma, los mensajes de
  información y error que se generan, la actividad
  de la red. Existen aplicaciones muy buenas para
  esta labor, como Lan-Inspector (de VisLogic).

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Modelo de Referencia
Capa de aplicación
Capa de transporte
Capa de red
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa física
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Servicios de la Capa de Enlace de Datos

• Transferencia de datos entre las capas de red de
  las máquinas origen y destino.
• Tipos de servicio
• Servicio sin acuse ni conexión.
• Servicio con acuse sin conexión.
• Servicio con acuse con conexión.

28
Comunicación en laCapa de Enlace de Datos
Capa de aplicación
Capa de aplicación
Capa de transporte
Capa de transporte
Capa de red
Capa de red
Virtual
Capa de enlace de datos
Capa de enlace de datos
Capa física
Capa física
Real
29
Framing

• La capa de enlace de datos usa la capa física
  como un tubo de bits.
• Para detectar y corregir errores la capa de
  enlace de datos divide los datos en frames,
  agregando información tal como
• Suma de verificación (CRC).
• Indicadores de inicio y fin con relleno.
• Conteo de caracteres.

30
Control de Errores

• Solo es posible en un servicio con acuse de
  recibo.
• Por cada frame enviado se espera uno de retorno
  que indique si la transmisión fue exitosa o no.
• También se usa un temporizador para detectar
  frames de control perdidos.

31
Control de Flujo

• Consiste en regular la velocidad de transmisión
  de datos de forma de no saturar al receptor.
• Los protocolos de esta capa contienen reglas
  precisas que indican cuando es posible enviar un
  frame.
• Con frecuencia el receptor autoriza implícita o
  explícitamente la transmisión.

32
Suma de Verificación (CRC)

• Trata cadenas de bits como polinomios con
  coeficientes 0 y 1
• Se implementa en hardware.
• Algunos polinomios de uso común son
• CRC-12 x12x11x3x2x1
• CRC-16 x16x15x21
• CRC-CCITT x16x12x51

33
Suma de Verificación (CRC)

• CRC-12 se usa con caracteres de 6 bits de
  longitud, CRC-16 y CRC-CCITT con caracteres de 8
  bits.
• CRC-16 y CRC-CCITT detectan los siguientes
  errores
• Todos los errores de 1 o dos bits.
• Todos los errores con un número impar de bits.
• Todos los errores de ráfaga de 16 bits o menos.
• 99.997 de la ráfagas de errores de 17 bits.
• 99.998 de las ráfagas de 18 bits o más.

34
Ejemplos de Protocolos de laCapa de Enlace de
Datos

• Protocolo unidireccional para un canal ruidoso.
• Protocolos de ventana deslizante.
• Protocolo HDLC.
• Protocolos usados en Internet
• SLIP
• PPP

35
Protocolo PAR
Transmisor
Receptor
1

• Positive Acknowledgment with Retransmission
• Unidireccional
• Tolera errores y paquetes perdidos

1
2
2
2
2
3
3
3
3
36
Estructuras de Datos
define MAX_PKT 4 / packet size in bytes
/ typedef enum false, true boolean / boolean
type / typedef unsigned int seq_nr / sequence
or ack numbers / typedef struct unsigned
char dataMAX_PKT packet / packet
definition / typedef enum data, ack, nak
frame_kind / frame_kind definition / typedef
enum frame_arrival, cksum_err, timeout,
network_layer_ready, ack_timeout / kind of
events / event_type typedef struct /
frames are transported in this layer /
frame_kind kind / what kind of a frame is it?
/ seq_nr seq / sequence number /
seq_nr ack / acknowledgement number /
packet info / the network layer packet /
frame
37
Protocolo PAR (transmisor)
define MAX_SEQ 1 / must be 1 for protocol 3
/ void sender3(void) seq_nr
next_frame_to_send / seq number of next
outgoing frame / frame s / scratch
variable / packet buffer / buffer for an
outbound packet / event_type event
next_frame_to_send 0 / initialize outbound
sequence numbers / from_network_layer(buffer)
/ fetch first packet / while (true)
s.info buffer / construct a frame for
transmission / s.seq next_frame_to_send /
insert sequence number in frame /
to_physical_layer(s) / send it on its way /
start_timer(s.seq) / if answer takes too
long, time out / wait_for_event(event) /
frame_arrival, cksum_err, timeout / if
(event frame_arrival)
from_physical_layer(s) / get the
acknowledgement / if (s.ack
next_frame_to_send)
from_network_layer(buffer) / get the next one
to send / inc(next_frame_to_send) /
invert next_frame_to_send /
38
Protocolo PAR (receptor)
void receiver3(void) seq_nr frame_expected
frame r, s event_type event frame_expected
0 while (true) wait_for_event(event)
/ frame_arrival or cksum_err / if (event
frame_arrival) / A valid frame has
arrived. / from_physical_layer(r) /
go get the newly arrived frame / if
(r.seq frame_expected) / Frame received.
/ to_network_layer(r.info) / send
data to the network layer /
inc(frame_expected) / expect the other
sequence nr / s.ack 1 -
frame_expected / tell which frame is being
acked / to_physical_layer(s) / only
the ack field is use /
39
Protocolo deVentana Deslizante

• Es un protocolo bidireccional.
• Se puede enviar varios paquetes antes de recibir
  acuse de recibo.
• Los acuses de recibo indican el número de
  secuencia del paquete recibido
• Se trata de enviar los acuses de recibo con los
  paquetes que viajan en sentido contrario.

40
Protocolo deVentana Deslizante
define MAX_SEQ 1 / must be 1 for protocol 4
/ typedef enum frame_arrival, cksum_err,
timeout event_type include "protocol.h" void
protocol4 (void) seq_nr next_frame_to_send /
0 or 1 only / seq_nr frame_expected / 0 or
1 only / frame r, s / scratch variables
/ packet buffer / current packet being
sent / event_type event next_frame_to_send
0 / next frame on the outbound stream /
frame_expected 0 / frame arriving frame
expected / from_network_layer(buffer) / get
packet from the network layer / s.info
buffer / prepare to send the initial frame /
s.seq next_frame_to_send / insert sequence
number into frame / s.ack 1 -
frame_expected / piggybacked ack /
to_physical_layer(s) / transmit the frame /
start_timer(s.seq) / start the timer running
/
41
Protocolo deVentana Deslizante
while (true) wait_for_event(event)
if (event frame_arrival) / a frame has
arrived undamaged. / from_physical_layer(
r) / go get it / if (r.seq
frame_expected) / Handle inbound frame stream.
/ to_network_layer(r.info) / pass
packet to network layer /
inc(frame_expected) / invert expected sequence
number / if (r.ack
next_frame_to_send) / handle outbound frame
stream. / from_network_layer(buffer)
/ get packet from network layer /
inc(next_frame_to_send) / invert sender's
sequence number / s.info
buffer / construct outbound frame / s.seq
next_frame_to_send / insert sequence number
/ s.ack 1 - frame_expected / seq number
of last received frame / to_physical_layer(s
) / transmit a frame / start_timer(s.seq)
/ start the timer running /
42
Otros Protocolos de Ventana Deslizante
43
Protocolo HDLC

• High-level Data Link Control
• SDLC(IBM)? ADCCP(ANSI)? HDLC(ISO)? LAP(CCITT)?
  LAPB(CCITT)
• Estos protocolos difieren solo en aspectos
  menores. Estan orientados a bits y usan relleno
  para lograr transparencia.
• Muy utilizados

8
Bits
8
8
8
16
gt0
01111110
Dirección
Control
Datos
CRC
01111110
44
Serial Line IP Protocol (SLIP)

• Fue desarrollado en 1984 para conectar estaciones
  de trabajo al Internet usando un modem.
• Está descrito en RFC 1055 y 1144
• Envia paquetes IP agregando 0xC0 al final. Si
  0xC0 aparece en los datos se precede de 0xDB.
• Las últimas versiónes comprimen los encabezdos
  TCP e IP eliminando campos repetidos en paquetes
  consecutivos.

45
Serial Line IP Protocol (SLIP)

• Slip aunque ampliamente usado tiene algunas
  desventajas
• No efectua corrección y detección de errores.
• Solo funciona con IP.
• Carece de mecanismos para establer la conexión.
  Cada host debe conocer de antemano la dirección
  IP del otro.
• Carece de mecanismos de autentificación.
• Existen versiones incompatibles entre sí.

46
Point to Point Protocol (PPP)

• Desarrollado por la IETF.
• Descrito en RFCs 1661, 1662, 1663.
• PPP incluye
• Delimitación unambigüa de inicio y fin de frames.
• Control de errores.
• Protocolo de control de enlaces (LCP).
• Mecanismo para negociar opciones de la capa de
  red mediante un protocolo (NCP) distinto para
  cada tipo de red.

47
Point to Point Protocol (PPP)
1
1
1
Variable
Bytes
1 o 2
8
16
01111110
11111111
00000011
Datos
CRC
01111110
Protocolo
LCP, NCP, IP, IPX, etc.

• PPP se parece a HDLC pero es orientado a bytes.
• PPP se usa tanto en enlaces dedicados como en en
  enlaces discados.

48
La Capa de Enlace de Datos en ATM

• En ATM corresponde a la subcapa TC (Transmition
  Convergence) de la capa física.
• Calcula la suma de verificación HEC usando el
  polinomio x8 x2 x 1.
• Genera celdas de relleno cuando el medio físico
  es síncrono (e.g. SONET).
• Convierte la corriente de celdas proveniente de
  la capa ATM en una corriente de bits y viceversa.

49
Capa de Enlace de Datos

• Subcapa de aceso al medio

50
La Subcapa de Acceso al Medio

• Contiene protocolos para gestionar el acceso a
  redes de medio compartido.
• A menudo se identifica por la sigla, en ingles,
  MAC (Medium Access Control ).
• Esta subcapa es de especial importancia en redes
  de area local, en algunos tipos de redes
  satelitales y en redes de radiodifusión.

51
Medio Compartido
Recibido
No es para mí
52
Reparto del Canal

• Reparto estático
• Si el número de usuarios es pequeño y fijo se
  puede usar TDM o FDM
• Reparto dinámico (supuestos)
• Probabilidad (paquete en Dt) lD t
• Canal único.
• Colisión.
• Tiempo continuo o discreto.
• Con o sin sin detección de portadora.

53
Protocolos de la Subcapa de Acceso al Medio (MAC)

• ALOHA
• CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
• CSMA/CD (CSMA with Collision Detect)
• WDMA (Wavelength Division MA)
• MACA (MA with Collision Avoidance)
• Radio celular (GSM, CDPD y CDMA)
• IEEE 802.X
• FDDI (Fiber Distributed Data Interfase)

54
ALOHA

• Desarrolla a pricipios de los 70s en la
  Universidad de Hawaii.
• Existen dos versiones de tiempo continuo y de
  tiempo discreto.
• Cada estación transmite cuando lo necesita. Si se
  detecta una colisión cada transmisor espera un
  tiempo aleatorio antes de retransmitir.
• La eficiencia máxima de ALOHA continuo es 18.4,
  la de ALOHA discreto es 36.8.

55
Colisión
Retransmitir
Colisión
Retransmitir
56
CSMA

• Similar a ALOHA pero las estaciones escuchan el
  canal para detectar si esta libre antes de
  iniciar la transmisión.
• En CSMA peristente-p una estación transmite
  inmediatamente con probabilidad p al encontrar el
  canal libre 0ltplt1.
• En CSMA no persistente las estaciones solo
  monitorean el canal a intervalos discretos.

57
Comparación de ALOHA y CSMA
58
CSMA/CD

• Mejora al CSMA interrumpiendo las transmisiones
  tan pronto como se detecta una colisión.
• Se usa ampliamente en redes locales,
  particularmente en IEEE 802.3, también conocido
  como Ethernet.
• El rendimiento de todos estos protocolos depende
  del retardo de las señales en el canal.

59
Protocolos Sin Colisiones

• En el protocolo de mapa de bits, el uso del canal
  se divide en períodos de transmisión y periodos
  de contención.
• Durante el período de contención cada estación
  que desea transmitr envia un bit 1 en su ranura
  de tiempo luego las estaciones transmiten sus
  datos en el mismo orden.

60
Protocolos Sin Colisiones

• En el protocolo conteo descendente, todas las
  estaciones transmiten su dirección
  simultáneamente.
• Cuando detectan un bit 1 que no emitieron ceden
  el turno de transmisión.
• La estación con la direccion mas alta transmite.

61
Protocolos Sin Colisiones

• En los protocolos de token (testigo), un paquete
  especial circula por el medio compartido de
  estación a estación.
• Solo la estación que tiene el testigo puede
  transmitir.
• Estos protocolos garantizan un tiempo de viaje
  determinístico.
• Ejemplos de estos protocolos son IEEE 802.4, IEEE
  802.5 y FDDI

62
Protocolos de Token Ring
63
Protocolos de Contención Limitada

• Pretenden combinar las mejores características de
  los protocolos con y sin colisiones.
• Dividen a las estaciones dinámicamente en grupos.
  Cada grupo esta libre de colisiones, solo existen
  colisiones entre grupos.
• Ejemplo el protocolo de recorrido de arbol
  adaptable.

64
Protocolos con División del Canal

• Se divide el canal de transmisión en un subcanal
  de control y multiples canales para datos
  mediante FDM o TDM.
• Las estaciones utilizan el canal de control para
  acordar un canal de datos disponible por el cual
  transmitir.
• Un ejemplo de este protocolo es WDMA (Wavelength
  Division Multiple Access).

65
Protocolos paraLANs Inalámbricas

• En una red inalámbrica, las estaciones no pueden
  escuchar a todas las demás.

• Los protocolos CSMA no son adecuados ya que solo
  puede sensar la portadora en su entorno, no en el
  entorno del receptor.
• El protocolo MACA (Multiple Access with Collisión
  Avoidance) reduce el problema mediante el
  intercambio de paquetes cortos RTS y CTS.

66
Radio Celular Digital

• GSM (Global System for Mobile communications) es
  el estandar europeo y es totalmente digital.
• GSM usa 124 canales bidireccionales por FDM en la
  banda de 890 a 960 MHz.
• Cada canal se divide en 8 ranuras TDM para un
  total de 992 canales, de los cuales se usan unos
  200 en cada celda.
• Un canal puede transmitir voz o datos a 9600 bits
  por segundo.

67
CDPDCellular Digital Packet Data

• Funciona sobre los sistemas de telefonía celular
  existente (AMPS).
• No se establece una conexión cuando se desea
  enviar un paquete se toma temporalmente cualquier
  canal disponible. Es similar a CSMA.
• CDPD sigue estrechamente el modelo OSI.
• La capa de enlace de datos usa DSMA (Digital
  Sense MA). Cada estación movil escucha un canal y
  si esta ocupado salta un número aleatorio de
  canales.
• Transmite a una tasa bruta de 19.2 Kbps (9.6
  Kbps neto).

68
CDMACode División Multiple Access

• A cada estación se asigna un código (chip). Los
  chips debe ser ortogonales.
• Todas las estaciones transmiten cuando lo
  requieren. Las señales se suman.
• Las estaciones envian su código para indicar un
  bit 1 y el complemento de su código para indicar
  un bit 0.
• Las señales se separan usando los códigos de las
  estaciones.

69
IEEE 802.x
802.1 Introducción a los estandares. Primitivas.
802.2 Parte superior de la capa de enlace de datos, LLC (Logical Link Control)
802.3 Ethernet
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus)
70
IEEE 802.3

• Usa CSMA/CD.
• Para determinar el tiempo de espera en caso de
  colisión, se usa un algoritmo de retoceso
  exponencial binario
• Despues de la i-esima colisión cada estación
  espera un tiempo aleatorio entre 0 y min (2i-1
  ,1023) intervalos de 51.2 mseg.
• Despues de 16 colisiones se reporta un error a
  las capas superiores.

71
MAC en el IEEE 802.3
72
Rendimiento de IEEE 802.3
73
IEEE 802.2 (LLC)

• La capa LLC (Logical Link Control ) presenta una
  interfase común a la capa de red.
• Se basa en HDLC y proporciona tres tipos de
  servicio no confiable, reconocido y orientado a
  conexión.

74
FDDI

• Usa un protocolo de Token Ring similar a IEEE
  802.5.
• Ademas de paquetes asincrónicos FDDI puede
  transmitir datos PCM mediante reservación previa
  del ancho de banda.
• El trafico asincrónico se divide en clases de
  prioridades.

gt7
6
4
Bytes
1
6
Sin límite
1
1
1
Preámbulo
Dirección de destino
Datos
Dirección de origen
CRC
Control de frame
Delimitador final
Delimitador inicial
Estado de frame