Capa 2: Enlace: Para el acceso a los medios
La Capa de Enlace de datos, su misión es proporcionar al nivel superior un canal físico fiable para la transmisión de datos. Intenta detectar y corregir los errores. Otra función de este nivel es el control de flujo, trata de evitar que no se manden datos a una velocidad mayor de la que el receptor es capaz de recibir. También agrupa la información en tramas (agrupación de bits) que es la unidad con la que trabaja.Manera cómo se encuentran distribuidos los computadores en una red.
Canales punto a punto:
- Estrella: Todos los IMP se comunican a través de un IMP central. La fiabilidad de esta red es la del nodo central (es poco fiable).
- Anillo: La caída de un IMP no tiene porque impedir la comunicación de los demás.
- Bus: La más conocida es Ethernet.
Las líneas de comunicación no tienen porque ser líneas físicas, pueden ser líneas de radio por ejemplo.
El subnivel de acceso al medio tiene que ver con las redes por canales de difusión. Su función es arbitrar el acceso al canal cuando compiten por él.
¿Cómo repartir el canal entre las múltiples estaciones que se pueden conectar a él?
Básicamente hay dos métodos de asignación de canales:
Estáticos (multiplexación por división en el tiempo
o en la frecuencia).
Estos métodos no son apropiados para LAN’s ya que hay muchas
máquinas compartiendo la red. Además el número de
máquinas conectadas es variable. Se buscan métodos que asignen
de forma dinámica los canales como la multiplexación estadística.
El modelo de estaciones consta de N estaciones independientes, cada una de ellas genera información a transmitir agrupada en tramas. Asumimos que las estaciones están dedicadas a las comunicaciones (cuando decide enviar una trama, no hace nada más hasta que lo consigue).
Asumiremos que hay un medio único para la transmisión de las tramas, en el cual todas las estaciones vierten sus tramas y todas reciben los datos de él.
Existencia de colisiones: Si dos estaciones intentan verter sus datos en el medio a la vez.
Patrones de tiempo:
- Continuo: Las estaciones pueden verter su información en el medio
en cualquier instante.
- Ranurado: Se usa un reloj maestro que divide el tiempo en intervalos de
igual duración, cada intervalo se llama ranura o time-slot. La
transmisión de una trama solo se puede hacer coincidiendo con el
inicio de un time-slot.
Para cada time-slot se pueden dar tres situaciones:
- No se transmite ninguna trama.
- Se transmite una trama (éxito).
- Si se intentan verter en el medio más de una trama: colisión.
Detección de portadora: Se identificará con la existencia de una trama en el medio.
En cada situación optaremos por un patrón de tiempo y por la detección o no de portadora. Esto supone saber si el canal está ocupado (escuchar el canal), si está ocupado no se verterá la trama en el medio.
Los primeros métodos que se establecieron para controlar el acceso
al medio se usaron en paquetes vía radio. Se llaman protocolos
ALOHA desarrollados en los años 70 en la universidad de Hawai.
El primer protocolo fue ALOHA puro.
Las estaciones son capaces de detectar una colisión. Cuando detecta
una colisión se espera un tiempo y vuelve a transmitir los datos.
ALOHA ranurado, divide el tiempo en intervalos discretos al igual que el anterior ranurado. Como los paquetes ocupaban como mucho un time-slot se mejoró la calidad de la comunicación.
Mejora de los protocolos ALOHA, introducir la posibilidad de detectar
si el canal está siendo ocupado. Este tipo de protocolos se denomina
CSMA (Carrier Sense Multiple Access).
Dentro de los protocolos CSMA se distinguen 3 tipos:
- CSMA 1 - persistente: La estación escucha del medio, si está
libre transmite y sino sigue escuchando hasta que detectan que queda libre,
en el momento en el cual transmiten.
No es un protocolo libre de colisión, si más de una estación
están preparadas para transmitir, estarán escuchando del
medio y cuando este quede libre intentarán transmitir a la vez.
Cuando se detecta una colisión, las estaciones dejarán pasar
un tiempo aleatorio antes de volver a testear el canal.
- CSMA no - persistente: Antes de transmitir escuchan del medio, si está libre no transmiten sino que esperan un tiempo aleatorio antes de transmitir la trama. Se evitan colisiones a costa de introducir retardos.
- CSMA p - persistente: Se divide el tiempo en time-slots, la estación cuando está lista para transmitir escucha del medio, si está libre transmite con una probabilidad p, mientras con una probabilidad q=1-p espera hasta el siguiente slot.
CD = Collision Detection. Se abortan las transmisiones que colisionan.
Cuando dos estaciones que han transmitido a la vez detectan una colisión, dejan de transmitir; así ahorramos tiempo y ancho de banda.
El intervalo de contienda se produce cuando las estaciones intentan hacerse con el dominio del medio.
Es uno de los protocolos más usados (se usan en las LAN ethernet).
Una estación puede tardar en enterarse 2 veces el tiempo de propagación
entre las estaciones más alejadas de que se ha producido una colisión.
Un protocolo tiene carácter determinista cuando una estación es capaz de establecer a priori el tiempo máximo que va a tardar en ganar el acceso al medio. En caso contrario será no determinista. Para redes que conectan robots, no es bueno usar protocolos no deterministas.
Cuando la carga de la red es baja son mejores los protocolos con colisiones.
Método del Bit-Map BásicoConsiste en establecer unos periodos de contienda que constan de n slots
cada uno de ellos
(n = número de estaciones). En cada slot solo se puede transmitir
un 0 o 1 y en cada uno de esos slots solo puede transmitir una de las
estaciones.
Si la estación tiene tramas para transmitir pone un 1 en su bit correspondiente del mapa de bits. Cuando finaliza el periodo de contienda, ya está establecido el orden de acceso al medio.
Problemas: Las estaciones deben esperar al mapa de bits para poder transmitir. El método da preferencia a las estaciones con direcciones bajas.
BRAP (Broadcast Recognition with Alternating Priorities)
Cuando una estación quiere transmitir una trama, espera la llegada del bit map y empieza a transmitir la trama.
MLMA (MultiLevel MultiAccess)
Las estaciones previamente a la transmisión de sus tramas, anuncian su intención de transmitir difundiendo su dirección por la red con un formato dado.
Combinan las ventajas de los protocolos libres de colisión con los protocolos con colisión. Limitan los intervalos de contienda de manera que si tenemos 1000 estaciones, se agrupan de forma que usando un patrón de tiempo ranurado, durante el primer time-slot solo pueden transmitir las estaciones del grupo 1 y así sucesivamente.
Cuando más estaciones se introduzcan en un grupo habrá más posibilidades de colisión, pero menos retraso.
Es similar a la busca dicotómica en un vector.
Se divide las estaciones en grupos, A contiene todas las estaciones y a su vez se divide en B y C, hasta conseguir grupos de una sola estación. Durante el primer time-slot se permite transmitir a todas las estaciones del grupo A, en situaciones de mucha carga se producirán colisiones.
Estándares IEEE 802 para redes de área local
Se ha empezado a trabajar con normas de este estilo a mayores velocidades
de transmisión.
Uso de primitivas y normas con lo que van a trabajar las demás,
corresponde al nivel de enlace de datos en el modelo OSI. Se llama LLC
(Logic Link Control)
Podemos hacer unas equivalencias entre el modelo OSI y las normas IEEE 802
IEEE 802.3 y Ethernet
Aunque se suelen confundir y se suele hablar indistintamente, Ethernet y 802.3 no son equivalentes. Ethernet se desarrolló inicialmente como una tecnología de banda ancha. Otras aproximaciones optaron por la transmisión digital. La unión de todas las tecnologías que surgieron utilizando el protocolo CSMA/CD dio lugar a las normas 802.3
Intel y Xerox sentaron las bases de estas normas. Aunque la norma cubre el nivel de acceso al medio y el nivel físico, en cada norma distinguiremos estos dos niveles.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 BASE 5-------10 BASE 2--------- 1 BASE 5 -------10 BASE T---------10 BROAD 36
Velocidad Trans.:------10------------------10------------------ 1------------------ 10-----------------------10----------
Long. Max. Segm.:----500---------------- 185---------------- 250--------------- 100--------------------1800--------
Medio físico:------Coaxial grueso-Coaxial fino------------ UTP--------------- UTP---------------Coax. CATV--
Topología:---------------BUS--------------BUS-------------ESTRELLA------ ESTRELLA-------------BUS---------
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Significado del nombre: 10 BASE T
10 = velocidad de transferencia, en Mbps.
Base = indica el modo de transmisión, banda base o banda ancha
(broad).
T = hace referencia al medio físico de transmisión. En principio
trata de indicar la longitud máxima del segmento.
F = indica que el medio físico es fibra óptica.
T = cable de par trenzado.
Coaxial CATV = cable coaxial de TV, cuya impedancia es de 75W.
Aquí aunque todas las estaciones estén unidas al mismo bus, lo que representa el medio es la topología del cableado por eso aparece topología ESTRELLA.
Los conectores pueden ser de dos tipos:
- Cable coaxial BNC.
- Cable de par trenzado RJ-45.
Es posible ver tarjetas de PC con ambos tipos de conectores. La forma
de conectar estos conectores es mediante un dispositivo en forma de T.
Los conectores para el cable coaxial grueso son de otro tipo.
El cable debe estar cerrado por ambos extremos con una resistencia de
50W (en circuito abierto no funciona).
La forma más sencilla de montar una red es utilizando Concentradores o Hubs.
Para migrar de una red 10 Base T a 100 Base T sería necesario:
- Cambiar placas.
- Cambiar concentradores.
En el caso de 10 Broad 36, no cuadra la longitud del segmento (1800)
con lo que se ha explicado antes.
En banda base, la información se difunde a ambas partes simultáneamente.
En banda ancha esto no es posible, la señal se propaga en un sentido
hacia la cabecera de la red y la cabecera actúa como conversor
de frecuencias de manera que todas las estaciones emiten con frecuencia
f1 y reciben con una frecuencia f2.