II.1.1 - Repaso de niveles OSI
El esquema para un sistema final, es decir, aquel que procesa información y realiza funciones ajenas a las específicas de la red, es: 

FIGURA II.1 Modelo OSI.

En un sistema intermedio, aquel que no procesa información sino que retransmite lo que los sistemas finales generan, sólo están presentes los niveles 1 y 2, y en algunas ocasiones el 3. 

Vamos a analizar un poco más a fondo cada nivel: 

Nivel 0 o Medio Físico: 

Su finalidad es transportar la señal. Puede ser un par de cables, el aire...

Nivel 1 o Nivel Físico: 

Su objetivo es garantizar el envío de bits. Debe resolver problemas como decidir qué voltaje es un '1' y qué voltaje es un '0' o determinar cuántos microsegundos dura un bit. No está en los cables pero sí forman parte de este nivel los conectores y la codificación. 

Nivel 2 o Nivel de Enlace: 

Su objetivo es establecer una conexión fiable entre dos equipos directamente conectados. Para ello, implementará control de errores, control de acceso al medio, establecimiento de conexiones...

Nivel 3 o Nivel de Red: 

Su principal objetivo es lograr una comunicación extremo a extremo independiente de las subredes, es decir, de las tecnologías que se encuentren entre ambos extremos. Para ello, entre otras funciones, debe administrar los recursos de la red. Se encarga , por tanto, de establecer la ruta que ha de seguir un paquete, realizar control de congestión... 

Nivel 4 o Nivel de Transporte: 

Trata de garantizar una comunicación fiable extremo a extremo sin preocuparse de la red que los une. 

II.1.2 - Algunas definiciones

Diálogo: 

Comunicación entre dos entidades.

Entidades gemelas: 

Son entidades que se entienden.

Dialogo salto a salto: 

Es el diálogo entre dos entidades conectadas al mismo medio físico.

Salto: 

Paso por un vano de transmisión. Entendemos por vano un tramo de cables con sus repetidores y sus adaptadores.

Diálogo extremo a extremo: 

Es el diálogo entre dos sistemas finales.

FIGURA II.2 Diálogos entre entidades.

II.1.3 - Nivel de enlace

Vamos a fijarnos más detenidamente en el nivel de enlace. En primer lugar, para diseñar este nivel es necesario conocer algunos datos importantes del nivel físico como son:

• Probabilidad de error. 
• Caudal. 
• Retardo de Propagación: Tiempo que transcurre desde que comienza a transmitirse un bit hasta que comienza a recibirse en el destino. 
• Retardo de Transmisión: Tiempo que se tarda en poner una trama (PDU) en la línea. 

FIGURA II.3 Aspecto general de una trama.

Como ya sabemos el Nivel de Enlace comunica entidades conectadas a un mismo medio. Dentro de esta función es obligada la detección y/o la corrección de errores. Ésta se suele hacer utilizando una de las siguientes técnicas: 

FEC (Forward Error Correction): 

Son los códigos de canal, que permiten la detección y la corrección a partir de unos bits de redundancia. 

ARQ (Automatic Repeat reQuest): 

Los errores, una vez detectados, se recuperan con retransmisiones. 

a) ARQ parada y espera. 

El transmisor envía una trama y espera hasta que recibe la confirmación por parte del receptor de que la trama llegó correctamente. Gráficamente: 

FIGURA II.4 ARQ con parada y espera.

Al finalizar el envío de cada trama el transmisor dispara un TIMER. Pasado un determinado tiempo, si no ha recibido confirmación retransmite asumiendo que la trama no llegó correctamente. De forma gráfica: 

FIGURA II.5 ARQ con parada y espera : ejemplo de un error.

Pero el sistema así implementado plantearía un grave problema: si se pierde el asentimiento, el transmisor retransmitirá la trama y el receptor, que cree haber asentido la trama anterior, la recibirá como si fuese nueva. Por tanto, se corre el peligro de duplicar tramas. Para solucionar este problema, se numeran las tramas incorporando en ellas un número de secuencia. (Es algo equivalente a ponerlas nombre.) De esta forma el receptor sabrá si la trama que le llega es repetición de la anterior o es nueva. Se numeran tanto las tramas de información como las de asentimiento, aunque en cada caso el número de secuencia tiene distinto significado. El significado de la numeración es el siguiente:

• Para tramas de información: El transmisor lleva un contador con el número de tramas que ha enviado. Si, por ejemplo, ha enviado 3 tramas, a la cuarta le pondrá el número cuatro. Esta trama la denotaremos en los gráficos como I3 porque se empieza a contar desde 0, es decir, la primera trama será I0, la segunda I1, la tercera I2 y la cuarta I3. 

Aunque así explicado parezca bastante sencillo, el problema se complicará todavía un poco por hecho de que este número se introduce en el principio del espacio de la trama reservado para la información. No podemos numerar las tramas con todos los números naturales que queramos, sino que se utilizarán, como veremos en breve, los menos números posibles. (En el caso de ARQ parada y espera que nos ocupa bastará con dos números (0 y 1) para identificar las tramas. Se denomina a este sistema protocolo de bit alternante.) 
• Para tramas de asentimiento: El receptor lleva otro contador con el número de trama que está esperando, es decir, si ha recibido I0 e I1, estará esperando la trama I2 y será 2 el número del contador. Al confirmar una trama, se envía un mensaje de asentimiento o ACK con el número de este contador, lo que quiere decir que, por ejemplo, al recibir la trama I2 el contador se pondrá a 3 y se confirmará dicha trama enviando un ACK3 y no un ACK2. Con esto, el transmisor sabrá que el receptor ya tiene la trama I2 y que ha quedado a la espera de la I3. 

b) ARQ con rechazo simple. 

El objetivo es aprovechar el tiempo que pierde el transmisor esperando el ACK o asentimiento. Para ello, lo que se hace es enviar tramas también durante ese tiempo. Es fácil suponer que así implementado este sistema dará problemas. Vamos a ver qué pasaría manteniendo el protocolo de bit alternante. Por ejemplo, se manda I0 y no se recibe correctamente. A continuación, si el timer lo permite, se envían I1 e I0, siendo esta última una trama diferente de la primera pero que tiene el mismo nombre por sólo disponer del 0 y el 1 como posibles nombres. El receptor, que sigue esperando la I0 que llegó mal, despreciará I1 por no ser lo que esperaba y aceptará la segunda I0 como si fuese la primera . Por tanto, se pierden tramas y, lo que es peor, no se es consciente de ello. Veamos todo esto de forma gráfica: 

FIGURA II.6 Problema de los números de secuencia. 

De entrada, hay que añadir más números de secuencia, más posibles nombres, el problema es decidir cuántos. Los números de secuencia van codificados y ocupan sitio en la trama. Esto es, cuantos más números se empleen menos información se podrá mandar en una trama. Hay que buscar, por tanto, un compromiso entre el rendimiento y la capacidad de transmisión. Para ello hacemos uso de un concepto muy importante: Ventana de Transmisión : Se denomina así al número de tramas que se pueden transmitir antes de recibir el asentimiento de la primera. En otras palabras, el número máximo de tramas sin confirmación que el transmisor puede depositar en la red. El tamaño de la ventana de transmisión vendrá fijado esencialmente por dos motivos: 

• El primero es el número de números de secuencia. Esto es, los posibles nombres que pueden tener las tramas. No se puede reutilizar el nombre de una trama que no haya sido confirmada pues se corre el riesgo de perder tramas como hemos visto en el ejemplo anterior. 
• El segundo es la memoria disponible en el transmisor. Las tramas que no hayan sido confirmadas deben guardarse en memoria por si fuese necesaria su retransmisión. Si fijamos un tamaño de ventana mil, deberemos tener espacio en memoria para almacenar esas mil tramas. 

Con este término acabamos de definir el funcionamiento de los protocolos de ventana deslizante. En el caso de ARQ rechazo simple se añade una particularidad: al producirse un error y no llegar el asentimiento de una trama, se retransmite esa trama y todas las que se enviaron a partir de ella. 

c) ARQ con rechazo selectivo. 

En líneas generales funciona con la misma filosofía que el caso anterior. También aquí se trata de aprovechar el tiempo que el transmisor está esperando los asentimientos y también se hace transmitiendo en ese tiempo. La diferencia está en el método de retransmisión. En este caso, al producirse un error se retransmite únicamente la trama que no ha sido asentida. Con esto, se mejora aún más la capacidad de transmisión aunque se generan fuertes exigencias de memoria en el receptor. Éste debe almacenar en memoria todas las tramas que lleguen después de una errónea en espera de que ésta llegue bien para poder ordenarlas posteriormente. Veamos un ejemplo gráfico de estos dos últimos métodos. 

Para ARQ con rechazo simple: 

FIGURA II.7 ARQ con rechazo simple.

Para ARQ con rechazo selectivo: 

FIGURA II.8 ARQ con rechazo selectivo.

El rechazo selectivo lleva asociado otro concepto muy importante: Ventana de Recepción: Son las tramas que el receptor puede aceptar después de la última secuencia completa. En otras palabras, si el tamaño de la ventana de recepción es 3, las tramas permitidas van desde I0 hasta I7 y se acaba de recibir I2, aceptaremos que nos lleguen I3, I4 o I5. Cualquiera de ellas sería guardada si llegase correctamente. Pero si lo que llega es I6 se despreciará aunque sea correcta por estar fuera de la ventana de recepción. Cuando llegue I3 se habrá completado otro ciclo desde la I3 anterior hasta la que se acaba de recibir. Completar un ciclo significa que no faltan tramas intermedias. (Si se recibe I4 en vez de I3 se acepta pero no se ha completado un ciclo por faltar I3. Hay que recordar que tampoco se asiente como ya hemos visto). La consecuencia de completar un ciclo es que la ventana de recepción avanza, es decir, al llegar I3 nos ponemos a esperar I4, I5 e I6. Vamos a ver un ejemplo que nos aclare su utilización. Supongamos que el número de secuencia se codifica en 3 bits, es decir, hay 8 posibles nombres para las tramas (0..7), y que no manejamos el concepto de ventana de recepción. En un determinado momento se está esperando la llegada de trama I0 pero llega la I7. ¿Qué ha ocurrido? El problema de forma gráfica: 

FIGURA II.9 Problema con la ventana de recepción.

Existen dos posibilidades : 

• Primera posibilidad: Se ha perdido la trama I0 que estamos esperando y también las tramas I1, I2, I3, I4, I5 e I6. La que ha llegado es una trama I7 nueva que tendremos que almacenar hasta que lleguen las anteriores. 

FIGURA II.10 Primera posibilidad. 

• Segunda posibilidad: Se ha perdido el asentimiento de la trama I7, ha saltado el Timer correspondiente y la trama I7 recibida es la retransmisión de la anterior. Como ya había llegado bien se desecha. 

FIGURA II.11 Segunda posibilidad.

No hay forma de saber lo que ha ocurrido. Si hubiésemos utilizado el concepto de ventana de recepción esto no hubiera sucedido. Veamos cómo: Basta con fijar la ventana una unidad menor que el número máximo de secuencia. En este caso la fijamos a 6, lo que significa que, en la figura II.10, que la ventana de recepción quedaría cubierta con I6. Por tanto, la trama I7 se despreciará siempre. En el primer caso, ya no la aceptaremos porque está fuera de la ventana de transmisión y en el segundo por ser retransmisión de una que ya había llegado bien. Aunque no sabemos lo que ha pasado, ya sabemos lo que hay que hacer : rechazar. En realidad, las cosas funcionan correctamente si se cumple: 

donde  es el nº máximo de secuencia, 

es el tamaño de la ventana de transmisión y 

es el tamaño de la ventana de recepción.