Este documento describe varios aspectos de la capa de enlace de datos en las comunicaciones. Explica conceptos como detección y corrección de errores, protocolos elementales de enlace de datos como símplex y protocolos de ventana corrediza. También cubre temas como verificación de protocolos usando máquinas de estado finito y redes de Petri. Finalmente, presenta ejemplos de protocolos de enlace de datos como HDLC y PPP.

1. COMUNICACIONES Miguel Alexander Montoya T.7mo Sistemas miguelmontoya69@hotmail.com

3. 3. LA CAPA DE ENLACE DE DATOS 3.1 CUESTIONES DE DISEÑO DE LA CAPA DE ENLACE DE DATOS 3.1.1 Servicios proporcionados a la capa de red 3.1.2 Entramado 3.1.3 Control de errores 3.1.4 Control de flujo 3.2 DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE ERRORES 3.2.1 Códigos de corrección de errores 3.2.2 Códigos de detección de errores 3.3 PROTOCOLOS ELEMENTALES DE ENLACE DE DATOS 3.3.1 Un protocolo símplex sin restricciones 3.3.2 Protocolo símplex de parada y espera 3.3.3 Protocolo símplex para un canal con ruido

4. 3.4 PROTOCOLOS DE VENTANA CORREDIZA Una mejor idea es utilizar el mismo circuito para datos en ambas direcciones. Analizando el campo de tipo (kind) en el encabezado de una trama de entrada, el receptor puede saber si la trama es de datos o de confirmación de recepción. Mejora: La técnica de retardar temporalmente las confirmaciones de recepción para que puedan viajar en la siguiente trama de datos de salida se conoce como superposición (piggybacking). ventaja principal es un mejor aprovechamiento del ancho de banda disponible del canal.

5. Los siguientes tres protocolos son bidireccionales y pertenecen a una clase llamada protocolos de ventana corrediza. En ellos, al igual que en todos los protocolos de ventana corrediza, cada trama de salida contiene un número de secuencia, que va desde 0 hasta algún número máximo. Por lo general, éste es 2n − 1, por lo que el número de secuencia encaja perfectamente en un campo de n bits. El protocolo de ventana corrediza de parada y espera utiliza n = 1, y restringe los números de secuencia de 0 y 1, pero las versiones más refinadas pueden utilizar un n arbitrario. La esencia de todos los protocolos el canal físico de comunicación es “de tipo alambre”, es decir, que debe entregar todas las tramas en el orden en que fueron enviadas.

6. En la siguiente figura se muestra un ejemplo con un tamaño máximo de ventana de 1. Inicialmente no hay tramas pendientes, por lo que los extremos de la ventana del emisor son iguales, pero a medida que pasa el tiempo, la situación progresa como se muestra.

7. 3.4.1 Un protocolo de ventana corrediza de un bit Tal protocolo utiliza parada y espera, ya que el emisor envía una trama y espera su confirmación de recepción antes de transmitir la siguiente. En la siguiente figura 3-14 se presenta tal protocolo. Como los demás, comienza por definir algunas variables. Next_frame_to_sendindica qué trama está tratando de enviar el emisor. De manera semejante, frame_expectedindica qué trama espera el receptor. En ambos casos, 0 y 1 son las únicas posibilidades.

9. En la figura 3-15 se muestra este problema de sincronización. En la parte (a) se muestra la operación normal del protocolo. En (b) se ilustra la peculiaridad. Si B espera la primera trama de A antes de enviar la suya, la secuencia es como se muestra en (a), y todas las tramas son aceptadas. Sin embargo, si A y B inician la comunicación simultáneamente, se cruzan sus primeras tramas y las capas de enlace de datos entran en la situación (b).

10. 3.4.2 Protocolo que usa retrocesoN Técnica conocida como canalización. La capa de enlace de datos receptora está obligada a entregar paquetes a la capa de red en secuencia. En la figura 3-16 se muestran los efectos de la canalización en la recuperación de un error.

11. Hay dos métodos básicos para manejar los errores durante la canalización: Una manera, llamada retroceso n,El receptor rechaza todos los paquetes recibidos a partir de detectar uno con error en el número de secuencia. Al detectar el paquete erróneo envía una señal. Luego el emisor comienza con la retransmisión de todos los paquetes descartados por el receptor. Los paquetes estaban en el buffer esperando validación. No es un método efectivo, pierde mucho tiempo en la retransmisión

12. La otra estrategia, Repetición Selectiva: Tamaño ventana recepción>1. El receptor descarta únicamente el paquete erróneo y acepta los que llegan detrás almacenándolos en el buffer de recepción. Al detectar el paquete erróneo envía una señal. Luego el emisor comienza con la retransmisión del paquete descartado por el receptor. El paquete estaba en el buffer esperando la validación. El receptor al recibir la retransmisión correcta del anterior paquete erróneo lo almacena en el buffer con el resto de los paquetes recibidos y los ordena, para posteriores tratamientos. Es un método efectivo, optimiza al máximo la retransmisión

14. 3.4.3 Protocolo que utiliza repetición selectiva Una estrategia alterna para el manejo de errores es permitir que el receptor acepte y coloque en búferes las tramas que siguen a una trama dañada o perdida. Tal protocolo no rechaza tramas simplemente porque se dañó o se perdió una trama anterior. En este protocolo, tanto el emisor como el receptor mantienen una ventana de números de secuencia aceptables. El tamaño de la ventana del emisor comienza en 0 y crece hasta un máximo predefinido, MAX_SEQ. La ventana del receptor, en cambio, siempre es de tamaño fijo e igual a MAX_SEQ.

15. La recepción no secuencial introduce ciertos problemas que no se presentan en los protocolos en los que las tramas sólo se aceptan en orden.

16. 3.5 VERIFICACIÓN DE LOS PROTOCOLOS Investigación para encontrar modelos y técnicas matemáticas formales con las cuales especificar y verificar los protocolos. 3.5.1 Modelos de máquinas de estado finito Concepto clave empleado en muchos modelos de protocolos Con esta técnica, cada máquina de protocolo (es decir, emisor o receptor) siempre está en un estado específico en cualquier instante. Su estado consiste en todos los valores de sus variables, incluido el contador de programa.

17. Un estado en particular se designa como estado inicial. Usando técnicas bien conocidas de la teoría de grafos (por ejemplo, calculando el cierre transitorio de un grafo), es posible determinar los estados que son alcanzables y los que no. Esta técnica se denomina análisis de asequibilidad. Formalmente, un modelo de máquina de estados finitos de un protocolo se puede considerar como un cuádruple (S, M, I, T), donde: Ses el conjunto de estados en que pueden estar los procesos y el canal. M es el conjunto de tramas que pueden intercambiarse a través del canal. Ies el conjunto de estados iniciales de los procesos. T es el conjunto de transiciones entre los estados.

18. 3.5.2 Modelos de red de Petri Una red de Petri tiene cuatro elementos básicos: lugares, transiciones, arcos y tokens. Un lugar representa un estado en el que puede estar parte del sistema. En la figura 3-22 se muestra una red de Petri con dos lugares, A y B, que aparecen como círculos. El sistema actualmente está en el estado A, indicado por el token(punto grueso) en el lugar A. Se utiliza una barra horizontal o vertical para indicar una transición. Cada transición tiene cero o más arcos de entrada, que llegan de sus lugares de entrada, y cero o más arcos de salida, que van a sus lugares de salida.

19. 3.6 EJEMPLOS DE PROTOCOLOS DE ENLACE DE DATOS Examinaremos varios protocolos de enlace de datos de amplio uso. El primero, HDLC, es un protocolo clásico orientado a bits cuyas variantes se han utilizado durante décadas en muchas aplicaciones. El segundo, PPP, es un protocolo de enlace utilizado para conectar a Internet computadoras domésticas.

20. 3.6.1 HDLC—Control de Enlace de Datos de Alto Nivel Un poco antiguos, se siguen utilizando ampliamente en redes de todo el mundo. Todos los protocolos orientados a bits utilizan la estructura de trama mostrada en la figura 3-24. El campo de Dirección es de importancia primordial en las líneas con múltiples terminales, pues sirve para identificar una de las terminales. En líneas punto a punto a veces se usan para distinguir los comandos de las respuestas.

21. El campo deControl se utiliza para números de secuencia, confirmaciones de recepción y otros propósitos, como se explicará más adelante. El campo deDatos puede contener cualquier información y puede tener una longitud arbitraria, aunque la eficiencia de la suma de verificación disminuye conforme el tamaño de la trama aumenta, debido a la mayor probabilidad de múltiples errores en ráfaga. El campo de Suma de verificación es un código de redundancia cíclica que utiliza la técnica que examinamos en la sección 3.2.2. Hay tres tipos de tramas: de información, de supervisión y no numeradas. A pesar de su uso extendido, HDLC está lejos de ser perfecto.

22. 3.6.2 La capa de enlace de datos en Internet Examinaremos los protocolos de enlace de datos usados en las líneas punto a punto de Internet. En la práctica, la comunicación punto a punto se utiliza principalmente en dos situaciones. Primero, miles de organizaciones tienen una o más LANs, cada una con cierta cantidad de hosts (computadoras personales, estaciones de trabajo, servidores y otros) junto con un enrutador (o un puente, que funcionalmente es parecido). La segunda situación en la que las líneas punto a punto desempeñan un papel principal en Internet son los millones de personas que tienen conexiones domésticas a Internet a través de módems y líneas de acceso telefónico.

23. En la figura 3-26 se ilustra una PC doméstica que llama a un proveedor de servicios de Internet. El módem que se muestra es externo a la computadora para enfatizar su papel, pero las computadoras modernas tienen módems internos.

24. PPP—Protocolo Punto a Punto Internet necesita de un protocolo punto a punto para diversos propósitos, entre ellos para el tráfico enrutador a enrutador y tráfico usuario doméstico a ISP. 1. Un método de entramado que delinea sin ambigüedades el final de una trama y el inicio de la siguiente. 2. Un protocolo de control de enlace para activar líneas, probarlas, negociar opciones y desactivarlas ordenadamente cuando ya no son necesarias. Este protocolo se llama LCP (Protocolo de Control de Enlace). 3. Un mecanismo para negociar opciones de capa de red con independencia del protocolo de red usado. El método escogido consiste en tener un NCP (Protocolo d Control de Red) distinto para cada protocolo de capa de red soportado.

25. El formato de trama de PPP se escogió de modo que fuera muy parecido al de HDLC. La diferencia principal entre PPP y HDLC es que el primero está orientado a caracteres, no a bits. El formato de trama PPP se muestra en la figura 3-27

26. Se utiliza LCP para negociar las opciones del protocolo de enlace de datos durante la fase ESTABLECER. El protocolo LCP no se ocupa realmente de las opciones mismas, sino de los mecanismos de negociación, acepte o rechace. LCP también permite que las líneas se desactiven cuando ya no se necesitan.

27. Hay 11 tipos de tramas LCP definidas en el RFC 1661, y se listan en la figura 3-29. Los cuatro tipos de configuración permiten que el iniciador (I) proponga valores de opción y que el contestador (R) las acepte o las rechace. En el último caso, el contestador puede hacer una propuesta alterna o anunciar que no está dispuesto a negociar en absoluto. Las opciones negociadas y sus valores propuestos son parte de las tramas LCP.