Capa Enlace Datos

Redes Telemáticas
Sesión de Aprendizaje 4.
Capa de
Enlace de Datos

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, Transporte 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.

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.

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, transfiriéndolas 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.

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 prohíben 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).

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:

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 direccionamiento: el 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.

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 posee 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.

Tarjetas de red
Para realizar todas estas funciones, la Capa de Enlace de Datos se basa
en un componente físico fundamental, la tarjeta de red.
Tarjetas de red.-
El componente físico fundamental de esta capa es la tarjeta 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.

Tarjetas de red
Cada tarjeta de red posee 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 posee. 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 Organizacional Único (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.

Tarjetas de red
El gran 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.

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:
inicio de
trama
dirección
longitud/
tipo
datos FCS
fin de
trama

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.

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 desea enviar y los bytes encapsulados que se desea que lleguen al host
destino. Además, se añaden a este campo unos bytes adicionales, denominados
bytes de relleno, con objeto 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.

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 tarjetas de red de ambos host (direcciones físicas).
Cuando el host A desea 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.

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 dirección
física obtenida.

Protocolo ARP
El protocolo ARP permite 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, pues su dirección MAC es conocida.

Protocolo ARP
ARP es 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
extrae del mismo la pareja IP-MAC y la incorpora a su tabla. De esta forma se va
construyendo la tabla dinámicamente.

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, pues reducen el tráfico en la misma al evitar preguntas ARP
innecesarias.
tabla ARP
dirección IP dirección física
212.5.26.1 26-5A-C5-42-FD-11
212.5.26.2 2C-2A-48-A6-36-00
212.5.26.3 5D-F1-80-02-A7-93

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.

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 comando os aparecerá la entrada ARP del router o
proxy que uséis para salir a Internet. En mi caso he obtenido la siguiente
entrada:

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.

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.

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.

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).

Capa física
Modelo de Referencia
Capa de enlace de datosCapa de enlace de datosCapa de enlace de datosCapa de enlace de datosCapa de enlace de datosCapa de enlace de datos
Capa de red
Capa de transporte
Capa de aplicación

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.

Comunicación en la
Capa física
Capa de enlace de datos
Capa de red
Capa de transporte
Capa de aplicación
Capa física
Capa de enlace de datos
Capa de red
Capa de transporte
Capa de aplicación
Virtual
Real

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.

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.

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.

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 = x12+x11+x3+x2+x+1
CRC-16 = x16+x15+x2+1
CRC-CCITT = x16+x12+x5+1
División módulo 2
Coeficientes del G(x) son 0 ó 1
Mensaje a transmitir M(x)
Seleccionar polinomio
generador G(x) de grado r
R(x) := Residuo(xrM(x) / G(x))
T(x) := xrM(x) xor R(x)
Transmitir T(x)
Equivale a una resta módulo 2.
T(x) es divisible por G(x)

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.

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

Protocolo PAR
Positive
Acknowledgment
with Retransmission
Unidireccional
Tolera errores y
paquetes perdidos
1
2
2
1
2
2
3
3
3
3
Transmisor Receptor

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 data[MAX_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;

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 */}
} } } }

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 */
}
}
}
Protocolo PAR (receptor)

Protocolo de
Ventana 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.

Protocolo de
Ventana 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 */

Protocolo de
Ventana 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 */
}
}

Otros Protocolos de
Ventana Deslizante

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
01111110 Dirección Control Datos CRC 01111110
8 8 8 816>0Bits

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.

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.

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.

Point to Point Protocol (PPP)
01111110 11111111 00000011 Datos CRC 01111110
1 1 1 816VariableBytes
Protocolo
1 o 2
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.

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.
VPI VCI PTI CLP HEC Datos
12 16 3 38481Bits

Capa de
Enlace de Datos
Subcapa de aceso al medio

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.

Medio Compartido
Recibido
No es
para mí

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 ∆t) = λ∆ t
Canal único.
Colisión.
Tiempo continuo o discreto.
Con o sin sin detección de portadora.

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)

Colisión
Retransmitir
Retransmitir
Colisión

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 0<p<=1.
En CSMA no persistente las estaciones solo
monitorean el canal a intervalos discretos.

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.

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.

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.

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

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.

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).

Protocolos para
LANs 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.

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.

CDPD:
Cellular 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).

CDMA:
Code 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.

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)

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 µseg.
Despues de 16 colisiones se reporta un
error a las capas superiores.

MAC en el IEEE 802.3
Preámbulo
Dirección
de destino
FS N RellenoDatos
Dirección
de origen
CRC
Longitud del
campo de datos
10101010
5.6ms a
10 MHZ
Inicio de Frame
10101011
7 6 0-1500 42Bytes 1 6 0-46
Dirección
de destino
LAB
1 46Bits 1
Dirección de grupo
Dirección local
• Dirección asignada por el usuario,
• Dirección global (unica, 7x1013 posibilidades)
asignada por el fabricante.
• Dirección de broadcast (1111 …1111)
Tamaño mínimo del
Frame 64 bytes

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.

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.
Preámbulo
Dirección
de destino
Datos
Dirección
de origen
CRC
Delimitador inicial
>7 6 4Bytes 1 6
Control de frame Delimitador final
Estado de frame
Sin límite1 1 1

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