Introduction and services

De Departamento de Informatica
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Fases de un protocolo a nivel de enlace de datos

En el capítulo de “La capa de enlace y las redes de área local” se profundizará en cómo se envían los paquetes a través de los enlaces individuales que forma la ruta de comunicación, cómo se encapsulan los datagramas de la capa de red en los frames de la capa de enlace para la transmisión a través de un enlace individual, si los protocolos de la capa de enlace permiten una transferencia de datos fiable, y si pueden utilizarse diferentes protocolos de la capa de enlace en los distintos enlaces. También se detallarán las diversas tecnologías importantes de la capa de enlace, Ethernet y protocolo punto a punto (PPP). En particular esta página es una introducción a la capa de enlace y sus servicios.


Contenido

Capa de enlace: Introducción y Servicios

Usaremos las siguientes definiciones:

  • Nodo: host y routers.
  • Enlaces: canales de comunicación que conectan nodos adyacentes a lo largo de la ruta de comunicaciones.
  • Frames o tramas: unidades de datos intercambiadas por un protocolo de la capa de enlace. Cada uno de éstos encapsula un datagrama de la capa de red.

Esta capa permite que un datagrama sea transferido desde un nodo origen a un nodo destino (por medio de su encapsulamiento en frames) mediante cada enlace individual que conforma la ruta.


Servicios proporcionados por la capa de enlace

Esta capa proporciona un protocolo que se encarga de definir el formato de los paquetes que se intercambian por medio de los nodos, y las acciones que éstos realizan con los paquetes.

Los protocolos de la capa de enlace tienen como fin mover los datagramas de un nodo a otro nodo por medio de un único enlace dentro de la ruta. Es importante saber que un mismo datagrama pueda ser transportado por diferentes protocolos en los distintos enlaces de la ruta. (en un link por Ethernet, en otro por PPP, etc)

Existe la posibilidad de que los servicios que ofrecen los diferentes protocolos de la capa de enlace sean distintos (algunos proporcionan una entrega de datos fiable, mientras que otros no), es por ello que ésta ofrece ciertos servicios adicionales para una correcta entrega de los datagramas. Muchos de los servicios que proporciona esta capa tienen muchas similitudes con los que presenta la capa de transporte, sin embargo la diferencia radica en la implementación de estos.

Estos servicios pueden ser:

  • Entramado: en esta capa, los datos se organizan en unidades llamadas frames, los que poseen un campo de datos en los cuales se inserta el datagrama, y a demás posee una cabecera que incluye una dirección e información de control y una cola que se usa para la detección de errores.
Imagen de Trama o Frame
  • Acceso al enlace: un protocolo de acceso al medio (MAC, Medium Access Control) especifica las reglas que se utilizan para transmitir un frame a través del enlace. En enlaces punto a punto (con un receptor, ó con protocolo MAC simple o inexistente) el emisor es capaz de enviar un frame siempre que el enlace esté inactivo. Si existen varios nodos compartiendo el mismo enlace (acceso múltiple), MAC coordina la transmisión de los frames entre los múltiples nodos.
  • Entrega fiable: si el protocolo de la capa de enlace da servicio de entrega fiable, garantiza que los datagramas se transportarán sin errores. Este servicio generalmente se implementa mediante reconocimiento y retransmisión, y es utilizado la mayoría de las veces en enlaces que poseen una gran tasa de error, como los enlaces inalámbricos por ejemplo, para corregir el error en el enlace en que se produce (localmente), evitando que protocolos de la capa de transporte o de aplicación realicen la retransmisión (para enlaces cableados generalmente no se proporciona por considerarse una sobrecarga innecesaria por tener baja tasa de error de bits).
  • Control de flujo: evita que el nodo receptor se vea sobrepasado cuando el nodo emisor le envía los frame. Ambos nodos tienen una capacidad limitada de buffer para almacenar frames, por lo que el nodo receptor puede recibir más frames de los que puede procesar en un cierto tiempo. Sin un control de flujo, el buffer receptor podría desbordarse con los frames que se le enviaron y éstos se perderían.
  • Detección de errores: las señales están expuestas a atenuación y ruido electromagnético. Es por esto que varios protocolos de la capa de enlace poseen mecanismos de detección de errores de bit, haciendo que el nodo que transmite incluya bits de detección de errores en el frame. La detección de errores en la capa de enlace es generalmente más sofisticada que la suma de comprobación (capa de transporte y de red).
  • Corrección de errores: se complementa con la detección de errores; el nodo receptor también en qué puntos del frame se produjeron los errores, y luego los corrige. Algunos protocolos en la capa de enlace sólo corrigen errores en la cabecera de los paquetes.
  • Semiduplex y full-duplex: cuando los nodos de ambos extremos pueden transmitir paquetes al mismo tiempo, se dice que la transmisión es full-duplex. Cuando un nodo no puede transmitir y recibir al mismo tiempo, la transmisión es semiduplex.

Podemos notar que muchos de los servicios ofrecidos por la capa de enlace son análogos a los de la capa de transporte, pero no necesariamente son idénticos. Así como la entrega fiable en la capa de transporte ocurre con segmentos entre dos procesos, en la capa de enlace la entrega fiable es con frames entre dos nodos conectados mediante un único enlace (adyacentes).

¿Dónde se implementa la capa de enlace?

La capa de enlace se implementa en un adaptador de red, también conocido como interfaz de red o tarjeta de red. El chip contenido en ello es lo que implementa los servicios que mencionamos más arriba, a nivel de hardware, es decir, dependen del controlador del dispositivo. En la actualidad, la mayoría de los adaptadores de red vienen integrados en la placa madre de los computadores.

Adaptador de Red

El controlador del host que emite toma un datagrama creado por capas superiores, lo encapsula en un frame, y luego transmite ese frame a la capa de comunicaciones. El controlador del host que recibe, toma el frame completo y extrae el datagrama correspondiente. Si la capa de enlace provee el servicio de detección de errores, entonces el controlador del emisor es el que añade esos bits a la cabecera del frame. Si la capa realiza control de flujo, entonces tanto el controlador emisor como receptor se envían esta información mutuamente.

Si bien la mayor parte del funcionamiento de la capa de enlace ocurre en el hardware, existe cierto software que se ejecuta en la CPU del host, por ejemplo, la recepción del datagrama desde la capa de red, la activación del hardware del controlador y otras funciones de mayor nivel. El software del host receptor maneja las condiciones de error y entrega los datagramas a la capa de red.

Comunicación de adaptadores de red

Así, podemos decir que la capa de enlace es una combinación de hardware y software. Entonces, los adaptadores de red son dispositivos semi-autónomos que transfieren frames entre sí. Se está investigando la posibilidad de añadir más funcionalidad directamente en el hardware de los adaptadores, para mejorar su rendimiento, por ejemplo, al calcular las sumas de comprobación.

Referencias

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