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miércoles, 28 de noviembre de 2018
La capa de enlace de datos
La capa de enlace de datos
La capa de enlace de
datos es la responsable de del intercambio de datos entre un host cualquiera, y
la red a la que está conectado. Permitiendo una correcta comunicación entre las
capas superiores (Red, Transporte y Aplicación) y el medio físico de transporte
de datos. Su principal objetivo es la de proveer una comunicación segura entre
dos nodos pertenecientes a una misma red o subred, para ello se encarga de la
notificación de errores, de la topología de la red y el control del flujo en la
transmisión de las tramas.
Si ambos nodos
pertenecen a la misma red/subred (comunicación punto a punto) esta capa se
encarga de que los datos se envíen con seguridad a través del medio físico y
sin errores en la transmisión. 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. En la fig. 1 Se muestra como es el flujo de los datos a
partir de la capa de enlace de acuerdo al modelo OSI, de manera virtual lo
datos fluyen de la capa de red a la capa de enlace de datos y de ahí al la capa
de enlace en el siguiente nodo, la cual los prepara para enviarlos a la capa de
red. La trayectoria real incluye el paso de estos datos por la capa física del
modelo.
Característica de enlace de dato
La tarea primordial de esta capa es la de corrección de
errores. Hace que el emisor trocee la entrada de datos en tramas, las transmita
en forma secuencial y procese las tramas de asentimiento devueltas por el
receptor. Es esta capa la que debe reconocer los límites de las tramas. Si la
trama es modificada por una ráfaga de ruido, el software de la capa de enlace
de la máquina emisora debe hacer una retransmisión de la trama. Es también en
esta capa donde se debe evitar que un transmisor muy rápido sature con datos a
un receptor lento. En esta capa se ubican los bridges y switches. Protocolos
utilizados: HDLC y LLC.
Principales funciones
Establece los
medios necesarios para una comunicación confiable y eficiente entre dos
máquinas en red. Define el tipo de servicio.
* 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.
* 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).
* Define
los procedimientos para la gestión del enlace:
+ Inicio
+ Mantenimiento
+ Liberación
del enlace
Subcapas de enlace de datos
Control de enlace lógico
El control de enlace
lógico (LLC) coloca información en la trama que identifica qué protocolo de
capa de red está siendo utilizado por la trama. Esta información permite que
varios protocolos de la Capa 3, tales como IP e IPX, utilicen la misma interfaz
de red y los mismos medios.
· Control de acceso al medio (MAC)
El control de acceso al medio (MAC) proporciona a la capa de enlace de
datos el direccionamiento y la delimitación de datos de acuerdo con
los requisitos de señalización física del medio y al tipo de protocolo de capa
de enlace de datos en uso.
Protocolos de Capa 2:
·
PPP: el protocolo PPP permite establecer
una comunicación a nivel de la capa de enlace TCP/IP entre dos computadoras.
Generalmente, se utiliza para establecer la conexión a Internet de un
particular con su proveedor de acceso a través de un módem telefónico
·
Ethernet: define el uso de los dos
niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos),
especificando sus normas de funcionamiento en una WLAN. Los protocolos de la
rama 802.x definen la tecnología de redes de área local y redes de área
metropolitana.
·
HDLC: es un estándar a nivel de
enlace de datos que incluye mecanismos para la detección y corrección de
errores. Se utiliza en RDSI y en X.25, aunque no se siguen sus especificaciones
completas, ya que es un protocolo muy extenso
·
Frame Relay: es una técnica de
comunicación mediante retransmisión de tramas para redes de circuito virtual.
Consiste en una forma simplificada de tecnología de conmutación de paquetes que
transmite una variedad de tamaños de tramas para datos, perfecto para la
transmisión de grandes cantidades de datos.
·
ATM: es un modo de transferencia no
síncrono que se hizo popular en 1988 cuando se decidió que esta tecnología de
conmutación seria la usada por las futuras redes ISDN en banda ancha. El tamaño
ideal de las celdas de este protocolo fue motivo de discusión decidiendo que
serían de 53 bytes, divididos en octetos.
Protocolo de Ventana Deslizante
El protocolo de ventana deslizante permite al emisor transmitir múltiples
segmentos de información antes de comenzar la espera para que el receptor le
confirme la recepción de los segmentos, tal confirmación se llama validación, y
consiste en el envío de mensajes denominados ACK del receptor al emisor. La
validación se realiza desde el receptor al emisor y contiene el número de la
siguiente trama que espera recibir el receptor, o el de la última trama
recibida con éxito, ACK n (siendo n el número de la trama indicada). Con esta
indicación el emisor es capaz de distinguir el número de los envíos realizados
con éxito, los envíos perdidos y envíos que se esperan recibir.
Control de flujo
El control de flujo es necesario para no saturar
al receptor de uno a más emisores. Utiliza mecanismos de retroalimentación.
Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del
canal. El control de flujo conlleva dos acciones importantísimas que son la
detección de errores y la corrección de errores.
La detección de errores se utiliza para detectar errores a la
hora de enviar tramas al receptor e intentar solucionarlos. Se realiza mediante
diversos tipos de códigos del que hay que resaltar el CRC, simple paridad
(puede ser par, números de “1” par, o impar), paridad cruzada (Paridad horizontal
y vertical) y Suma de verificación.
La corrección de errores surge a partir de la detección para
corregir errores detectados y necesitan añadir a la información útil un número
de bits redundantes bastante superior al necesario para detectar y
retransmitir. Sus técnicas son variadas. El Código Hamming, Repetición,
que cada bit se repite tres veces y en caso de fallo se toma el bit que más se
repite; También puede hacerse mediante verificación de paridad
cruzada, Reed-Solomon y de goyle.
También cabe destacar los protocolos HDLC que es un control de
enlace de datos a alto nivel, orientado a bit y obedece a una ARQ de
ventana deslizante o continuo. También existen protocolos orientados a
carácter.
CAPA FISICA
La
capa física
La función de la
capa física de OSI es la de codificar en señales los dígitos binarios que
representan las tramas de la capa de Enlace de datos, además de transmitir y
recibir estas señales a través de los medios físicos (alambres de cobre, fibra
óptica o medio inalámbrico) que conectan los dispositivos de la red
La capa física de OSI proporciona los
medios de transporte para los bits que conforman la trama de la capa de Enlace
de datos a través de los medios de red. Esta capa acepta una trama completa
desde la capa de Enlace de datos y lo codifica como una secuencia de señales
que se transmiten en los medios locales. Un dispositivo final o un dispositivo
intermedio reciben los bits codificados que componen una trama.
El envío de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes
El envío de tramas a través de medios de transmisión requiere los siguientes
Elementos
de la capa física:
La capa física se
encarga de definir todos los aspectos relacionados con los elementos físicos de
conexión de los dispositivos a la red, así como de establecer los
procedimientos para transmitir la información sobre la serial física empleada.
En este sentido, puede decirse que la capa física es la encargada de definir
cuatro tipos de características de los elementos de interconexión:
- Mecánicas: se refiere a las características físicas del elemento de conexión
con la red, es decir, a las propiedades de la interfaz física con el medio
de comunicación. Por ejemplo, las dimensiones y forma del conector, el
número de cables usados en la conexión, el número de pines del conector.
el tamaño del cable, el tipo de antena, etc.
- Eléctricas: especifica las características eléctricas empleadas, por ejemplo, la
tensión usada, velocidad de transmisión, intensidad en los pines. etc.
- Funcionales: define las funciones de cada uno de los
circuitos del elemento de interconexión a la red, por ejemplo, pin X para
transmitir, pin Y para recibir, etc.
- De procedimiento: establece los pasos a realizar para transmitir
información a través del medio físico.
Esta capa ofrece a los
niveles superiores un servicio de transmisión de datos, es decir, proporciona
un mecanismo para enviar y recibir bits empleando el canal de comunicación. Es
la capa de más bajo nivel.
Algunos protocolos y
estándares que regulan aspectos de la capa física
- ANSI/TIA/EIA
568 A y B.
- ISO/IEC
11801.
- Parte
de Ethernet y del estándar IEEE 802.3.
La transmisión de
datos entre un emisor y un receptor siempre se realiza a través de un medio de
transmisión. Los medios de transmisión se pueden clasificar como guiados
y no guiados. En ambos casos, la comunicación se realiza usando
ondas electromagnéticas. En los medios guiados, por ejemplo en pares
trenzados, en cables coaxiales y en fibras ópticas, las ondas se transmiten
confinándolas a lo largo de un camino físico. Por el contrario, los medios no
guiados, también denominados inalámbricos, proporcionan un medio para transmitir
las ondas electromagnéticas sin confinarlas, como por ejemplo en la propagación
a través del aire, el mar o el vacío.
El término enlace
directo se usa para designar un camino de transmisión entre dos
dispositivos en el que la señal se propague directamente del emisor al receptor
sin ningún otro dispositivo intermedio que no sea un amplificador o
repetidor. Estos últimos se usan para incrementar la energía de la señal.
Obsérvese que este término se puede aplicar tanto a medios guiados como no
guiados.
Un medio de
transmisión guiado es punto a punto si proporciona un enlace
directo entre dos dispositivos que comparten el medio, no existiendo ningún
otro dispositivo conectado. En una configuración guiada multipunto,
el mismo medio es compartido por más de dos dispositivos.
Un medio de
transmisión puede ser simplex, half-duplex o full-duplex. En la
transmisión simplex, las señales se transmiten sólo en una única dirección;
siendo una estación la emisora y otra la receptora. En half-duplex, ambas
estaciones pueden transmitir, pero no simultáneamente. En fullduplex, ambas
estaciones pueden igualmente transmitir y recibir, pero ahora simultáneamente.
En este último caso, el medio transporta señales en ambos sentidos al mismo
tiempo.
Medios
físicos y conectores asociados.
Una representación de los bits en los
medios.
Codificación de los datos y de la
información de control.
Sistema
de circuitos del receptor y transmisor en los dispositivos de red.
En este momento del proceso de
comunicación, la capa de transporte ha segmentado los datos del usuario, la
capa de red los ha colocado en paquetes y luego la capa de enlace de datos los
ha encapsulado como tramas. El objetivo de la capa física es crear la señal
óptica, eléctrica o de microondas que representa a los bits en cada trama.
Luego, estas señales se envían por los medios una a la vez.
Otra función de la capa física es la de recuperar estas señales individuales desde los medios, restaurarlas para sus representaciones de bit y enviar los bits hacia la capa de Enlace de datos como una trama completa.
Otra función de la capa física es la de recuperar estas señales individuales desde los medios, restaurarlas para sus representaciones de bit y enviar los bits hacia la capa de Enlace de datos como una trama completa.
FUNCIONAMIENTO
Los medios no transportan la trama
como una única entidad. Los medios transportan señales, una por vez, para
representar los bits que conforman la trama.
Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:
Existen tres tipos básicos de medios de red en los cuales se representan los datos:
Ø
Cable de cobre
Ø Fibra
Ø
Inalámbrico
La presentación de los bits -es decir,
el tipo de señal- depende del tipo de medio. Para los medios de cable de cobre,
las señales son patrones de pulsos eléctricos. Para los medios de fibra, las
señales son patrones de luz. Para los medios inalámbricos, las señales son
patrones de transmisiones de radio.
Identificación de una trama
Identificación de una trama
Cuando la capa física codifica los
bits en señales para un medio específico, también debe distinguir dónde termina
una trama y dónde se inicia la próxima. De lo contrario, los dispositivos de
los medios no reconocerían cuándo se ha recibido exitosamente una trama. En tal
caso, el dispositivo de destino sólo recibiría una secuencia de señales y no
sería capaz de reconstruir la trama correctamente. Como se describió en el
capítulo anterior, indicar el comienzo de la trama es a menudo una función de
la capa de Enlace de datos. Sin embargo, en muchas tecnologías, la capa física
puede agregar sus propias señales para indicar el comienzo y el final de la
trama.
Para habilitar un dispositivo receptor
a fin de reconocer de manera clara el límite de una trama, el dispositivo
transmisor agrega señales para designar el comienzo y el final de una trama.
Estas señales representan patrones específicos de bits que sólo se utilizan
para indicar el comienzo y el final de una trama.
MODELO OSI
MODELO OSI
Pocas personas saben o entienden que el modelo OSI apareció como alternativa por parte de la ISO (Organización Internacional de Normalización) a la problemática de compartir recursos mediante internet, ya que los ordenadores tenían sistemas operativos diferentes y las marcas fabricantes tenía una idea mezquina, era que un ordenador solo se podía comunicar con otro ordenador de la misma marca, a la final se utilizó el modelo de protocolo TCP/IP y el modelo OSI se tomó como el esquema que deben seguir los dispositivos ya que parecido el modelo TCP/IP pero se entiende de una manera más detalla.
Para los estudiantes en TI el modelo OSI es importante estudiarlo ya que si se llega a entender a su totalidad al momento de ver se involucrado en la creación de una red podrá desglosar su funcionamiento mediante las capas que este tiene.
CAPAS DEL MODELO OSI
Pero antes de hablar específicamente acerca de las capas, debemos entender por qué los necesitamos.
PDU y Protocolos
Y por eso, vamos a hablar un poco de las redes de conmutación de paquetes, es decir, cuando las redes de pequeñas unidades de datos (paquetes) son enviados a una dirección de destino.
En estas redes, estas unidades se llaman PDU - Unidad de paquetes de datos, y cada uno de ellos lleva una dirección.
Ahora si hablemos de las capas del modelo OSI.
Capa Física
La capa física contempla los medios tangibles como el cable par trenzado, cable coaxial y el cable de fibra óptica, esta capa presenta los medios eléctricos y mecánicos, la señal llega a ella en forma de impulsos eléctricos 0´s y 1´s. La atmósfera también es un medio que transporta ondas de radio, microondas y luz.
un ejemplo de esto son el valor que se le da al voltaje negativo ( 0 ) y el valor que toma el voltaje positivo ( 1 ).
La Función primordial es recibir los datos en lenguaje binario 0 y 1 e iniciar el proceso (o lo contrario, introducir datos y completar el proceso).
Cuando se está realizando el enlace entre hosts o redes y este se corta o presenta inconvenientes, los datos no se podrán transmitir. Por esta razón es que el estado de los cables es fundamental para cada tipo de red.
Capa Enlace de Datos
En la capa física se realiza el envió de bits pero este no mira su significado, es en este nivel donde se descifra su significado, el mensaje se fracciona en tramas (conocido como paquete de datos, unidad de envío de datos) las tramas se envían de manera secuencial por medio de la parte tangible de la capa física, controla el flujo de paquete de datos.
Administra también la notificación de errores se ocupa del tratamiento de los errores que se produzcan en la recepción de las tramas, de eliminar tramas erróneas, solicitar retransmisiones, descartar tramas duplicadas, adecuar el flujo de datos entre emisores rápidos y receptores lentos, etc.
Un concepto importante, la dirección física (MAC address - Media Access Control) es en esa capa. La capa siguiente (3 de la red) que se ocupará de la dirección IP conocida, pero vamos a hablar cuando lo discutimos.
Protocolos utilizados en esta capa: PPP, Ethernet, FDDI, ATM, Token Ring.
Dispositivos: Interruptores, Tarjeta de red, interfaces.
El nivel de red se ocupa de encaminar los datos hacia su destino estableciendo el camino de transmisión. Este nivel elige la ruta más adecuada para que los paquetes, bloques de datos en los que el nivel de red divide los mensajes, lleguen a su destino. Para ello, se establecen prioridades para los paquetes y varias rutas alternativas.
Algunas de las funciones del nivel de red son:
· Encaminamiento: elegir la ruta más adecuada para que el bloque de datos de este nivel paquete) llegue a su destino.
· Tratamiento de la congestión evitando cuellos de botella en la red.
· Resolución de problemas relacionados con redes heterogéneas: sistemas de direccionamiento distintos, paquetes de distintas dimensiones, etc.
Protocolos: ICMP, IP, IPX, ARP, IPSEC.
Dispositivos: Routers.
sábado, 24 de noviembre de 2018
Arquitectura de las Redes y Datos
ARQUITECTURA DE LA RED DE
DATOS
Primeramente,
para entender el tema tenemos que comprender los siguientes términos:
- Arquitectura: Arte y técnica de diseñar, proyectar y construir.
- Red: Estructura que cuenta con un patrón característico, también conocido como malla.
- Dato: Se refiere a la información compartida en la Red.
Es
un sistema funcional compuesto de equipos de transmisión, programas y
protocolos de comunicación; de una infraestructura alámbrica o
radioeléctrica que permite la transmisión de datos entre los diferentes
componentes, Contiene las siguientes características.
Características de
la Arquitectura
- Separación
de funciones
Dado que las redes separa los usuarios y
los productos que se venden evolucionan con el tipo, debe haber una forma de
hacer que las funciones mejoradas se adapten a la última . Mediante la
arquitectura de red el sistema se diseña con alto grado de modularidad, de
manera que los cambios se puedan hacer por pasos con un mínimo de
perturbaciones.
- Amplia
conectividad
El objetivo de la mayoría de las redes
es proveer conexión optima entre cualquier cantidad de nodos, teniendo en
consideración los niveles de seguridad que se puedan requerir.
- Recursos
compartidos
Mediante las arquitecturas de red se
pueden compartir recursos tales como impresoras y bases de datos, y con esto a
su vez se consigue que la operación de la red sea mas eficiente y económica.
- Administración
de la red
Dentro de la arquitectura se debe
permitir que el usuario defina, opere, cambie, proteja y de mantenimiento a la
de.
- Facilidad
de uso
Mediante la arquitectura de red los
diseñadores pueden centra su atención en las interfaces primarias de la red y
por tanto hacerlas amigables para el usuario.
- Normalización
Con la arquitectura de red se alimenta a
quienes desarrollan y venden software a utilizar hardware y software
normalizados. Mientras mayor es la normalización, mayor es la colectividad y
menor el costo.
- Administración
de datos
En las arquitecturas de red se toma en
cuenta la administración de los datos y la necesidad de interconectar los
diferentes sistemas de administración de bases de datos.
- Interfaces
En las arquitecturas también se definen
las interfaces como de persona a red, de persona y de programa a programa. De
esta manera, la arquitectura combina los protocolos apropiados (los cuales se
escriben como programas de computadora) y otros paquetes apropiados de software
para producir una red funcional.
- Aplicaciones
En las arquitecturas de red se separan
las funciones que se requieren para operar una red a partir de las aplicaciones
comerciales de la organización. Se obtiene más eficiencia cuando los
programadores del negocio no necesitan considerar la operación.
Frente
a esto se destaca la utilización de las topologías teniendo en cuenta la tipología
TOPOLOGÍA
La
topología de red se define como el mapa físico o lógico de una red para intercambiar
datos. Estas son unas de las mas conocidas.
- Topología en anillo
Es
cuando un dispositivo se conecta únicamente con dos entre sí, la información o
los datos viajan de nodo a nodo en un solo sentido, En el caso de que un nodo falle, toda la red quedara incomunicada.
- Topología en Bus
·
Topología
en Malla
Cualquier dispositivo se puede comunicar
con otro que forme parte de la red, sin crear interferencia alguna
entre ello.
- Topología en estrella
Existe un ordenador central o
servidor al que todas las estaciones de trabajo están conectadas directamente.
Una Red también se compone de dispositivos primordiales como:
- Servidores, administradores de la información y de todo el proceso en sí.
- Pach Panel´s, también conocido como panel de conexiones son los sistemas que se encargan de organizar todo el cableado necesario.
- Hubs, amplifican la señal que toma protagonismo en ese intercambio de información.
- Los cables, son el medio alámbrico por el cual se conectan lo dispositivos a una red.
LOS TIPOS DE REDES
En las arquitecturas de redes, encontramos así los tipos de Redes,
que son la forma en la que trabaja una red de internet o el alcance que esta
posee.
Red PAN
La red de área personal, es aquella que comunica distintos
dispositivos siempre y cuando estos estén cercanos al punto de acceso.
Red LAN
La red de área local, es el tipo de red que conecta los dispositivos
en un área limitada, se encuentra en colegios o universidades.
Red MAN
La red de área metropolitana, es una red de carácter regional,
esto quiere decir que es utilizada en las grandes ciudades o empresas ya que puede
ser de carácter pública o privada.
Red WAN
La red de área amplia, es aquella que se comunica con varias
redes aun cuando estas no estén en la misma área física.
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