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capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos , o capa 2 , es la segunda capa del modelo OSI de siete capas para redes informáticas . Esta capa es la capa de protocolo que transfiere datos entre n...

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La capa de enlace de datos , o capa 2 , es la segunda capa del modelo OSI de siete capas para redes informáticas . Esta capa es la capa de protocolo que transfiere datos entre nodos en un segmento de red a través de la capa física . [ 2 ] La capa de enlace de datos proporciona los medios funcionales y procedimentales para transferir datos entre entidades de red y también puede proporcionar los medios para detectar y posiblemente corregir errores que puedan ocurrir en la capa física.

La capa de enlace de datos se encarga de la entrega local de tramas entre nodos del mismo nivel de la red. Las tramas de enlace de datos, como se denominan estas unidades de datos del protocolo , no cruzan los límites de una red de área local. El enrutamiento entre redes y el direccionamiento global son funciones de capas superiores, lo que permite que los protocolos de enlace de datos se centren en la entrega local, el direccionamiento y la gestión del medio. De este modo, la capa de enlace de datos es análoga a un agente de tráfico vecinal; se esfuerza por mediar entre las partes que compiten por el acceso a un medio, sin preocuparse por su destino final. Cuando los dispositivos intentan usar un medio simultáneamente, se producen colisiones de tramas. Los protocolos de enlace de datos especifican cómo los dispositivos detectan y se recuperan de dichas colisiones, y pueden proporcionar mecanismos para reducirlas o prevenirlas.

Ejemplos de protocolos de enlace de datos son Ethernet , los protocolos Wi-Fi IEEE 802.11 , ATM y Frame Relay . En el conjunto de protocolos de Internet (TCP/IP), la funcionalidad de la capa de enlace de datos está contenida dentro de la capa de enlace , la capa más baja del modelo descriptivo, que se supone independiente de la infraestructura física.

Función

El enlace de datos permite la transferencia de tramas de datos entre hosts conectados al enlace físico. Dentro de la semántica de la arquitectura de red OSI, los protocolos de la capa de enlace de datos responden a las solicitudes de servicio de la capa de red y cumplen su función emitiendo solicitudes de servicio a la capa física . Esta transferencia puede ser fiable o no fiable ; muchos protocolos de enlace de datos no incluyen confirmaciones de recepción y aceptación de tramas, e incluso algunos no realizan ninguna comprobación de errores de transmisión. En estos casos, los protocolos de nivel superior deben proporcionar control de flujo , comprobación de errores, confirmaciones y retransmisión.

La cabecera de la trama contiene las direcciones de origen y destino, que indican qué dispositivo originó la trama y qué dispositivo se espera que la reciba y procese. A diferencia de las direcciones jerárquicas y enrutables de la capa de red, las direcciones de la capa 2 son planas, lo que significa que ninguna parte de la dirección puede utilizarse para identificar el grupo lógico o físico al que pertenece.

En algunas redes, como las redes de área local IEEE 802 , la capa de enlace de datos se describe con mayor detalle mediante las subcapas de control de acceso al medio (MAC) y control de enlace lógico (LLC); esto significa que el protocolo IEEE 802.2 LLC se puede utilizar con todas las capas MAC de IEEE 802, como Ethernet, Token Ring , IEEE 802.11 , etc., así como con algunas capas MAC que no son 802, como FDDI . Otros protocolos de capa de enlace de datos, como HDLC , están especificados para incluir ambas subcapas, aunque algunos otros protocolos, como Cisco HDLC , utilizan el encuadre de bajo nivel de HDLC como una capa MAC en combinación con una capa LLC diferente. En el estándar ITU-T G.hn , que proporciona una forma de crear una red de área local de alta velocidad (hasta 1 Gigabit/s) utilizando el cableado doméstico existente ( líneas eléctricas , líneas telefónicas y cables coaxiales ), la capa de enlace de datos se divide en tres subcapas (convergencia de protocolo de aplicación, control de enlace lógico y control de acceso al medio).

Subcapas

La capa de enlace de datos se divide a menudo en dos subcapas: control de enlace lógico (LLC) y control de acceso al medio (MAC). [ 3 ]

La subcapa superior, LLC, multiplexa los protocolos que se ejecutan en la capa de enlace de datos y, opcionalmente, proporciona control de flujo, acuse de recibo y notificación de errores. La LLC proporciona direccionamiento y control del enlace de datos. Especifica los mecanismos que se utilizarán para direccionar las estaciones a través del medio de transmisión y para controlar los datos intercambiados entre las máquinas de origen y destino.

subcapa de control de acceso a medios

MAC puede referirse a la subcapa que determina quién tiene permiso para acceder al medio en un momento dado (por ejemplo, CSMA/CD ). Otras veces, se refiere a una estructura de trama que se entrega en función de las direcciones MAC que contiene.

Generalmente existen dos formas de control de acceso a los medios: distribuido y centralizado. [ 4 ] Ambas pueden compararse con la comunicación entre personas. En una red compuesta por personas que hablan, es decir, una conversación, cada una hará una pausa de tiempo aleatorio y luego intentará hablar de nuevo, estableciendo así un juego largo y complejo de decir "no, tú primero".

La subcapa de control de acceso al medio también realiza la sincronización de tramas , que determina el inicio y el final de cada trama de datos en el flujo de bits de transmisión . Esto implica uno de varios métodos: detección basada en temporización, conteo de caracteres, relleno de bytes y relleno de bits.

  • El método basado en el tiempo requiere una cantidad de tiempo específica entre fotogramas.
  • El conteo de caracteres registra la cantidad de caracteres restantes en el encabezado del marco. Sin embargo, este método se ve fácilmente afectado si este campo se corrompe.
  • El relleno de bytes precede a la trama con una secuencia de bytes especial, como DLE STX , y la sigue con DLE ETX . Las apariciones de DLE (valor de byte 0x10) deben escaparse con otro DLE. Las marcas de inicio y fin se detectan en el receptor y se eliminan, al igual que los caracteres DLE insertados.
  • De forma similar, el relleno de bits reemplaza estas marcas de inicio y fin con indicadores que consisten en un patrón de bits especial (por ejemplo, un 0, seis bits 1 y un 0). Las ocurrencias de este patrón de bits en los datos que se van a transmitir se evitan insertando un bit. Para usar el ejemplo donde el indicador es 01111110, se inserta un 0 después de 5 1 consecutivos en el flujo de datos. Los indicadores y los 0 insertados se eliminan en el extremo receptor. Esto permite tramas arbitrariamente largas y una fácil sincronización para el receptor. El bit relleno se agrega incluso si el siguiente bit de datos es 0, lo que no podría confundirse con una secuencia de sincronización , de modo que el receptor puede distinguir inequívocamente los bits rellenos de los bits normales.

Servicios

Los servicios que proporciona la capa de enlace de datos son:

Detección y corrección de errores

Además de la gestión de tramas, la capa de enlace de datos también puede detectar y corregir errores de transmisión. Para que un receptor detecte errores de transmisión, el emisor debe añadir información redundante, como un código de detección de errores, a la trama enviada. Cuando el receptor recibe una trama, verifica si el código de detección de errores recibido coincide con un código de detección de errores recalculado.

Un código de detección de errores se define como una función que calcula la cantidad de bits redundantes ( r ) correspondiente a cada cadena de N bits. El código de detección de errores más sencillo es el bit de paridad , que permite al receptor detectar errores de transmisión que afectan a un solo bit entre los N + r bits transmitidos. Si hay varios bits alterados, es posible que el método de verificación no pueda detectarlos en el receptor. Existen métodos más avanzados que la detección de errores por paridad, que ofrecen mayor calidad y funcionalidades.

Un ejemplo sencillo de cómo funciona esto usando metadatos es transmitir la palabra "HOLA", codificando cada letra según su posición en el alfabeto. Así, la letra A se codifica como 1, la B como 2, y así sucesivamente, como se muestra en la tabla de la derecha. Sumando los números resultantes se obtiene 8  + 5  + 12  + 12  + 15  = 52, y 5  + 2  = 7 se utiliza para calcular los metadatos. Finalmente, se transmite la secuencia numérica "8 5 12 12 15 7", que el receptor verá si no hay errores de transmisión. El receptor sabe que el último número recibido son los metadatos de detección de errores y que todos los datos anteriores son el mensaje, por lo que puede recalcular la operación matemática anterior y, si los metadatos coinciden, puede concluir que los datos se han recibido sin errores. Sin embargo, si el receptor ve algo como una secuencia "7 5 12 12 15 7" (el primer elemento alterado por algún error), puede realizar la comprobación calculando 7  + 5  + 12  + 12  + 15  = 51 y 5  + 1  = 6, y descartar los datos recibidos como defectuosos ya que 6 no es igual a 7.

Los algoritmos de detección y corrección de errores más sofisticados están diseñados para reducir el riesgo de que múltiples errores de transmisión en los datos se anulen entre sí y pasen desapercibidos. Un algoritmo que incluso puede detectar si se reciben los bytes correctos, aunque estén fuera de orden, es la comprobación de redundancia cíclica (CRC). Este algoritmo se utiliza con frecuencia en la capa de enlace de datos.

Ejemplos de protocolo

Relación con el modelo TCP/IP

En el conjunto de protocolos de Internet (TCP/IP), la funcionalidad de la capa de enlace de datos del modelo OSI se encuentra en su capa más baja, la capa de enlace . La capa de enlace de TCP/IP tiene el ámbito operativo del enlace al que está conectado un host y solo se ocupa de los aspectos de hardware hasta el punto de obtener direcciones MAC para localizar hosts en el enlace y transmitir tramas de datos a través de él. La funcionalidad de la capa de enlace se describió en la RFC 1122 y se define de manera diferente a la capa de enlace de datos del modelo OSI, abarcando todos los métodos que afectan al enlace local.

El modelo TCP/IP no es una referencia de diseño integral y jerárquica para redes. Fue formulado para ilustrar los grupos lógicos y los ámbitos de las funciones necesarias para el diseño del conjunto de protocolos de interconexión TCP/IP, indispensables para el funcionamiento de Internet. En general, conviene evitar comparaciones directas o estrictas entre los modelos OSI y TCP/IP, ya que la estratificación en TCP/IP no es un criterio de diseño principal y, en general, se considera perjudicial (RFC 3439). En particular, TCP/IP no impone una secuencia jerárquica estricta de requisitos de encapsulación, como sí ocurre con los protocolos OSI.

Véase también

Referencias

  1. ↑ "X.225  : Tecnología de la información – Interconexión de sistemas abiertos – Protocolo de sesión orientado a la conexión: Especificación del protocolo" . Archivado del original el 1 de febrero de 2021. Recuperado el 10 de marzo de 2023 .
  2. ↑ "¿Qué es la capa 2 y por qué debería importarte?" . accel-networks.com. Archivado del original el 18 de febrero de 2010. Consultado el 29 de septiembre de 2009 .
  3. ↑ Regis J. Bates y Donald W. Gregory (2007). Manual de comunicaciones de voz y datos (5.ª ed.). McGraw-Hill Professional. pág. 45. ISBN   978-0-07-226335-0.
  4. ↑ Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Diseño de redes inalámbricas eficientes en energía y espectro . Cambridge University Press . ISBN 978-1107039889.
  • S. Tanenbaum, Andrew (2005). Redes informáticas (4.ª  ed.). 482, FIE, Patparganj , Delhi 110 092: Dorling Kindersley (India) Pvt. Ltd., licencias de Pearson Education en el sur de Asia. ISBN 81-7758-165-1.{{cite book}}: CS1 mantenimiento: ubicación ( enlace )
  • Odom, Wendel (2013). CCENT/CCNA ICND1 100-101, Guía oficial de certificación CCENT . Paul Boger, Cisco Press. ISBN 978-1-58714-385-4.
  • Simulación de la capa DataLink, escrita en C#.
  • Capa de enlace de datos, parte 2: Detección y corrección de errores
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