Redes. Tema 7 Capa de Enlace de Datos

Transcripción

1 Tema 7 Capa de Enlace de Datos Autor: Ángel Pellejero 2013

2 7.1 CAPA DE ENLACE DE DATOS: ACCESO AL MEDIO Capa de enlace de datos: soporte y conexión a servicios de capa superior Capa de enlace datos permite a capas superiores acceder al medio utilizando tramas. La capa de enlace de datos realiza dos servicios básicos: 1.Permite a las capas superiores acceder a los medios usando técnicas, como tramas. 2.Controla cómo los datos se ubican en los medios y son recibidos desde los medios usando técnicas como control de acceso a los medios y detección de errores. Examen Trama: el PDU de la capa de enlace de datos. La capa de enlace de datos es responsable del intercambio de tramas entre nodos a través de los medios de una red física Capa de enlace de datos: control de la transferencia a través de medios locales Los protocolos de la Capa 2 especifican la encapsulación de un paquete en una trama y las técnicas para colocar y sacar el paquete encapsulado de cada medio. Los métodos de control de acceso al medio descritos en los protocolos de capa de enlace de datos definen los procesos por los cuales los dispositivos de red pueden acceder a los medios de red y transmitir marcos en diferentes entornos de red Capa de enlace de datos: creación de una trama La información de control puede indicar: Qué nodos están en comunicación con otros Cuándo comienza y cuándo termina la comunicación entre nodos individuales Qué errores se producen mientras los nodos se comunican Qué nodos se comunicarán luego -Topología Es la manera en la k se conecta una red. Tipos(física y lógica). -Las tramas son distintas dependiendo del medio (cobre, fibra óptica,aire..). La trama de la capa de enlace de datos incluye: Datos: El paquete desde la Capa de red Encabezado: contiene información de control como direccionamiento y está ubicado al comienzo del PDU Tráiler: contiene información de control agregada al final del PDU. Autor: Ángel Pellejero 2

3 7.1.4 Capa de enlace de datos: conexión de servicios de capa superior a los medios Enlace datos: 1ª capa k se implementa el hardware. Subcapa de enlace datos hay 2: La subcapa superior define los procesos de software que proveen servicios a los Protocolos de capa de red. La subcapa inferior define los procesos de acceso a los medios realizados por el hardware. Las 2 subcapas de LAN más comunes son : 1.LLC: logic link control coloca información en la trama que identifica qué protocolo de capa de red está siendo utilizado por la trama. 2.MAC: Medium asccess control proporciona a la capa de enlace de datos el direccionamiento y la delimitación de datos. Examen Ethernet II: Escucha si alguien + esta mandando una trama, sino se transmiten pone la trama en el medio y sigue escuchando. Si se envía otra trama al mismo tiempo abra colisión k será detectada x la subcapa MAC k mandara retransmitir las tramas Capa de enlace de datos: Estándares A diferencia de los protocolos de la capa superior que están implementados principalmente en el software como el sistema operativo de host o aplicaciones específicas, los procesos de la Capa de enlace de datos se producen tanto en el software como en el hardware. Organizaciones de ingeniería que definen estándares y protocolos abiertos que se aplican a la capa de enlace de datos incluyen: Organización Internacional para la Estandarización (ISO) Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI) Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) Acceso al medio puede ser: Controlado o determinista k es la manera k el host accede al medio x turno y no hay colisiones(token bus 802.4, token ring 802.5) y No controlado o no determinista k es la manera k el host accede al medio cuando quiera, pero puede aver colisones. Autor: Ángel Pellejero 3

4 Datos examen: token bus lleva cable coaxial de 10MB/s pueden llevar terminador de tipo (resistivo, activos o perfectos forzados) E importante el FDDI: es un token ring moderno que consta de un doble anillo con fibra óptica Colocar tramas en los medios La regulación de la colocación de tramas de datos en los medios es conocida como control de acceso al medio. El método de control de acceso al medio utilizado depende de: 1. Compartir medios: si y cómo los nodos comparten los medios. 2. Topología: cómo la conexión entre los nodos se muestra a la capa de enlace de datos. Métodos de control de acceso al medio: - Si no se realizan control habrá colisiones - Métodos que cumplen con un alto grado de control, impiden colisiones (tiene sobrecargas) - Métodos que cumplen con un bajo grado de control no hay sobrecarga pero si colisiones Control de acceso al medio para medios compartidos CMSA/CD: carrier sense multiple ascces/ collision detection Examen: CMSA/CD de Ethernet CSMA/CA carrier sense multiple ascces/ collision avoid Examen: CMSA/CA de WIfi Control de acceso al medio para medios no compartidos Requieren poco o ningún control antes de colocar la trama en el medio, hay que tenerlas en cuenta en conexión punto a punto (host a host) hay 2 tipos: - Full dúplex: Puede escuchar y hablar al mismo tiempo (ej: Hablar x teléfono). - Half dúplex: No pueden transmitir al mismo tiempo, ha de ser x turno poniéndose de acuerdo (ej:walkitalki). Autor: Ángel Pellejero 4

5 7.2.4 Comparación entre la topología lógica y la topología física La topología física: es una configuración de host y las conexiones físicas entre ellos. Una topología lógica: es la forma en que una red transfiere tramas de un nodo al siguiente. Esta configuración consiste en conexiones virtuales entre los nodos de una red independiente de su distribución física. Conexiones típicas de las 2 : anillo, multiacceso y punto a punto. Topología estrella: Normalmente en Ethernet CSMA/CD Topología punto a punto En redes punto a punto, si los datos sólo pueden fluir en una dirección a la vez, está operando como un enlace half-duplex. Si los datos pueden fluir con éxito a través del enlace desde cada nodo simultáneamente, es un enlace duplex. En cada uno de los extremos hay 1 emisor y un receptor Topología multiacceso Una topología lógica multiacceso permite a una cantidad de host comunicarse utilizando los mismos medios compartidos. Los datos desde un sólo nodo pueden colocarse en el medio en cualquier momento. Todos los host ven todas las tramas que están en el medio, pero sólo el host al cual la trama está direccionada procesa los contenidos de la trama. Los métodos de control de acceso al medio utilizado por las topologías multiacceso son generalmente CSMA/CD o CSMA/CA. Sin embargo, métodos de paso de token pueden también utilizarse. Datos: Subcapa MAC es la encargada de esto Topología física en bus y lógica en anillo Topología de anillo En una topología lógica de anillo, cada host recibe una trama por turno. Si la trama no está direccionada al host, el host pasa la trama al nodo siguiente. Esto permite que un anillo utilice una técnica de control de acceso al medio llamada paso de tokens. (multiacceso) Protocolos de la capa de enlace de datos: Trama Cada tipo de trama tiene tres partes básicas: Encabezado, datos y tráiler. Hay que adecuar la trama al medio. Ambiente frágil: mayor control para asegurar la entrega, encabezado y tráiler mas grandes xk necesita más control.(tiene sobrecarga y velocidades de transmisión más lentas). Ej: envio a traves d satélite. Ambiente protegido: confianza en k la trama llegue al destino, campos y tramas más pequeños.(menos sobrecarga, y mayor velocidad de transmisión). Ej: envio en una red bus. De host a host. Dato: Todos los protocolos de capa de enlace de datos encapsulan la PDU de la capa 3 Autor: Ángel Pellejero 5

6 7.3.2 Tramado: función del encabezado Esta información la usa capa 2. Los campos típicos del encabezado de trama incluyen: Campo inicio de trama: indica el comienzo de la trama Campos de dirección de origen y destino: indica los nodos de origen y destino en los medios Prioridad/Calidad del Campo de servicio: indica un tipo particular de servicio de comunicación para el procesamiento Campo tipo: indica el servicio de la capa superior contenida en la trama Campo de control de conexión lógica: utilizada para establecer la conexión lógica entre nodos Campo de control de enlace físico: utilizado para establecer el enlace a los medios Campo de control de flujo: utilizado para iniciar y detener el tráfico a través de los medios Campo de control de congestión: indica la congestión en los medios FCS: secuencia de verificación de trama (checksum) Direccionamiento: hacia dónde se dirige la trama La capa de enlace de datos proporciona direccionamiento que es utilizado para transportar la trama a través de los medios locales compartidos. Las direcciones de dispositivo en esta capa se llaman direcciones físicas. El direccionamiento de la capa de enlace de datos está contenido en el encabezado de la trama y especifica el nodo de destino de la trama en la red local. El encabezado de la trama también puede contener la dirección de origen de la trama. A diferencia de las direcciones lógicas de la Capa 3, que son jerárquicas, las direcciones físicas no indican en qué red está ubicado el dispositivo. Si el dispositivo es transportado a otra red o subred, aún funcionará con la misma dirección física de la Capa 2. Debido a que la trama sólo se utiliza para transportar datos entre nodos a través del medio local, la dirección de la capa de enlace de datos sólo se utiliza para entregas locales. Las direcciones en esta capa no tienen significado más allá de la red local. Si el paquete en la trama debe pasar a otro segmento de la red, el dispositivo intermediario, un router, desencapsulará la trama original, creará una nueva trama para el paquete y la enviará al nuevo segmento. La nueva trama usará el direccionamiento de origen y de destino según sea necesario para transportar el paquete a través del nuevo medio. Requisitos de direccionamiento: La necesidad de direccionamiento de la capa de enlace de datos en esta capa depende de la topología lógica. No existe direcciones MAC en conexión punto a punto. En topologías de anillo y multiacceso se requiere direccionamiento. Cuando una trama alcanza cada host en la topología, el host examina la dirección de destino en el encabezado para determinar si es el destino de la trama Autor: Ángel Pellejero 6

7 7.3.4 Tramado: función del Tráiler. Los protocolos de la capa de enlace de datos agregan un tráiler en el extremo de cada trama. El tráiler se utiliza para determinar si la trama llegó sin errores. Este proceso se denomina detección de errores. Observe que es diferente de la corrección de errores. La detección de errores se logra colocando un resumen lógico o matemático de los bits que comprenden la trama en el tráiler. Secuencia de verificación de trama FCS Para saber si habido errores causados x los medios (distorsión, perdidas ) al trasmitir o recibir una trama. La detección de errores se agrega a la capa de enlace de datos porque es ahí donde se transfieren los datos a través de los medios. CRC (comprobación de redundancia cíclica) Resumen lógico para asegurar que la trama de origen coincide con la de destino. Este valor se coloca en el campo secuencia de verificación de la trama FCS. Este resumen lógico lo hace mediante un cálculo. Si los dos valores son iguales, se considera que la trama llegó como se transmitió. Si el valor CRC en el FCS difiere del CRC calculado en el host receptor, la trama se descarta. Existe siempre la pequeña posibilidad de que una trama con un buen resultado de CRC esté realmente corrupta, aquí los protocolos de la capa superior deben corregir este error. Recuerda: El protocolo utilizado en la capa de enlace de datos determinará si se realiza la corrección del error. La FCS se utiliza para detectar el error, pero no todos los protocolos admiten la corrección del error Protocolos de capa de enlace de datos: Trama Los protocolos que se cubrirán en los cursos CCNA incluyen: Ethernet Point to point protocol (PPP) Control de enlace de datos de alto nivel (HDLC) Frame Relay (esto es de 1 red antigua) Asynchronos transfer mode (ATM) Tecnología LAN: un ancho de banda alto es rentable. Tecnología WAN: al ser tan extensa no sale rentable por el tamaño de la red y genera menos ancho de banda. Autor: Ángel Pellejero 7

8 Protocolo Ethernet para LAN Ethernet es una familia de tecnologías de interconexión de redes que se define en los estándares y LAN soporta anchos de banda de 10, 100, 1000 o MB/s. Una dirección MAC de Ethernet es de 48 bits y generalmente se representa en formato hexadecimal. Redes medio 10 base 2 (coaxial fino (thinnet)) 10 base 5 (coaxial grueso (ticket)) 10 base T 100 base Tx (Twisted pair (par trenzado)) 1000 base Fx (fibra óptica Protocolo punto a punto para WAN El estándar PPP está definida por RFC. PPP fue desarrollado como un protocolo WAN y sigue siendo el protocolo elegido para implementar muchas WAN serie. PPP se puede utilizar en diversos medios físicos, lo que incluye cable de par trenzado, líneas de fibra óptica o transmisión satelital. PPP también permite que dos nodos negocien opciones dentro de la sesión PPP. Esto incluye la autenticación, compresión y multienlace (el uso de varias conexiones físicas). Autor: Ángel Pellejero 8

9 Protocolo inalámbrico para LAN es una extensión de los estándares IEEE 802. No hay una conectividad física definible; por lo tanto, factores externos pueden interferir con la transferencia de datos y es difícil controlar el acceso. Las redes también usan Acuse de recibo de enlace de datos para confirmar que una trama se recibió con éxito. Otros servicios admitidos por la son la autenticación, asociación (conectividad a un dispositivo inalámbrico) y privacidad (encriptación). Dato no hay k saberse todos los campos de la trama wifi solo saber diferenciarla de otras Seguimiento de datos a través de internetwork ARP-A: para saber direcciones MAC de la LAN que uso. ARP: permite introducir dirección MAC de forma manual para tenerla siempre. Seguimiento x pasos: 1. Cliente solicita datos a 1 servidor, 2. Explorador web inicia solicitud HTTP Get y agrega el encabezado capa 7 para identificar aplicaciones y datos, 3. Capa transporte identifica servicio como cliente WWW y lo asocia a TCP y le asigna un nº de puerto origen y el de destino será el 80 y se agrega encabezado capa 4, 4. TCP envía al servidor WWW el nº secuencia próximo que va recibir. 5. Capa de red hace paquete IP para identificar host de origen/destino e también identifica paquete encapsulado y se agrega encabezado capa3 (IP v4). Autor: Ángel Pellejero 9

10 6. Se agrega capa 2 a cada lado de la trama, capa de enlace datos hace referencia a la cache de ARP y usa la dirección MAC origen/destino para hacer trama Ethernet II, aquí ira la direccion MAC del host emisor y la MAC de router B que ira por Fa0/0. 7. Se incrementa a la trama la capa superior mas Ipv4, l trama comienza con SOF (preambulo) y termina con CRC y luego usa CSMA/CD para verificar la colocación de la trama en el medio. 8. Capa fisica empieza a codificar la trama bit a bit en los medios, segmento router A al servidor es 10 base T usa codificación diferencial Machenster y router B almacena los bit a medida de los que recibe. 9. Router B obtiene los datos y genera un CRC y la compara con el FCS y al ver que esta bien pone la trama en el medio. 10. En la capa de red el router B dirige la trama hacia el destino por S0/0 haciendose refencia con su tabla de enrutamiento. 11. Router B crea trama PPP para transportar a traves de WAN, se agrega una señalización binaria para indicar el principio d la trama y se agrega la dirección (broadcast). 12. Se añade campo 0021 hex. Para determinar k es Ipv Una vez l sesión PPP iniciada la capa fisica codifica bit a bit la trama en la WAN. 14. El router A recibe toda la trama y genera un CRC y lo compara con el FCS para verificar que a llegao bien. 15. En la capa de red del Router A compara direcciones IPv4 con la tabla de enrutamiento y usa la que coincida y la envía por Fa0/0 al servidor. 16. Capa enlace hace ARP para buscar dirección MAC del servidor para contstruir trama Ethernet II y usarla en los medios locales( llevara MAC origen router a y MAC destino servido) la trama comienza con preámbulo SOF y se usara CSMA/CD. 17. Ahora la capa física codifica bit a bit la trama x el medio y el tramo del router a al server es 100 base T. 18. El servidor examina el preámbulo y busca en el SOF dos 11 consecutivos para ver el principio de la trama, una vez reciba toda la trama crea un CRC y lo compara con FCS para verificar si esta bien. 19. Al ver k la trama es buena la dirección MAC destino se compara con la MAC NIC, y si concuerda se retira y se empuja hacia la capa de red. 20. Capa de red examina la IPv4 destino, si coincide con su dirección IPv4 la procesa. 21. En la capa de transporte se examina el paquete TCP, esto se hace examinando los numero de los puertos. Y se usa nº secuencia para que llegue en el orden correcto a la apliacion. 22. En la capa de aplicación, la solicitud HTTP get es entregada al destino. Autor: Ángel Pellejero 10