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´INDICE ´INDICE
1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
1. Introducci´on y Marco de Referencia
1.1. ¿Qu´e Son las Redes de Datos? ¿Para Qu´e Sirven?
Red de Datos: conjunto de computadores, equipos de comunicaciones y otros dispositivos que se pueden comunicar entre s´ı, a trav´es de un medio en particular. Objetivos principales:
- La informaci´on debe ser entregada de manera confiable y sin da˜nos en los datos.
- La informaci´on debe entregarse de manera consistente.
- Los equipos que forman la red deben ser capaces de identificarse entre s´ı.
- Debe existir una manera estandarizada de nombrar e identificar las partes de la red.
Las redes, entre otras cosas, sirven para:
Compartir recursos y ahorrar dinero.
Aumentar la disponibilidad de la informaci´on.
Permitir el acceso a informaci´on a una gran cantidad de usuarios (Internet).
1.2. Clasificaci´on de las Redes
1.2.1. Clasificaci´on por Tecnolog´ıa de Transmisi´on
Redes de Difusi´on (Broadcasting): existe un s´olo canal o medio de comunicaci´on, que es compartido por todos los dispositivos de la red. Redes de Punto-a-Punto: consisten en m´ultiples conexiones entre pares individuales de m´aquinas.
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Figura 1: Ejemplo de Clasificaci´on de Redes
1.3 Modelos de Referencia 1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
1.2.2. Clasificaci´on por Escala
LAN: son el punto de contacto de los usuarios finales. Su finalidad principal es la de intercambiar informaci´on entre grupos de trabajo y compartir recursos tales como impresoras y discos duros. Se caracterizan por tres factores: extensi´on (de unos cuantos metros hasta algunos kil´ometros), su tecnolog´ıa de transmisi´on (cable de par trenzado UTP o coaxial, fibra ´optica, portadoras con infrarojo o l´aser, radio y microondas en frecuencias no comerciales) y su topolog´ıa (anillo, bus ´unico o doble, estrella, ´arbol y completas). Las velocidades en las LAN van desde los 10 Mbps hasta 622 Mbps. Los est´andares m´as comunes son el IEEE 802.3 llamado Ethernet y el IEEE 802.5 lla- mado Token Ring. Ethernet opera entre 10 y 1000 Mbps. En este est´andar, todos los nodos escuchan todos los paquetes que circulan por la red, sacan una copia y examinan el desti- natario. Si el destinatario es el nodo mismo, lo procesa y si no lo descarta para escuchar el siguiente. Para enviar un paquete sensa el medio para saber si est´a libre; de ser as´ı procede a enviar el dato. Si ocurre que dos nodos enviaron un paquete al mismo tiempo, se provoca una colisi´on y cada nodo vuelve a retransmitir su paquete despu´es de esperar un tiempo aleatorio. Token Ring opera entre 4 y 16 Mbps y utiliza un token o testigo, que permite , al nodo que lo posee, enviar paquetes a la red mientras los otros escuchan. Una vez que un nodo termina de enviar paquetes, pasa el token a otro nodo para que ´este transmita. MAN: corresponde es una versi´on m´as grande de una LAN en cuanto a topolog´ıa, protoco- los y medios de transmisi´on, que por ejemplo puede cubrir un conjunto de oficinas corporativas o empresas en una ciudad. En general, cualquier red de datos, voz o video con una extensi´on de una a varias decenas de kil´ometros puede ser considerada una MAN. El est´andar IEEE 802.6 define un tipo de MAN llamado DQDB que usa dos cables half-duplex por los cuales se recibe y transmiten voz y datos entre un conjunto de nodos. Un aspecto t´ıpico de las MAN es que el medio f´ısico es de difusi´on, lo que simplifica el dise˜no de la red. WAN: son redes que se expanden en una gran zona geogr´afica, por ejemplo, un pa´ıs o continente. Los beneficiarios de estas redes son los que se ubican en nodos finales que son quienes corren aplicaciones de usuario. A la infraestructura que une los nodos de usuarios se le llama subred y abarca diversos aparatos de red (llamados routers o ruteadores) y l´ıneas de comunicaci´on que unen las diversas redes. En la mayor´ıa de las WAN se utilizan una gran variedad de medios de transmisi´on para cubrir grandes distancias. La transmisi´on puede efectuarse por microondas, por cable de cobre, fibra ´optica o alguna combinaci´on de los anteriores. Sin importar el medio, los datos en alg´un punto se convierten e interpretan como una secuencia de unos y ceros para formar frames de informaci´on, luego estos frames son ensamblados para formar paquetes y los paquetes a su vez construyen archivos o registros espec´ıficos de alguna aplicaci´on.
1.3. Modelos de Referencia
1.3.1. El Modelo OSI
La ISO ha definido un modelo de 7 capas que describe c´omo se transfiere la informaci´on desde una aplicaci´on de software a trav´es del medio de transmisi´on hasta una aplicaci´on en
1.3 Modelos de Referencia 1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
una transmisi´on ordinaria nunca terminar´ıa porque alg´un interlocutor se caer´a y se perder´a la conexi´on. La soluci´on es que se establezcan cada pocos minutos un punto de chequeo de man- era que si la conexi´on se rompe m´as tarde se pueda reiniciar a partir del punto de chequeo, lo cual ahorrar´a tiempo y permitir´a tarde o temprano la terminaci´on de la transferencia.
Capa de Presentaci´on. La capa de presentaci´on provee servicios que permiten transmitir datos con alguna sintaxis propia para las aplicaciones o para el nodo en que se est´a trabajando. Como existen computadores que interpretan sus bytes de una manera diferente que otras (Big Endian versus Little Endian), es en esta capa donde es posible convertir los datos a un formato independiente de los nodos que intervienen en la transmisi´on.
Capa de Aplicaci´on. En esta capa se encuentran aplicaciones de red que permiten explotar los recursos de otros nodos. Dicha explotaci´on se hace, por ejemplo, a trav´es de emulaci´on de terminales que trabajan en un nodo remoto, interpretando una gran variedad de secuencias de caracteres de control que permiten desplegar en el terminal local los resultados, a´un cuando ´estos sean gr´aficos. Una situaci´on similar se da cuando se transmiten archivos de un computa- dor que almacena sus archivos en un formato dado a otro, que usa un formato distinto. Es posible que el programa de transferencia realice las conversiones necesarias de manera que el archivo puede usarse inmediatamente bajo alguna aplicaci´on.
Aplicación Presentación Sesión Transporte Red Enlace de Datos Físico
Aplicación
No Existentes Transporte Red Host a Red
Modelo OSI Modelo TCP/IP
Bits
Frames
Paquetes
Segmentos Hardware
Firmware
Software
Usuario
Sist. Op.
Figura 2: Comparaci´on Entre los Modelos OSI y TCP/IP
1.3.2. El Modelo TCP/IP
El departamento de defensa de USA defini´o un conjunto de reglas que establecieron c´omo conectar computadoras entre s´ı para lograr el intercambio de informaci´on, soportando incluso desastres mayores en la subred. Fue as´ı como se defini´o el conjunto de protocolos de TCP/IP. Para los a˜nos 80 una gran cantidad de instituciones estaban interesados en conectarse a esta red que se expandi´o por todo EE.UU. El modelo TCP/IP consta solamente de 4 capas.
1.4 Protocolos, Interfaces, Servicios y Tipos de Servicios 1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
Capa Host a Red. La capa inferior, se relaciona con la capa f´ısica respecto del modelo OSI, y contiene varios est´andares del IEEE como el 802.3 llamado Ethernet que establece las reglas para enviar datos por cable coaxial delgado (10Base2), cable coaxial grueso (10Base5), par trenzado (10Base-T), fibra ´optica (10Base-F) y su propio m´etodo de acceso al medio f´ısico. El 802.4 llamado Token Bus que puede usar estos mismos medios pero con un m´etodo de acceso diferente y otros est´andares denominados gen´ericamente como 802.X.
Capa de Red. Esta capa cumple, junto con la anterior, los niveles 1, 2 y 3 del modelo OSI. En este nivel se defini´o el protocolo IP cuya responsabilidad es entregar paquetes en los destinos indicados, realizando las operaciones apropiadas de ruteo y la soluci´on de problemas como congesti´on o ca´ıdas de enlaces.
Capa de Transporte. Est´a formada por dos protocolos: TCP y UDP. El primero es un protocolo confiable y orientado a conexi´on, lo que significa que ofrece un medio libre de errores para enviar paquetes. El segundo es un protocolo no orientado a conexi´on y no es confiable.
Capa de Aplicaci´on. En la ´ultima capa se encuentran decenas de aplicaciones ampliamente conocidas actualmente. Las m´as populares son los protocolos WWW, FTP, telnet, DNS, el servicio de correo electr´onico (SMTP), etc.
1.4. Protocolos, Interfaces, Servicios y Tipos de Servicios
Protocolo de comunicaci´on: es un conjunto de reglas que indican c´omo se debe llevar a cabo un intercambio de datos o informaci´on. Para que dos o m´as nodos en una red puedan intercambiar informaci´on es necesario que manejen el mismo conjunto de reglas, es decir, un mismo protocolo de comunicaciones. Interfaz: corresponde a la separaci´on o divisi´on entre dos capas de un modelo de comuni- caci´on, y es la encargada de definir las operaciones b´asicas y los servicios que el nivel inferior ofrece a la capa superior del modelo. Servicios: son un conjunto de operaciones que un nivel provee al nivel superior. en otras palabras, define que operaciones puede ejecutar la capa, pero no especificar c´omo son imple- mentadas estas operaciones. Entidades: son los elementos activos en cada nivel del modelo. Una entidad puede ser un software (un proceso) o hardware (un chip). Cada capa tiene un conjunto de operaciones que realizar y un conjunto de servicios que usa de otra capa. De esta manera, se identifica como usuario de servicio a la capa que solicita un servicio y como proveedor a quien la da. Cuando una entidad se comunica con otra ubicada en la misma capa pero en diferentes nodos se dice que se establece comunicaci´on entre entidades pares. Cada capa tiene un conjunto de servicio que ofrecer, el punto exacto donde se puede pedir el servicio se llama punto de acceso al servicio o SAP. En cada capa, la entidad activa recibe un bloque de datos consistente de un encabezado que tiene significado para el protocolo de esa
1.5 Ejemplos de una Red de Datos 1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
la aplicaci´on) la detecci´on y correcci´on de errores si esto es pertinente o estad´ısticamente justificable. A un servicio que es a la vez no orientado a la conexi´on y no confiable se le conoce como servicio de datagramas. Un servicio que es no orientado a la conexi´on pero que incluye acuse de recibo se conoce como servicio de datagramas con acuse de recibo. Un tercer tipo de servicio se le llama con solicitud de respuesta si consiste de un servicio no orientado a conexi´on y por cada env´ıo de datos se espera una respuesta inmediata antes de enviar el siguiente bloque de datos.
1.5. Ejemplos de una Red de Datos
1.5.1. Ejemplo de LAN: Red del DIE
Switch
Hub
Switch
Router
152.74.21.0/
152.74.22.0/
152.74.23.0/
152.74.20.0/
152.74.46.0/
Internet
Figura 4: Esquema L´ogico de la Red LAN del DIE.
El Departamento de Ingenier´ıa El´ectrica consta de una red de datos formada por cinco subredes l´ogicas, de las cuales cuatro est´an funcionando y la otra est´a reservada para su uso futuro. La subred 152.74.21.0, ubicada en el segundo piso del edificio Tecnol´ogico Mec´anico est´a generada a partir de un switch, del cual cuelgan hubs que son los encargados de distribuir los puntos de red a los distintos clientes. El cableado est´a trazado con UTP categor´ıa 5 principalmente, salvo por un par de laboratorios que, a partir de un hub, cablean su espacio utilizando coaxial delgado. El switch que genera la subred se conecta al router principal a trav´es de fibra ´optica. En esta subred se encuentran los servidores de correo, web, ftp, DNS, etc. adem´as de los computadores presentes en cada uno de los laboratorios existentes en el edificio. Cabe mencionar que a partir de una m´aquina SUN usada como router, se genera la subred 152.74.20.0, la que actualmente no est´a siendo utilizada. La velocidad de la red es 10 Mbps. La subred 152.74.22.0 es generada por un hub de cable coaxial, el que alimenta usando este cable una serie de clientes PCs y otros hubs de cable UTP categor´ıa 5, a los cuales se
1.5 Ejemplos de una Red de Datos 1 INTRODUCCI ON Y MARCO DE REFERENCIA´
conectan m´as computadores. Al igual que en el caso de la otra subred, la conexi´on al router de salida est´a hecha usando fibra ´optica, y la subred se encuentra ubicada f´ısicamente en el segundo piso del mismo edificio. Las m´aquinas conectadas a esta subred son principalmente PCs y estaciones SUN SPARC. Nuevamente, al igual que en el caso anterior, usando una estaci´on SUN como router se genera la subred 152.74.46.0, la que sirve para realizar pruebas de conexi´on y de servicios. La velocidad de la red es 10 Mbps. La subred 152.74.23.0 est´a ubicada f´ısicamente en el edificio nuevo de la Facultad de Ingenier´ıa, y se genera a partir de un switch, que alimenta un hub y la serie de clientes PC que pertenecen a los profesores del departamento. El cableado de la red es estructurado, UTP categor´ıa 5, y la conexi´on del switch con el router es a trav´es del mismo tipo de cable. La velocidad de la red es, nuevamente, 10 Mbps. El ruteo es simple, pues como las subredes se generan a partir de un mismo router las rutas son directas. No es el caso de las subredes 152.74.20.0 y 152.74.46.0, pues se utiliza una ruta est´atica para cada subred, y est´an indicada en el router de salida. Este router tiene routeo est´atico, usando protocolo RIP, y una ruta por defecto para la conexi´on del equipo con el resto de la red del campus y finalmente con Internet.
1.5.2. Ejemplo de WAN: Red Reuna 2
Reuna 2, es una Red de Tecnolog´ıa ATM basada en una red de Transporte SDH. Est´a com- puesta por un Backbone o troncal de una velocidad de 155 Mbps, cuyos nodos centrales est´an distribu´ıdos a lo largo del pa´ıs entre Arica y Puerto Montt. A esta troncal se conectan las Universidades miembros del Consorcio REUNA, mediante enlaces de fibra ´optica, cuyas ve- locidades de acceso son de 155 Mbps. La red opera de la siguiente forma cuando un cliente de la red trata de conectarse a otro punto: S´ı la direcci´on de red IP destino pertenece a las direcciones de red IP de Reuna, entonces, por medio de un enlace dedicado, establecido hasta la Universidad destino, desde la Universidad origen, se debe dar paso a la transferencia de datos. Esto es llamado tr´afico nacional o Intranet. Si la direcci´on de red IP destino no pertenece a las direcciones de red IP de Reuna, entonces se debe utilizar otro enlace dedicado, que es exclusivo para cada universidad, hasta el router central, que encaminar´a la petici´on de conexi´on donde corresponda por el enlace internacional o hacia otro router, seg´un sus tablas de rutas. Esto es llamado tr´afico internacional o Internet. El dise˜no de la red contempla que para el tr´afico nacional o intranet se aplica un ancho de banda dedicado de 10 Mbps, y utiliza el protocolo de ruteo din´amico OSPF. La conectividad a Internet de cada Universidad est´a dada por un circuito dedicado exclusivo, cuyo ancho de banda es el contratado para salida Internacional. El ruteo en este circuito es est´atico, es decir, cada router de acceso tiene configurada la ruta por defecto hacia el router central por su circuito exclusivo y el router central tiene rutas est´aticas para llegar a cada red interna de las Universidades por el circuito que corresponda.
2 PROTOCOLOS LAN
2. Protocolos LAN
2.1. Introducci´on
Una LAN es una red de datos de alta velocidad, tolerante a fallas, que cubre un ´area geogr´afica relativamente peque˜na. Generalmente conectan estaciones de trabajo, impreso- ras, PCs, etc. permitiendo el acceso compartido a dispositivos y aplicaciones, intercambio de archivos, etc. Las redes LAN podemos dividirlas en:
LAN tradicionales entre las que est´an los est´andares IEEE 802.3, IEEE 802.4 y IEEE 802.5.
LAN r´apidas entre las que cuentan Fast Ethernet, 100VGAnyLAN, FDDI, ATM y Gigabit Ethernet.
LAN inal´ambricas.
2.2. Protocolos LAN y Modelo OSI
Subcapa LLC Subcapa MAC
Capa de Enlace de Datos
Capa Física
Modelo OSI
IEEE 802.
Ethernet IEEE 802.3100BaseTToken RingIEEE 802.
FDDI
Especificación de LAN
100VGAnyLANGigabit Ethernet
Figura 6: Relaci´on Entre el Modelo OSI y los Protocolos LAN.
El t´ermino Ethernet se refiere a la familia de implementaciones LAN que incluyen tres categor´ıas Ethernet e IEEE 802.3, Ethernet a 100 Mbps y Ethernet a 1000 Mbps. De lo anterior se desprende que existe una diferencia entre Ethernet e IEEE 802.3, ya que el primero especifica las capas 1 y 2 del modelo OSI, en cambio, IEEE 802.3 especifica la capa f´ısica y la subcapa MAC no definiendo la subcapa LLC (est´andar IEEE 802.2), que es com´un para IEEE 802.5, 100BaseT, etc. Estas diferencias se aprecian en la figura 6.
2.3. Topolog´ıas
Las topolog´ıas t´ıpicas de una LAN se pueden observar en la figura 7. Las topolog´ıas mostradas son topolog´ıas l´ogicas, por lo que no necesariamente deben ser topolog´ıa f´ısicas de
2.4 El Medio F´ısico 2 PROTOCOLOS LAN
conexi´on.
a) b)
c) d)
Figura 7: Topolog´ıas T´ıpicas de una LAN. a) Bus b) Anillo c) Estrella d) Arbol.´
2.4. El Medio F´ısico
Los medios de transmisi´on m´as utilizados en una LAN son el cable coaxial grueso y delgado, par trenzado y fibra ´optica. Estos medios de transmisi´on son llamados guiados, a diferencia de los no guiados como los enlaces de radio, de microondas o satelitales.
2.4.1. Cable Coaxial
Figura 8: Cable Coaxial.
Consiste en un cable conductor interno cil´ındrico separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable. Este medio f´ısico, es m´as caro que el par trenzado, pero se puede utilizar a m´as larga distancia, con velocidades de transmisi´on superiores, menos interferencias y permite conectar m´as estaciones. Se suele utilizar para televisi´on, telefon´ıa a larga distancia, LAN, conexi´on de perif´ericos a corta distancia, etc. Se utiliza para transmitir se˜nales anal´ogicas o digitales. Sus inconvenientes
2.4 El Medio F´ısico 2 PROTOCOLOS LAN
telef´onico y esto permite utilizarlo sin necesidad de cambiar el cableado. Adem´as, resulta f´acil de combinar con otros tipos de cables para la extensi´on de redes. Existen dos tipos de pares trenzados, los apantallados o STP y los sin apantallar o UTP. Los pares sin apantallar son los m´as baratos aunque menos resistentes a interferencias. A ve- locidades de transmisi´on bajas, los pares apantallados son menos susceptibles a interferencias, aunque son m´as caros y m´as dif´ıciles de instalar.
2.4.3. Fibra ´Optica
Figura 10: Fibra Optica.´
Se trata de un medio muy flexible y muy fino que conduce energ´ıa de naturaleza ´optica. Su forma es cil´ındrica con tres secciones radiales: n´ucleo, revestimiento y cubierta. El n´ucleo est´a formado por una o varias fibras muy finas de cristal o pl´astico. Cada fibra est´a rodeada por su propio revestimiento que es un cristal o pl´astico con diferentes propiedades ´opticas distintas a las del n´ucleo. Alrededor de esto est´a la cubierta, constituida de material pl´astico o similar, que se encarga de aislar el contenido de aplastamientos, abrasiones, humedad, etc. Sus beneficios frente a cables coaxiales y pares trenzados son:
Permite mayor ancho de banda.
Menor tama˜no y peso.
Menor atenuaci´on.
Aislamiento electromagn´etico.
Mayor separaci´on entre repetidores.
Su rango de frecuencias es todo el espectro visible y parte del infrarrojo. El m´etodo de transmisi´on es el siguiente: los rayos de luz inciden con una gama de ´angulos diferentes posibles en el n´ucleo del cable, entonces s´olo una gama de ´angulos conseguir´an reflejarse en la capa que recubre el n´ucleo. Son precisamente esos rayos que inciden en un cierto rango de ´angulos los que ir´an rebotando a lo largo del cable hasta llegar a su destino. A este tipo de propagaci´on se le llama multimodal. Si se reduce el radio del n´ucleo, el rango de ´angulos disminuye hasta que s´olo sea posible la transmisi´on de un rayo, el rayo axial, y a este m´etodo de transmisi´on se le llama monomodal. Los inconvenientes del modo multimodal es que debido a que dependiendo al ´angulo de incidencia de los rayos, estos tomar´an caminos diferentes y tardar´an m´as o menos tiempo en
2.4 El Medio F´ısico 2 PROTOCOLOS LAN
llegar al destino, con lo que se puede producir una distorsi´on (rayos que salen antes pueden llegar despu´es). Debido a esto, se limita la velocidad de transmisi´on posible. Hay un tercer modo de transmisi´on que es un paso intermedio entre los anteriormente comentados y que consiste en cambiar el ´ındice de refracci´on del n´ucleo. A este modo se le llama multimodo de ´ındice gradual. Los emisores de luz utilizados son: LED (de bajo costo, con utilizaci´on en un amplio rango de temperaturas y con larga vida media) e ILD (m´as caro, pero m´as eficaz y permite una mayor velocidad de transmisi´on).
2.4.4. Enlaces de Radio
Las ondas de radio tienen como principales caracter´ısticas que son f´aciles generar, pueden viajar distancias largas, y penetran edificios f´acilmente. Adem´as, son omnidireccionales, lo que significa que ellas viajan en todas las direcciones desde la fuente, para que el transmisor y receptor no tengan que estar f´ısicamente alineados con cuidado. Las propiedades de ondas son dependientes de la frecuencia. A frecuencias bajas, atraviesan bien obst´aculos, pero el poder baja grandemente cuando se aleja de la fuente. A frecuencias altas, las ondas tienden a viajar en l´ıneas rectas y rebotar cuando consiguen obst´aculos. Ellas tambi´en son absorbidas por la lluvia. A cualquier frecuencia, las ondas est´an sujetas a interferencia de los motores y otros equipos el´ectricos. El problema principal que se presenta al usar estas bandas para comunicaci´on de datos es el ancho de banda relativamente bajo que ellas ofrecen. Debido a la habilidad de radio de viajar grandes distancias, la interferencia entre los usuar- ios es un problema. Por esta raz´on, todos los gobiernos licencian al usuario de transmisores de radio.
2.4.5. Enlaces de Microondas
Por encima de los 100 MHz, las ondas viajan en l´ıneas rectas y pueden por consiguiente enfocarse estrechamente. Concentrando toda la energ´ıa en una haz peque˜no usando una antena parab´olica se obtiene una raz´on se˜nal a ruido bastante alta, permitiendo la comunicaci´on, pero las antenas transmisoras y receptoras deben alinearse con precisi´on entre s´ı. Adem´as, esta direccionalidad permite que m´ultiples transmisores sean alineados seguidamente para comunicarse con m´ultiples receptores seguidos sin interferencia. Puesto que las microondas viajan en una l´ınea recta, si las torres est´an demasiado sepa- radas, la Tierra estar´a en el camino (recordar la curvatura del palneta). Por consiguiente, se necesitan repetidoras peri´odicamente. Mientras m´as altas sean las torres, m´as distantes pueden estar. La distancia entre las repetidoras sube muy bruscamente con la ra´ız cuadrada de la altura de la torre. Para torres con altura de 100 metros, las repetidoras pueden estar separadas entre s´ı unos 80 kms. Este hecho las hace ser relativamente baratas. A diferencia de las ondas a bajas frecuencias, las microondas no atraviesan bien edificios. M´as a´un, aunque el haz pueda enfocarse bien al transmisor, hay todav´ıa alguna divergencia en el espacio. Algunas ondas pueden refractarse por capas atmosf´ericas bajas y pueden tomar
2.5 Capa de Enlace de Datos 2 PROTOCOLOS LAN
orientados a la conexi´on sin acuse de recibo, donde la m´aquina de fuente env´ıa frames al destino sin necesidad de saber si esta los recibi´o. Es apropiado si la frecuencia de errores del canal es muy baja o si el tr´afico es de tiempo real. Otro servicio un poco m´as confiable es el no orientado a la conexi´on con acuse de recibo donde tampoco se requiere una conexi´on preestablecida, pero donde cada frame debe ser chequeado como recibo por el receptor. Este servicio es ideal en medios de transmisi´on no confiables como los inal´ambricos. El servicio m´as confiable de implementar es el orientado a la conexi´on con acuse de recibo donde se debe establecer una conexi´on previo a la trasmisi´on de datos. Cada frame en este servicio es numerado y enviado al destino, donde llegan en el mismo orden de env´ıo y luego son acusados como recibidos.
Creaci´on de Frames la capa de enlace recibe de la f´ısica un flujo de bits, que puede o no estar libre de errores. Para asegurar un servicio libre de errores la capa crea frames, que son simplemente una cierta cantidad de bits recibidos desde el nivel inferior que incluyen un checksum y que tienen una cierta interpretaci´on ´util. La generaci´on de frames presen- ta un gran problema de sincronismo, d´onde empieza o termina un frame. Una forma de solucionar esto es mediante la cuenta de caracteres donde existe un campo que indica la cantidad de caracteres que contiene el frame. Esta forma presenta serios problemas si se corrompe el valor del campo que indica la cantidad de caracteres. Una forma alternativa de soluci´on es utilizar caracteres de inicio y t´ermino como los caracteres ASCII DTE STX y DTE ETX, que indican el inicio y fin del texto transmitido. Otra alternativa, que resulta ser una mejora a la anterior es el bit stuffing, donde se utilizan patrones de bits que son las marcas de inicio y fin del mensaje, y si por alg´un motivo los datos presentan dentro de s´ı el pattern de marca, este es modificado agregando un bit que le receptor sabe de antemano que debe remover. La ´ultima forma de crear los frames es aplicable s´olo a medios f´ısicos que presentan redundancia, y consiste en crear violaciones en la codificaci´on del c´odigo.
Control de Errores en los servicios confiables es necesario proveer mecanismos que per- mitan retransmitir de alguna forma los frames que han llegado err´oneos. Para esto se utilizan acuses de recibo positivos (frame est´a OK) y negativos (frame lleg´o en mal estado y debe retransmitirse). Adem´as de los acuses de recibo deben utilizarse timers y n´umeros de secuencia, pues puede darse el hecho de que se pierda alg´un acuse, lo que generar´ıa que la transmisi´on de cuelgue, o bien que un frame llegue m´as de una vez en buen estado.
Control de Flujo se relaciona con el hecho de c´omo regular el env´ıo de informaci´on desde el emisor al receptor, que no tienen igual capacidad de procesamiento de datos. Para esto existen protocolos que no dejan transmitir datos al emisor sin previa autorizaci´on del emisor.
Detecci´on y Correcci´on de Errores Se han desarrollado dos estrategias fundamentales para el manejo de los errores que pueden
2.5 Capa de Enlace de Datos 2 PROTOCOLOS LAN
presentarse en la transmisi´on de datos. Una de ellas consiste en agregar informaci´on redun- dante en cada bloque de datos enviado, para que el receptor pueda deducir cu´al fue el caracter que se envi´o. La otra estrategia consiste en incluir redundancia para que el receptor pueda detectar la existencia de un error y solicitar una retransmisi´on. En el primer caso se utilizan c´odigos correctores de error y en el segundo caso c´odigos detectores de errores. Los m´etodos m´as usados en la detecci´on y correcci´on de errores son: chequeo de redundancia c´ıclica, bits de paridad, c´odigo de Hamming y los algoritmos de Checksum.
2.5.1. Protocolos de Transmisi´on Confiable
Un frame es una estructura que contiene varios campos: el tipo de frame, n´umero de secuencia (seq), n´umero de acuse de recibo (ack) y naturalmente el paquete recibido o enviado a la capa de red. Tambi´en una serie de rutinas que permiten la detecci´on de acontecimientos varios o el establecimiento de tiempos de expiraci´on para determinadas situaciones de espera. Dado que en algunos casos interesa asociar un n´umero de orden a cada frame, se contempla una variable k que se va a utilizar para identificar cada frame, hasta el valor m´aximo MAX- PKT a partir del cual se empieza otra vez desde cero.
Protocolos Elementales
- Protocolo simplex no restringido Se supone una comunicaci´on perfecta, sin errores, donde el receptor est´a siempre disponible y preparado para recibir frames con un espacio de buffer infinito, por lo que no debe efectuarse control de flujo. El emisor est´a siempre preparado para transmitir cualquier cosa que reciba de la capa de red. En este caso el ´unico evento posible es llegada de un frame.
- Protocolo simplex stop and wait En un caso m´as real, puede suceder que el receptor no siempre est´a disponible para recibir, por tener ocupado su buffer de entrada debido a que la capa de enlace no sea capaz de procesar los frames con suficiente rapidez o porque la capa de red del receptor no sea lo bastante r´apida. En este caso, lo m´as sencillo es que el emisor espere una confirmaci´on despu´es de enviar cada frame, de forma que s´olo despu´es de recibir la confirmaci´on env´ıe el siguiente. De esta manera se garantiza la no saturaci´on del receptor. Esto es lo que se conoce como un protocolo stop and wait.
- Protocolo simplex para un canal con ruido Si el canal de comunicaci´on no es perfecto, los frames pueden alterarse debido al ruido de la comunicaci´on, o incluso perderse por completo. Gracias a la presencia del campo CRC el receptor podr´a detectar la llegada de un frame defectuoso, en cuyo caso pedir´a retrans- misi´on. La posibilidad de que un frame se pierda por completo introduce una complicaci´on adicional, ya que si esto le ocurre por ejemplo a un ack el emisor pasado un tiempo razonable enviar´a el frame de nuevo pensando que no ha llegado la primera vez, lo cual producir´ıa un
