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1.8 Protocolos de capa de enlace

Como ya habamos anticipado en la introduccin general, ha llegado la hora de hablar de los protocolos que operan en networking.

En este subtema le ha tocado el turno a los protocolos de capa de enlace.

Comenzaremos por ver qu es un entramado de capa de enlace de datos y luego s haremos una introduccin a los protocolos anteriormente nombrados, entre ellos veremos a los protocolos SDLC, DIC, PPP, LAPB y Frame Relay.

Por ltimo veremos tres formatos que encontramos en dichos protocolos: formato de una trama Ethernet 2, de una trama Token Ring y de una trama FDI.

Objetivos

En el presente subtema pretendemos dotarlo de los contenidos necesarios para que usted conozca en qu consiste el entramado de la capa de enlace de datos y el formato de las tramas Ethernet 2, Token Ring y FDDI.

Adems en este subtema usted conocer a los protocolos de capa de enlace: SDLC, HDLC, PPP, LAPB y Frame Relay.

1.8.3 Entramado de la capa de Enlace de Datos Las corrientes de bits codificadas (datos) en medios fsicos representan un logro tecnolgico extraordinario, pero por s solas no bastan para que las comunicaciones puedan llevarse a cabo. El entramado ayuda a obtener informacin esencial que, de otro modo, no se podra obtener solamente con las corrientes de bits codificadas: Entre los ejemplos de dicha informacin se incluye:

Cules son los computadores que se comunican entre s

Cundo comienza y cundo termina la comunicacin entre computadores individuales

Proporciona un mtodo para detectar los errores que se produjeron durante la comunicacin.

Quin tiene el turno para "hablar" en una "conversacin" entre computadores

El entramado es el proceso de encapsulamiento de la Capa 2. Una trama es la unidad de datos del protocolo de la Capa 2.

Se podra utilizar un grfico de voltaje en funcin de tiempo para visualizar los bits. Sin embargo, cuando se trabaja con grandes unidades de datos e informacin de control y direccionamiento, los grficos de voltaje en funcin de tiempo pueden volverse excesivamente grandes y confusos. Otro tipo de diagrama que se puede utilizar es el diagrama de formato de trama, que se basa en los grficos de voltaje en funcin de tiempo. Estos diagramas se leen de izquierda a derecha, como un grfico de osciloscopio. Los diagramas de formato de trama muestran distintas agrupaciones de bits (campos), que ejecutan otras funciones.

Hay varios tipos distintos de tramas que se describen en diversos estndares. Una trama genrica tiene secciones denominadas campos, y cada campo est formado por bytes. Los nombres de los campos son los siguientes:

Campo de inicio de trama

Campo de direccin

Campos de longitud/tipo

Campo de datos

Campo de secuencia de verificacin de trama

Cuando los computadores se conectan a un medio fsico, debe existir alguna forma de informar a los otros computadores cuando estn prximos a enviar un trama. Las diversas tecnologas tienen distintas formas para hacerlo, pero todas las tramas, de cualquier tecnologa, tienen una secuencia de sealizacin de inicio de bytes.

Todas las tramas contienen informacin de denominacin como, por ejemplo, el nombre del computador origen (direccin MAC) y el nombre del computador destino (direccin MAC).

La mayora de las tramas tienen algunos campos especializados. En algunas tecnologas, el campo "longitud" especifica la longitud exacta de una trama en bytes. Algunas tienen un campo "tipo", que especifica el protocolo de Capa 3 que realiza la peticin de envo.

La razn del envo de tramas es hacer que los datos de las capas superiores, especialmente los datos de aplicacin del usuario, lleguen desde el origen hasta el destino.. El paquete de datos incluye el mensaje a ser enviado, o los datos de aplicacin del usuario.Puede resultar necesario agregar bytes de relleno de modo que las tramas tengan una longitud mnima para los fines de temporizacin. Los bytes de control de enlace lgico (LLC) tambin se incluyen en el campo de datos de las tramas del estndar IEEE. La subcapa LLC toma los datos de protocolo de la red, un paquete IP, y agrega informacin de control para ayudar a entregar ese paquete IP al nodo de destino. La Capa 2 se comunica con las capas de nivel superior a travs de LLC.

Todas las tramas y los bits, bytes y campos ubicados dentro de ellas, estn suceptibles a errores de distintos orgenes. El campo de Secuencia de verificacin de trama (FCS) contiene un nmero calculado por el nodo de origen en funcin de los datos de la trama. Entonces, esta FCS se agrega al final de la trama que se enva. Cuando el computador destino recibe la trama, se vuelve a calcular el nmero FCS y se compara con el nmero FCS que se incluye en la trama. Si los dos nmeros son distintos, se da por sentado que se ha producido un error, se descarta la trama y se le puede pedir al origen que vuelva a realizar la transmisin. Debido a que la fuente no puede detectar que la trama ha sido descartada, se deben iniciar retransmisiones por un protocolo de capa superior orientado a conexin que provea control de flujo de datos. Usualmente se dan retransmisiones debido a que los protocolos, como TCP/IP, requieren que las estaciones enven tramas de reconocimiento, ACK, dentro de un tiempo preestablecido.

Hay tres formas principales para calcular el nmero de Secuencia de verificacin de trama:

Verificacin por redundancia cclica (CRC): Realiza clculos en los datos.

Paridad bidimensional: Coloca a cada uno de los bytes en un arreglo bidimensional y realiza chequeos verticales y horizontales de redundancia sobre el mismo, creando as un byte extra, que resulta en un nmero par o impar de unos binarios.

Checksum (suma de verificacin) de Internet: Agrega los valores de todos los bits de datos para obtener una suma

El nodo que transmite los datos debe llamar la atencin de otros dispositivos para iniciar una trama y para finalizar la trama. El campo de longitud implica el final y se considera que la trama termina despus de la FCS. A veces hay una secuencia formal de bytes que se denomina delimitador de fin de trama.

1.8.4 SDLC

SDLC soporta una variedad de tipos de enlaces y topologas. Puede ser usado con enlaces punto a punto y multipunto, medios limitados e ilimitados, implementaciones de transmisin semi-duplex y full-duplex, y redes de conmutacin de circuitos y de conmutacin de paquetes.

SDLC identifica a dos tipos de nodos de red: primario y secundario. Los nodos primarios controlan la operacin de otras estaciones, llamadas secundarias. El primario sondea a los secundarios en un orden predeterminado, y los secundarios pueden entonces transmitir si tienen datos salientes. El primario tambin establece y termina enlaces y administra el enlace mientras est operativo. Los nodos secundarios son controlados por un primario, lo que significa que los secundarios pueden enviar informacin al primario slo si el primario da el permiso.

Un campo importante en la trama SDLC es el de direccin (Figura ). Este campo contiene la direccin SDLC de la estacin secundaria, lo que indica si la trama viene del primario o del secundario. Esta direccin puede contener una direccin especfica, una direccin de grupo, o una direccin de broadcast. Una primaria es un origen o un destino de comunicacin, lo que elimina la necesidad de incluir la direccin del primario.

1.8.5 HDLC Al principio, las comunicaciones seriales se basaban en protocolos orientados a los caracteres. Los protocolos orientados a bits eran ms eficientes pero tambin eran propietarios. En 1979, ISO acept al HDLC como protocolo estndar de enlace de datos orientado a bit que encapsula los datos en enlaces de datos seriales y sncronos. La normalizacin inst a otros comits a que tambin lo adoptaran y as extendieran el uso del protocolo. Desde 1981, UIT-T ha desarrollado una serie de protocolos derivados del HDLC. Los siguientes ejemplos de protocolos derivados reciben el nombre de protocolos de acceso a enlaces.

Procedimiento de acceso al enlace balanceado (LAPB) para X.25

Procedimiento de acceso al enlace en el canal D (LAPD) para ISDN.

Procedimiento de acceso al enlace para mdems (LAPM) y PPP para mdems.

Procedimiento de acceso a enlaces para Frame Relay (LAPF)

HDLC utiliza la transmisin sncrona serial y brinda una comunicacin entre dos puntos libre de errores. HDLC define la estructura del entramado de Capa 2 que permite el control de flujo y de errores mediante acuses de recibo y un esquema de ventanas. Cada trama presenta el mismo formato ya sea una trama de datos o una trama de control.

El HDLC estndar, en s, no admite mltiples protocolos en un solo enlace ya que no cuenta con una forma de indicar cul es el protocolo que se transporta. Cisco ofrece una versin propietaria de HDLC. La trama HDLC de Cisco utiliza un campo "tipo" propietario que acta como campo de protocolo. Este campo permite que varios protocolos de capa de red compartan el mismo enlace serial. HDLC es el protocolo de Capa 2 por defecto para las interfaces seriales de los routers Cisco.

HDLC define los tres siguientes tipos de tramas, cada uno con diferente formato de campo de control.

Tramas de informacin (tramas I): transportan los datos que se transmitirn para la estacin. Se cuenta con control adicional de flujo y de errores y los datos pueden ser adicionados a una trama de informacin.

Tramas de supervisin (tramas S): proporcionan los mecanismos de peticin/respuesta cuando no se utiliza el adicionar datos.

Tramas no enumeradas (tramas U): brindan funciones de control de enlace suplementarias tales como configuracin inicial de la conexin. El campo del cdigo identifica el tipo de trama U.

Los primeros uno o dos bits del campo de control sirven para identificar el tipo de trama. En el campo de control de una trama de informacin (I), el nmero de la secuencia de envo se refiere al nmero de la trama que se enva a continuacin. El nmero de secuencia de recepcin proporciona el nmero de la trama que se recibe a continuacin. Tanto el transmisor como el receptor mantienen los nmeros de secuencia de recepcin y transmisin.

1.8.6 PPP PPP utiliza una arquitectura en capas. La arquitectura en capas es un modelo, diseo o plan lgico que ayuda a la comunicacin entre las capas interconectadas. El modelo de Interconexin de sistemas abiertos (OSI) es la arquitectura en capas que se utiliza en el networking. PPP proporciona un mtodo para encapsular datagramas de varios protocolos en un enlace de punto a punto y utiliza la capa de enlace de datos para probar esta conexin. Por lo tanto, PPP est compuesto por dos subprotocolos:

Protocolo de control de enlaces: se utiliza para establecer el enlace de punto a punto.

Protocolo de control de red: se utiliza para configurar los distintos protocolos de capa de red.

Se puede configurar PPP en los siguientes tipos de interfaces fsicas:

Serial asncrona.

Serial sncrona

Interfaz serial de alta velocidad (HSSI)

Red digital de servicios integrados (Integrated Services Digital Network, ISDN)

PPP utiliza el Protocolo de control de enlace (LCP) para negociar y configurar las opciones de control en el enlace de datos de la WAN. PPP utiliza el componente del Protocolo de control de red (NCP) para encapsular y negociar las opciones para los diferentes protocolos de capa de red. El LCP se ubica en la parte ms alta de la capa fsica y se utiliza para establecer, configurar y probar la conexin de enlace de datos.

PPP tambin utiliza LCP para acordar, de forma automtica, opciones de formato de encapsulamiento tales como:

Autenticacin: las opciones de autenticacin requieren que la parte del enlace que realiza la llamada introduzca informacin de autenticacin para ayudar a asegurar que el usuario cuente con el permiso del administrador de red para realizar la llamada. Los routers pares intercambian mensajes de autenticacin. Las dos opciones de autenticacin son: el Protocolo de autenticacin de contrasea (PAP) y el Protocolo de autenticacin de intercambio de seales (CHAP).

Compresin: las opciones de compresin aumentan la tasa de transferencia efectiva en las conexiones PPP al reducir la cantidad de datos en la trama que debe recorrer el enlace. El protocolo descomprime la trama al llegar a su destino. Stacker y Predictor son dos protocolos de compresin disponibles en los routers Cisco.

Deteccin de errores: los mecanismos de deteccin de errores con PPP habilitan un proceso para identificar las condiciones de falla. Las opciones de Calidad y Nmero mgico ayudan a garantizar un enlace de datos confiable y sin bucles.

Multienlace: Cisco IOS Versin 11.1 y posteriores admiten el PPP multienlace. Esta alternativa proporciona balanceo de la carga en las interfaces del router que usa PPP.

Devolucin de llamadas en PPP: para aumentar la seguridad, Cisco IOS Versin 11.1 ofrece devolucin de llamadas en PPP. Con esta opcin LCP, un router Cisco puede actuar como cliente de la devolucin de llamada o servidor de la devolucin de llamada. El cliente realiza la llamada inicial, solicita que se le devuelva la llamada y termina la comunicacin inicial. El router de devolucin de llamadas responde al llamado inicial y se comunica nuevamente con el cliente basndose en las sentencias de configuracin.

LCP tambin hace lo siguiente:

Maneja lmites variables del tamao de paquete.

Detecta errores comunes de mala configuracin.

Termina el enlace.

Determina cundo un enlace funciona correctamente o cundo falla.

PPP permite que varios protocolos de capa de red operen en el mismo enlace de comunicacin. Para cada protocolo de capa de red que se utiliza, se proporciona un Protocolo de control de red (NCP) distinto. Por ejemplo: el Protocolo de Internet (IP) utiliza el Protocolo de control de IP (IPCP) y el Intercambio de paquetes en internetworking (IPX) utiliza el Protocolo de control IPX de Novell (IPXCP). Los NCP incluyen campos funcionales que contienen cdigos estandarizados que indican el tipo de protocolo de capa de red que encapsula PPP.

Los campos de una trama PPP son los siguientes:

Sealador: indica el comienzo o el fin de una trama y consiste en la secuencia binaria 01111110.

Direccin: est formada por la direccin de broadcast estndar, que es la secuencia binaria 11111111. PPP no asigna direcciones de estaciones individuales.

Control: 1 byte que consta de la secuencia binaria 00000011, que requiere la transmisin de datos del usuario en una trama no secuencial. Se suministra un servicio de enlace sin conexin similar al del Control de enlace lgico (LLC) Tipo 1.

Protocolo: 2 bytes que identifican el protocolo encapsulado en el campo de datos de la trama.

Datos: 0 o ms bytes que contienen el datagrama para el protocolo especificado en el campo de protocolo. El fin del campo de datos se detecta al encontrar la secuencia de sealador de cierre y dejando 2 bytes para el campo de la secuencia de verificacin de trama (FCS). La longitud mxima por defecto del campo de datos es 1500 bytes.

FCS: en general, 16 bits o 2 bytes que se refieren a los caracteres adicionales que se agregan a la trama con el fin de controlar los errores.

1.8.7 LAPB

Las tramas de LAPB incluyen un encabezado, datos encabezados y una cola. La Figura ilustra el formato de la trama LAPB y su relacin con el paquete PLP y la trama de X.21 bis.

Las siguientes descripciones resumen los campos ilustrados en la Figura .

Flag Delimita el comienzo y el final de la trama LAPB. Se utiliza el relleno de bits para asegurar que el patrn del flag no aparezca dentro del cuerpo de la trama.

Direccin Indica si la trama transporta un comando o una respuesta.

Control Clasifica las tramas en comando y respuesta e indica si la trama es una trama I, una trama S, o una trama U. adems, este campo contiene el nmero de secuencia de la trama y su funcin (por ejemplo, si es receiver-ready [listo para recibir] o disconnect [desconectar]). Las tramas de control varan en su largo dependiendo del tipo de trama.

Datos Contiene los datos de capa superior en la forma de un paquete PLP encapsulado.

FCS Manipula el control de errores y asegura la integridad de los datos transmitidos.

1.8.8 Frame Relay

Para comprender la funcionalidad de Frame Relay, es til comprender la estructura de la trama Frame Relay. La Figura ilustra el formato bsico de la trama Frame Relay.

Los flags indican el comienzo y el final de la trama. Tres componentes principales conforman la trama Frame Relay: el encabezado y el rea de direccin, la parte de datos del usuario y la secuencia de control de la trama (FCS). El rea de direccin, que tiene 2 bytes de largo, est compuesta por 10 bits que representan el identificador de circuito real y por 6 bits de campos relacionados con la administracin de congestin. Este identificador comnmente recibe el nombre de identificador de conexin de enlace de datos.

1.8.9 Formato de una trama Ethernet 2 La figura muestra una trama Ethernet Versin 2.

El prembulo es una cadena de 1s y 0s, que finaliza con 11 para indicar el comienzo del campo de direccin de destino. La cadena de 1s y 0s del prembulo es usada por los transceptores para sincronizarse al recibir la seal. Un prembulo puede verse en la figura

Los campos que conforman la trama son:

DA (Destination Address - Direccin de destino): contiene 48 bits que representan la direccin MAC del host destino.

SA (Source Address - Direccin de origen): contiene 48 bits que representan la direccin MAC del host que enva la trama.

Type (tipo): contiene el nmero "Ethertype" que indica el protocolo de capa superior que es encapsulado en la porcin de datos de la trama. Ejemplos de nmeros Ethertype son:

0x0800 para IP

0x6004 para DEC LAT

0x809B para AppleTalk

0x8137 - 0x8138 para Novell

Data (datos): contiene la informacin del protocolo de la capa superior. Si la informacin es menor a 46 bytes, se rellena para alcanzar el tamao mnimo de trama de 64 bytes (encabezado ms datos).

FCS (Frame Check Sequence - control de secuencia de trama): contiene los datos del CRC (Cyclic Redundancy Check) para verificar errores en la recepcin de la trama.

El tamao mnimo de una trama es 64 bytes y el mximo 1518. Cuando se calcula el tamao de una trama no se incluye el prembulo. El formato de la trama Versin 2, sigue las siguientes especificaciones:

El tamao mnimo de una trama es 6+6+2+46+4 = 64 bytes

El tamao mximo de una trama es: 6+6+2+1500+4 = 1518 bytes

Vnculos:

Ethertype standars publicados en IEEE

1.8.10 Formato de una trama Token Ring Hay dos tipos de formatos de frames (marcos):

de datos/comandos

de token (testigo)

Estos frames se muestran en la figura .

Los frames de token tienen 3 bytes de longitud y consisten en un delimitador de comienzo, un byte de control de acceso y un delimitador de final.

Los frames de datos/comandos son variables en tamao y dependen del tamao del campo de informacin.

Los frames de comandos contienen informacin de control que no es elevada a los protocolos de capas superiores.

Los siguientes son los significados de los campos:

SD (starting delimiter)Se usa para alertar a la estacin sobre la llegada de un frame.

AC (access control)Contiene el bit de token que se usa para diferenciar un frame de token de uno de datos/comandos. Tambin se incluyen los campos de prioridades y reservas.

FC (frame control) Se usa para indicar si es un frame de datos o un frame de comandos con informacin de control.

DA (destination address)Contiene la direccin MAC Token Ring de 48 bits del nodo destino.

SA (source address) Contiene la direccin MAC Token Ring de 48 bits del nodo origen.

DataContiene la informacin del protocolo de capa superior. Este campo es de longitud variable.

FCS (frame check sequence)Contiene el CRC para verificacin de errores del marco.

ED (end delimiter)Usado para indicar la finalizacin del frame Token Ring frame o el ltimo frame en una secuencia lgica.

FS (frame status)Usado para terminar un frame de datos/comando.

1.8.11 Formato de una trama FDDI El formato de trama FDDI es similar a el formato de Token Ring. El tamao mximo de trama es de 4500 bytes. En la figura se puede ver el formato FDDI de una trama de datos y de un token.

Los campos son los siguientes:

Preamble (Prembulo): Secuencia de 1s y 0s utilizado para que los transceptores se sincronicen para recibir la trama.

Starting Delimiter (delimitador de comienzo): Marca el comienzo de una trama, utilizando un patrn de seales nico.

Frame control (Control de Trama): Entre otras funciones, diferencia un frame de token de uno de datos/comandos, usando un bit de token.

Destination Address (direccin de destino): Contiene la direccin de destino. Las direcciones MAC de FDDI son de la misma longitud que en Ethernet y Token Ring (48 bits).

Source address (direccin origen): Contiene lo 48 bits que identifican la direccin del emisro de la trama.

Data (datos): Contiene la informacin del protocolo de capa superior. Este campo es de longitud variable.

FCS (frame check sequence): Contiene el CRC para verificacin de errores del marco.

End Delimiter (delimitador de fin): Indicar la finalizacin de la trama, utilizando un patrn de seales nico.

Frame status (estado de trama): permite indicar si ha ocurrido algn error en la recepcin de la trama. Con este campo, se puede verificar que la estacin receptora ha podido recibir la trama enviada. As, FDDI asegura que el receptor ha recibido de manera correcta los datos.

1.8.12 Sntesis

En este subtema hemos estudiado los protocolos de capa de enlace. Comenzamos por ver que el entramado es el proceso de encapsulamiento de la capa 2.

Luego vimos la funcin que cumplen los protocolos SDLC, HDLC, PPP, LAPB y Frame Relay.

Finalmente estudiamos los formatos de una trama Ethernet 2, de una trama Token Ring y de una trama FDDI.