PDF de programación - Tema 15 - Tecnologías de enlace

Bloque V: El nivel de enlace

Tema 15: Tecnologías de enlace

Índice

• Bloque V: El nivel de enlace

– Tema 15: Tecnologías de enlace

• Introducción
• SLIP y PPP
• Ethernet

• WiFi

– CSMA/CD
– IEEE 802.3
– Ethernet y TCP/IP

– Introducción
– Capa física y MAC
– Seguridad

• Referencias

– Capítulo 5 de “Redes de Computadores: Un enfoque descendente

basdado en Internet”. James F. Kurose, Keith W. Ross. Addison
Wesley, 2ª edición. 2003.

– Capítulo 2 de “TCP/IP Illustrated, Volume 1: The Protocols”, W.

Richard Stevens, Addison Wesley, 1994.

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Introducción
• Funciones principales del nivel de enlace:

– Control de errores.
– Sincronización de las tramas de bits
– Control de flujo
– Control de acceso a medios compartidos.

Red
LLC

T
o
k
e
n

B
u
s

Físico

T
o
k
e
n

i

R
n
g

C
S
M
A
/
C
D

• El nivel de enlace estándar se divide en dos subcapas:

– LLC (Logical Link Control): Ofrece una interfaz uniforme al

nivel de red independientemente de que MAC se esté
empleando.

– MAC (Medium Access Control): Estandariza los protocolos

típicos empleados en las redes LAN.

• Tecnologías punto a punto: dos máquinas están directamente

conectadas mediante un medio físico dedicado en exclusiva
para ellas.

• Tecnologías multipunto: múltiples máquinas están conectadas

entre sí mediante un medio de transmisión compartido.

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Introducción

• Topologías multidifusión:

– Bus

– Árbol

Raíz o
cabecera

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Introducción

• Topologías multidifusión :

– Anillo

– Estrella

Conmutador o repetidor

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Introducción: Interfaz de loopback

• Se reserva la dirección IP tipo A 127.X.X.X para la interfaz de

loopback. Normalmente será la dirección 127.0.0.1 y el nombre
asociado es localhost.

• Pretende ser una interfaz a la que se envían los paquetes

dirigidos a la misma máquina. Un datagrama cuyo destino sea
la propia máquina (localhost) no debe llegar físicamente a la
red.

• Utilización de la interfaz de loopback:

– - Todo paquete dirigido a la dirección de loopback aparece

directamente como una entrada en la capa de red.

– - Los datagramas de broadcast y multicast se copian a la

interfaz de loopback y se envían a la red.

– - Todo datagrama enviado a una dirección IP de la máquina

se envía a la interfaz de loopback.

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Introducción: Interfaz de loopback

Función IP salida

Función IP

entrada

Poner en cola

entrada IP

Interfaz de loopback

si

si

IP destino ==
broadcast o
multicast?
no

IP destino ==
dirección interfaz

Poner en cola

entrada IP

no, obtener dirección
Ethernet con ARP

IP

ARP

enviar

ARP

Demultiplexión
(Ethernet-Tipo)
recibir

Driver
Ethernet

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SLIP
• Serial Line IP – Especificado en RFC 1055.
• Protocolo para conexiones punto a punto, p.e. para interconectar ordenadores
personales en dominios particulares a Internet, por medio de módems de alta
velocidad y haciendo uso del puerto serie del ordenador (RS-232).

• Reglas:

– El datagrama IP se termina con un carácter especial llamado END (0xc0).

Muchas implementaciones incluyen también un END al principio para evitar
que ruido de la línea pueda ser interpretado como parte del datagrama.
• Si un byte del datagrama IP equivale a un END, se transmite en su

• Si un byte del datagrama IP equivale al SLIP ESC, se transmite en su

lugar la secuencia 0xdb, 0xdc.

lugar la secuencia 0xdb,0xdd.

•

Inconvenientes de SLIP:
– Cada extremo debe conocer la dirección IP del otro extremo.

• No hay campo de tipo. La línea serie sólo se puede utilizar para un

determinado protocolo en cada momento.

• Errores de transmisión deben ser detectados por los niveles más altos.

1
C0

1
DB

1
DC

Datagrama IP

Datagrama IP

C0
1

DB DC
1
1

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DB DD
1
1

C0
1

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CSLIP – Compressed SLIP

• SLIP se utiliza en líneas lentas (19,200 bits/segundo) y

frecuentemente en tráfico interactivo (telnet y rlogin) Se
generan un gran número de paquetes de pequeño tamaño:
– 1 byte de datos + 20 bytes de cabecera TCP + 20 bytes de

• Esto introduce una gran sobrecarga (40 bytes) para enviar 1

cabecera IP

único byte de datos.

• Para resolver este problema se ha propuesto CSLIP (RFC

1144):
– Reduce las dos cabeceras de 20 bytes a 3 o 5 bytes

Aumenta el rendimiento (tiempo de respuesta).

– Mantiene el estado de hasta 16 conexiones en cada

extremo.

– Se basa en que normalmente, algunos campos de las

cabeceras no van a variar durante la conexión.

– Además, la mayoría de los que cambian lo hacen en una

reducida cantidad positiva

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PPP

• Point to Point Protocol – Especificado en el RFC 1661
•

Tres componentes:
– Una forma de encapsular datagramas IP en una línea serie. Soporta

enlaces asíncronos con 8 bits de datos sin paridad o enlaces síncronos
orientados a bit.

– Un protocolo de control de enlace (LCP) para establecer, configurar y

probar la conexión de enlace de datos. Permite negociar varias opciones.

– Una familia de protocolos de control de red (NCPs), específicos para

diferentes protocolos de la capa de red. Existen versiones para AppleTalk,
DECnet, OSI, IP, etc.

• Documentación:

•

– RFC 1548: Especifica el método de encapsulación y el LCP.
– RFC 1332: Especifica el NCP para IP.
Formato de trama:
1
1
Flag
(7E)

1
dir
(FF)

Contr
(03)

hasta 1500 bytes

Protocolo

Datos

2

2

CRC

1
Flag
(7E)

Protocolo
(0021)
Protocolo
(C021)
Protocolo
(8021)

Datagrama IP

Datos control enlace

Datos control red

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PPP

• Carácter de escape: 0x7E

– Si la línea es síncrona: se escapa por medios HW
– Si la línea es asíncrona:

• Si aparece 0x7E, se transmite 0x7D, 0x5E
• Si aparece 0x7D, se transmite 0x7D, 0x5D

– También se escapan los caracteres con códigos menores de 20

para evitar posibles problemas con los modems.

– Permite múltiples protocolos (no sólo IP).
– Permite detectar errores.
– Puede negociar las direcciones IP, usando el protocolo de control

• Ventajas:

de red para IP.

– Puede usar compresión.

• Desventajas:

– Tiene una sobrecarga de 3 bytes por frame que se envía (por que
negocian para no enviar los bytes dir y control, y reducir a un byte
el campo de protocolo).

– También envía algunos frames extras para determinadas

negociaciones.

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Ethernet

• Basado en la idea de comunicar ordenadores a través de un cable coaxial

compartido y que actuaba como medio de transmisión de broadcast.

• Más utilizada en topologías en bus y estrella.
Técnica de acceso aleatorio y de contención.
•
• Cada estación Ethernet tiene asignada una dirección MAC de 48 bits

(físicamente grabada en la tarjeta de red Ethernet)
– Por ejemplo: 0b:83:12:8a:cf:82

• Va desde 10 Mbps hasta más de 1Gbps hoy en día, todo sobre la misma trama

Ethernet Facilita la interconexión.

• Precursoras: ALOHA y ALOHA ranurado
• CSMA y CSMA/CD

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ALOHA y ALOHA ranurado

• Propuestas en los 70 en la Universidad de Hawaii como solución para un

sistema de radio difusión.
– Puede ser aplicado a cualquier sistema donde se acceda de forma no

coordinada a un medio de comunicación compartido.

• ALOHA:

– Cuando una estación tiene que transmitir Transmite.

• Después, escucha el medio durante el máximo retardo de propagación

posible de ida y vuelta.

• Si en este tiempo se recibe una confirmación OK
• Sino, retransmite la trama (tiempo aleatorio).
• Sino recibe confirmación después de varios intentos, desiste.

– Si dos estaciones transmiten al mismo tiempo COLISIÓN.
– Muy sencillo y bajo rendimiento (máxima utilización del canal: 18%).

– El tiempo del canal se hace discreto Ranuras uniformes de duración el

tiempo de transmisión de una trama.

– Reloj central para sincronización.
– Sólo se puede transmitir al principio de la ranura Solape completo de las

tramas colisionadas.

– Utilización máxima hasta un 37% del canal.

• ALOHA ranurado:

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CSMA

• En las redes LAN (y de radio) el retardo de propagación entre las

estaciones es mucho más pequeño que el tiempo de transmisión de
las tramas.
– Cuando estación transmite una trama El resto lo saben casi

instantáneamente.

– Si las estaciones pueden saber que otra estación está

transmitiendo Esperan para evitar la colisión.

– Sólo habrá colisiones cuando dos estaciones empiecen a transmitir

• Técnica de acceso múltiple sensible a la portadora (Carrier Sense

• Una estación antes de transmitir primero escucha el medio (CS):

casi simultáneamente.

Multiple Access)

– Si está ocupado Espera
– Si está libre Transmite

• Si dos estaciones intentan transmitir casi al mismo tiempo Colisión
– Al transmitir hay que esperar por una confirmación (la receptora

también debe competir por el canal).

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CSMA

• ¿Cuánto esperar si el medio está ocupado?

• CSMA 1-persistente:

– Si está libre Transmite
– Si está ocupado continua escuchando hasta que esté

libre Transmite.

– Problema: habrá una colisión siempre que hay dos o más

estaciones esperando para transmitir.

• CSMA no persistente:

– Se espera un tiempo aleatorio, en vez de escuchar hasta

que esté libre.

• CSMA p-persistente:

– Si está ocupado, escucho hasta que esté libre y después

transmito con probabilidad p (o con probabilidad 1-p espero
un tiempo aleatorio).

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CSMA/CD

• En CSMA, si colisionan dos tramas el medio está

inutilizado durante la transmisión de esas tramas.
• Mejora: continuar escuchando el canal mientras

dura la transmisión (Collision Detection).

1. Si el medio está libre Transmite.
2. Sino, continua escuchando hasta que esté libre

Transmite.

3. Si se dete