Capa Enlace

1
5: DataLink Layer 5-1
Capítulo 5
Capa de enlace y LANs
Capítulo 5: La capa de enlace de
datos
Objetivos:
Entender los principios detrás de los servicios
de la capa de enlace de datos:
Detección de errores, correción
Compartir un canal broadcast: acceso múltiple
Direccionamiento de capa de enlace
Transferencia confiable, control de flujo
Implementación de varias tecnologías de capa
de enlace
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
corrección de errores
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
5.4 Direccionamiento
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
5.6 Switches de capa de
enlace
5.7 PPP
5.8 Virtualización de
enlaces: ATM, MPLS

2
Capa de enlace: Introducción
Algo de terminología:
hosts y ruteadores son nodos
Canales de comunicación que
conectan nodos adyacentes a
través de caminos de
comunicación son links
Enlaces cableados
Enlaces inalámbricos
LANs
El PDU de capa 2 es el frame,
que encapsula un datagrama
La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de
transferir datagramas desde un nodo a otro nodo
adyacente,
a través de un link
Capa de enlace: contexto
Los datagramas son
transferidos por diferentes
protocolos de enlace sobre
diferentes enlaces:
Ejemplo, Ethernet en el
primer enlace, Frame relay en
los enlaces intermedios, ,
802.11 en el último enlace link
Cada protocolo de enlace
brinda diferentes servicios
ejemplo., puede o no proveer
rdt (reliable data transfer)
sobre el enlace
Analogía transorte
Viaje desde Princeton a
Lausanne
limosina: Princeton a JFK
avión: JFK a Geneva
tren: Geneva a Lausanne
turista = datagrama
Segmento de la transportación
= enlace de comunicación
Modo de transporte =
protocolo de capa de
enlace
Agencia de viaje = algoritmo
de enrutamiento
Servicios de Capa de enlace
Entramado (framing), link access:
Encapsulado del datagrama dentro del frame, añadiendo
encabezado (header) y cola (trailer)
Acceso al canal si es um medio compartido
Direcciones “MAC” en el encabezado del frame para
identificar la fuente y el destino
• Diferente de la dirección IP!
Entrega confiable entre nodos adyacentes
Rara vez utilizado en enlaces de pocos errores (fibra
óptica, algunos pares trenzados)
Enlaces inalámbricos: alta tasa de errores
• Q: Por qué confiabilidad a nivel de enlace y end-end?

3
Servicios de la capa de enlace
(más)
flow control:
Acuerdo entre los nodos adyacentes emisor y receptor
Detección de error :
Errores causado por la atenuación de la señal, ruido.
El receptor detecta la presencia de errores:
• Señaliza al transmisor para una retransmisión o
descarta la trama
Corrección de error:
El receptor identifica y corrige el/los error/es en bit/s
sin necesidad de retransmisión
half-duplex y full-duplex
Con half duplex, los nodos en los extremos del enlace
pueden transmitir, pero no al mismo tiempo
Donde está implementada la capa de
enlace?
En todos los hosts
En el adaptador (
network interface card
NIC)
Tarjeta Ethernet, tarjeta
PCMCI card, tarjeta
802.11
Incorporada a los buses
del sistema de los hosts
Combinación de
hardware, software,
firmware
controller
physical
transmission
cpu memory
host
bus
(e.g., PCI)
network adapter
card
host schematic
application
transport
network
link
link
physical
Comunicación de adaptadores
Lado emisor:
Encapsula el datagrama en
frames
Agrega bits de chequeo
de error, rdt, flow
control, etc.
Lado receptor
Busca errores, rdt, flow
control, etc
Extrae el datagrama y lo
pasa a las capas
superiores en el lado
receptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame

4
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS
Detección de errores
EDC= Error Detection and Correction bits (redundancia)
D = Datos protegidos por chequeo de errores, puede incluir campos del
encabezado
• La detección de errores no es 100% confiable!
• el protocolo puede perder algunos errores, pero ocurre rara vez
• campos EDC largos proporciona mejor detección y corrección
otherwise
Chequeo de paridad
Paridad de un solo
Bit :
Detecta errores de un
solo bit, paridad impar
Paridad de bit en dos dimensiones:
Detect and correct single bit errors
0 0

5
Internet checksum (suma de
comprobación)
Transmisor:
Trata al contenido del
segmento com una
secuencia de 16-bit
enteros
checksum: suma (1’s
complemento suma) el
contenido del segmento
Transmisor pone el valor
del checksum dentro del
campo checksum UDP
Receptor:
Computa el checksum del
segmento recibido
Revisa si el checksum
calculado es igual al valor en
el campo checksum:
NO – error detectado
YES – error no detectado.
Pero sin embargo puede
haber errores?
Objetivo: detectar “errores” (ejemplo, bits
cambiados) en el paquete transmtido (nota: utilizado
solamente en la capa de transporte)
Checksumming: Cyclic Redundancy Check
Vista de los bits de datos, D, como un numero binario
Escoger patrón de r+1 bit (generador), G
objetivo: escoger r CRC bits, R, de tal manera
<D,R> sea exactamente divisible para G (modulo 2)
Receptor conoce G, divide <D,R> para G. Si el residuo no es
cero: error detectado!
Puede detectar todas las ráfagas de errores menores de r+1
bits
En la práctica muy usado (Ethernet, 802.11 WiFi, ATM)
CRC
El objetivo es que T/G no tenga residuo.
Es claro que:
T = 2rD ⊕ (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo
rellena de r ceros (0).
Dividir 2r D entre G:
2rD/G= Q Con Residuo R
la suma modulo 2 basada en la operación OR-
exclusivo:
0 ⊕ 0 = 0 0 ⊕ 1 = 1 1 ⊕ 0 = 1 1 ⊕ 1 = 0.
Entonces, dividir 2rD entre G y usar el residuo
como el CRC.

6
CRC
Transmisor: Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador1101
11111001
10011010000
1101
1001
1101
1000
1101
1011
1101
1100
1101
1000
1101
101 Residuo
Mensaje
CRC
Receptor:
Divide lo recibido para
generador
Residuo debe ser 0; de
otra manera, hubo error
en transmisión
Generador1101
11111001
10011010101
1101
1001
1101
1000
1101
1011
1101
1100
1101
1101
1101
0 Residuo
Mensaje
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS

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Protocolos y enlaces de acceso múltiple
Dos tipos de “enlaces”:
Punto a punto
PPP para acceso dial-up
Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)
old-fashioned Ethernet
HFC: Hybrid Fiber Cable
802.11 LAN inalámbrica
Cable compartido (e.g.,
cable Ethernet)
RF compartido
(e.g., 802.11 WiFi)
RF compartido
(satellite)
Personas en una fiesta
(aire compartido, acoustical)
Protocolos de acceso Múltiple
Unico canal broadcast compartido
Dos o más transmisiones simúltaneas: interferencia
colisión si un nodo recibe dos o más señales al mismo tiempo
Protocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuído que determina cómo los nodos
comparten el canal, y determina cuando el nodo puede
transmitir
La comunicación acerca de compartir el canal debe
utilizar el mismo canal!
No canal out-of-band para coordinación
Protocolo de acceso múltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps
1. Cuando un nodo quiere transmitir, lo hará a una
velocidad R.
2. Cuando M nodos quieren transmitir, cada uno
enviará a una velocidad promedio R/M
3. Totalmente descentralizado:
No hay un nodo especial para coordinar las transmisiones
No hay sincronización de relojes, slots
4. simple

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Protocolos MAC : taxonomía
Tres grandes clases:
Canal particionado
divide al canal en “piezas” pequeñas (time slots,
frecuencia, código)
Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randómico
Canal no dividido, permite colisiones
“recuperación” de las colisiones
“Toma turnos”
Los nodos toman turnos, pero los nodos con más tramas
(frames) para enviar podrían tomar turnos más largos
Protocolos MAC de canal particionando
:TDMA
TDMA: time division multiple access
Acceso al canal en "rondas"
Cada estación tiene un slot de longitud fija (longitud =
tiempo de transmisión de la trama) en cada ronda
Los slots sin usar quedan libres
ejemplo: Lan con 6-estaciones, 1,3,4 tienen paquetes, slots
2,5,6 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slot
frame
Protocolos MAC de canal particionado:
FDMA
FDMA: frequency division multiple access
El espectro del canal se divide en bandas de frecuencia
A cada estación se le asigna una banda de frecuencia fija
El tiempo de transmisión no utilizado en las bandas de frecuencia
queda libre
ejemplo: LAN con 6-estaciones 1,3,4 tienen paquetes, las bandas
de frecuencias 2,5,6 están libres
frequencybands
time
FDM cable

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Protocolos de acceso randómico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviar
Transmite a la velocidad total del canal R.
No existe “a priori “ coordinación entre nodos
Dos o más nodos transmitiendo ➜ “colisión”,
Protocolo MAC de acceso randómico especifican:
Cómo detectar colisiones
Cómo recuperarse de las colisiones (ejemplo, a través de
retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randómico:
ALOHA ranurado, ALOHA
CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA
ALOHA ranurado
Hipótesis:
Todas las tramas del mismo
tamaño
El tiempo está dividido en
slots de igual tamaño (
tiempo para transmitir 1
trama)
Los nodos comienzan a
transmitir solo al comienzo
de cada slot
Los nodos están
sincronizados (saben cuando
comienza cada slot)
si 2 o más nodos transmiten
en un slot, todos los nodos
detectan la colisión antes
que termine el slot
Operación:
Cuando un nodo obtiene una
trama nueva , transmite en el
siguiente slot
Si no hay colisión: el nodo
puede enviar una nueva
trama en el siguiente slot
Si hay colisión: el nodo
retransmite la trama en
cada slot subsiguiente con
probabilidad p hasta que
tenga exito
ALOHA ranurado
Ventajas
Un único nodo activo (con
tramas para enviar) puede
transmitir continuamente a
la velocidad máxima del
canal R
Altamente descentralizado:
sólo los slots necesitan
estar sincronizados, cada
nodo decide por si mismos
simple
Desventajas
Colisiones, desperdicio de
slots
Slots vacíos
Los nodos deberían ser
capaces de detectar
colisiones en un tiempo
menor al tiempo de
transmisión del paquete
Sincronización de reloj

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Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto: N nodos con varias
tramas (nuevas y viejas) para
enviar, cada uno transmite en
un slot con probabilidad p
Probabilidad que un nodo dado
tenga éxito en un slot= p(1-
p)N-1
Probabilidad de que un nodo
arbitrario tenga éxito en un
slot= Np(1-p)N-1
Máx eficiencia: encontrar
p* que maximize
Np(1-p)N-1
Para algunos nodos, tome el
limite de Np*(1-p*)N-1
cuandos N tiende a infinito,
nos da :
Max eficiencia = 1/e = .37
Eficiencia : Fracción de
slots exitosos en un tiempo
largo, con muchos nodos y
todos con muchas tramas
para enviar
Lo mejor posible:
canal utilizado
exitosamente el
37% del tiempo!
!
ALOHA puro (no ranurado)
Aloha sin slots: más simple, sin sincronización
Cuando la primera trama llega
transmite inmediatamente
La probabilidad de colisión se incrementa:
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en
[t0-1,t0+1]
Eficiencia del Aloha puro
P(éxito para un nodo dado) = P(nodo transmita) .
P(otros nodos no transmitan en [t0-1,t0] .
P(otros nodos no transmitan en [t0,t0 +1]
= p . (1-p)N-1 . (1-p)N-1
= p . (1-p)2(N-1)
… calculando el p optimo y luego con N -> infinito ...
Eficiencia máxima = 1/(2e) = .18
Aún peor que el Aloha ranurado!

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CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA: escuchar antes de transmitir:
Si el canal esta libre: transmitir la trama entera
Si el canal sensado está ocupado, diferir la transmisión
Analogía humana: ¡no interrumpir a los otros!
Colisiones CSMA
Las colisiones pueden aún
ocurrir:
El retardo de propagación
tiene como consecuencia que
dos nodos puedan no oir la
transmisión del otro
colisión:
El tiempo completo de la
transmisión de la trama se
desperdicia
spatial layout of nodes
nota:
El rol de la distancia & el retardo
de propagación para inferir la
probabilidad de colisión
CSMA/CD (Collision Detection)
CSMA/CD: si hay presencia de portadora se difiere la
transmisión , como en CSMA
Colisiones detectadas dentro de un corto tiempo
Las transmisiones que colisionan son abortadas, reduciendo el
desperdicio de canal
Detección de colisión:
Fácil en LANs alambradas: medición de la señal potencia,
comparar señales transmitidas y recibidas
Dificultad en LANs inalámbricas: potencia de señal recibida
abrumada por la potencia de la transmisión local.
Analogía humana: el conversador educado

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CSMA/CD collision detection
“Tomando turnos” protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionado:
Eficiencia de canal compartido e imparcialidad
en cargas altas
Ineficiente a cargas bajas: retardo en acceso al
canal, 1/N ancho de banda asignado incluso si
unicamente hay 1 nodo activo!
Protocolos MAC de acceso randómico
Eficiente a cargas bajas: un solo nodo puede
utilizar totalmente el canal
Carga alta: sobre carga por colisión
Protocolos “tomando turnos” protocols
Busca lo mejor de los dos mundos!
Protocolos MAC ”Tomando Turnos”
Polling:
El nodo master
“invita” a los nodos
esclavo (slaves) a
transmitir en turnos
Tipicamente
utilizado con
dispositivos slaves
“tontos”
preocupaciones:
overhead por polling
latencia
Único punto de falla
(master)
master
slaves
poll
data
data

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MAC protocolos “Tomando turnos”
Token passing:
Token mensaje de
control pasado de un
nodo a otro
secuencialmente.
No existe master
Preocupaciones:
Overhead por el token
latencia
Unico punto de falla
(token)
T
data
(nada para
enviar)
T
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado, en tiempo, frecuencia
Time Division, Frequency Division
Acceso Randómico (dinámico),
ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA/CD
Escucha la portadora: fácil en algunas
tecnologías (cableada), difícil en otros
(inalámbrico)
CSMA/CD usado en Ethernet
CSMA/CA usado en 802.11
Tomando turnos
polling desde un sitio central, token passing
Bluetooth, FDDI, IBM Token Ring
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS

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Direcciones MAC y ARP
Dirección IP 32-bit:
Dirección de capa de red
Usado para que el datagrama llegue a su destino en una
subnet IP
Dirección MAC (o LAN o física o Ethernet):
funcion: llevar la trama dese una interface a otra interface
conectada físicamente a la misma red
Dirección MAC de 48 bit (para la mayoría de LANs)
• quemada en la ROM de la NIC, también algunas veces
configurable por software
Dirección LAN y ARP
Cada adaptador en la LAN tiene una única dirección LAN
Dirección Broadcast =
FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
(cableado e
inalámbrico)
Direcciones LAN (más)
Direcciones MAC asignación administrada por la
IEEE
Los fabricantes compran una porción del espacio
de direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)
analogía:
(a) Dirección MAC : como el número de cédula
de identidad
(b) Dirección IP: como la dirección postarl
Direcciones MAC planas ➜ portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otra
Direcciones IP son jerárquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodo
esta conectada

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ARP: Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host,
router) en una LAN
tiene una tabla ARP
Tabla ARP :
correspondencia de
direcciones IP/MAC
para algunos nodos de la
LAN
< dirección IP ; dirección MAC;
TTL>
TTL (Time To Live):
tiempo después del cual
la dirección mapeada será
olvidad (típicamente 20
min)
Pregunta: como determinar
La dirección MAC de B
Conociendo su dirección IP?
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137.196.7.23
137.196.7.78
137.196.7.14
137.196.7.88
Protocolo ARP: La misma LAN
(network)
A quiere envier un datagrama
a B, y la dirección MAC de B
no esta en la tabla ARP de A.
Un paquete de consulta ARP
broadcasts conteniendo la
dirección IP de B es enviado
Dirección destino MAC =
FF-FF-FF-FF-FF-FF
Todas las máquinas en la
LAN reciben la consulta
ARP
B recibe el paquete ARP,
contesta a A con su dirección
MAC
La trama es enviada a la
dirección MAC de A
(unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de
direccioes IP-to-MAC en
parejas en su direcci tabla
ARP hasta que la información
se convierta en vieja (times
out)
soft state: la information
vieja expira a menos que
sea actualizada
(refrescada)
ARP es “plug-and-play”:
Los nodos crean sus tablas
ARP sin intervención del
administrador de red
Direccionamiento: enrutamiento a
otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111.111.111.112
111.111.111.111
A
74-29-9C-E8-FF-55
222.222.222.221
88-B2-2F-54-1A-0F
B
222.222.222.222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario: envío de un datagrama desde A a B via R,
asuma que A conoce la dirección IP de B
2 tablas ARP en el router R, una para cada red IP
(LAN)

16
A crea un datagrama IP con origen A, destino B
A usa ARP para obtener la dirección MAC de R para 111.111.111.110
A crea una trama de enlace de datos con la dirección MAC de R
como destino, la trama conitene un datagrama IP A-to-B
La NIC de A envía la trama
La NIC de R recibe la trama
R remueve el datagrama IP de la trama Ethernet, mira si esta
destinado para B
R usa ARP para obtener la dirección MAC de B
R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo envía a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222.222.222.220
111.111.111.110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111.111.111.112
111.111.111.111
A
74-29-9C-E8-FF-55
222.222.222.221
88-B2-2F-54-1A-0F
B
222.222.222.222
49-BD-D2-C7-56-2A
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS
Ethernet
Tecnología LAN alambrada “dominante” :
barata $20 por NIC
Tecnología LAN usada primero ampliamente
simple, barata comparada con LANs token y
ATM
Se ha mantenido con velocidades: 10 Mbps – 10
Gbps
Bosquejo de la
Ethernet de Metcalfe

17
Topología estrella
Topología de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos están en el mismo dominio de colisión
(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy: prevalece la topología estrella
Un switch activo en el centro
Cada “spoke” core un protocolo Ethernet (separado) Los
nodos no colisionan unos con otros
switch
bus: coaxial cable
star
Estructura de la trama
Ethernet
El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en una
trama Ethernet
Preambulo:
7 bytes con un patrón 10101010 seguidos por un
byte con el patrón 10101011
usado para sincronización con el receptor,
velocidad del reloj de transmisor
Estructura de la trama Ethernet
(más)
Direcciones: 6 bytes
Si el adaptador receptor recibe una trama que concuerde
con la driección destino o con dirección broadcast
(ejemplo paquete ARP), el pasa el dato del frame al
protocolo de capa de red
De otra manera, el adaptador descarta la trama
Tipo: indica el protocolo de capa superior
(mayormente IP pero puede haber otras opciones
como Novell IPX, AppleTalk)
CRC: Revisado en el receptor, si un error es
detectado, la trama es descartada

18
Ethernet: no confiabe, no orientado a
la conexión
No orientado a la conexión (connectionless): no hay
handshaking entre las NICs del transmisor y el
receptor
No confiabler (unreliable): La NIC del receptor no
envía acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tener
gaps (datagramas perdidos)
gaps serán llenados si la aplicación utiliza TCP
De otra forma la aplicación verá los gaps
Protocolo MAC Ethernet: sin ranuras CSMA/CD
Algoritmo Ethernet CSMA/CD
1. NIC recibe el datagrama
desde la capa de red , crea
la trama
2. Si la NIC sensa
desocupado el canal, inicia
la transmisión del a trama
si la NIC sensa el canal
ocupado, espera hasta que
el canal se desocupe y
luego transmite
3. Si el NIC transmite toda
la trama sin detectar otra
transmisión, el NIC tuvo
exito!
4. Si el NIC detecta otra
transmisión mientras
estaba transmitiendo,
aborta y envía una señal de
jam
5. Después de abortar, el
NIC entra al algoritmo
exponential backoff:
despué de la colisión mth,
el NIC escoje
randomicamente K de
{0,1,2,…,2m-1}. NIC espera
K·512 bit times, regresa al
paso 2
Ethernet’s CSMA/CD (más)
Señal Jam: asegura que todos
los transmisores están
enterados de la colisión; 48
bits
Bit time: .1 microsegundo para
Ethernet de 10 Mbps
Ethernet ;
para K=1023, tiempo de
espera es 50 msec
Exponential Backoff:
Objetivo: adaptar los
intentos de retransmisione a
un estimado de carga actual
Carga pesada: espera
randomica será larga
Primera colisión: escoje un K
entre {0,1}; retardo es is K·
512 bit transmission times
Despúes de la segunda
colisión: escojerá K entre
{0,1,2,3}…
Luego de 10 colisiones, se
escojerá a K entre
(0,1,2,3,4,…,1023}

19
Eficiencia CSMA/CD
Tprop = máximo retardo de propagación entre dos
nodos de la LAN
ttrans = tiempo para transmitir una tram de tamaño
máximo
eficiencia se acerca a 1
cuando tprop se acerca a 0
cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempeño que ALOHA: y además simple,
barato y descentralizado!
transprop /tt
efficiency
51
1
+
=
802.3 Ethernet Standards: Capas enlace & física
algunos diferentes estandares Ethernet
En común el protocolo MAC y el formato de la trama
Velocidades diferentes: 2 Mbps, 10 Mbps, 100 Mbps,
1Gbps, 10G bps
Medio de capa física diferente: fiber, cable
application
transport
network
link
physical
MAC protocol
and frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twister
pair) physical layer
Codificación Manchester
Usada en 10BaseT
Cada bit tiene una transición
Permite a los relojes en los nodos transmisor y
receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos!

20
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS
Hubs
… capa física (“tontos”) repetidores:
Los bits entrantes por un enlace salen por todos
los otros enlaces a la misma velocidad
Todos los nodos conectados a un hub pueden
colisionar con otro
No hay buffering de trama
No hay CSMA/CD en un hub: las NICs de los
hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
Switch
Dispositivo de capa de enlace: más listo que
un hub, toma rol activo
guarda, forward tramas Ethernet
Examina las direcciones MAC de las tramas
entrantes, selectivamente forward la trama a
uno o algunos enlaces de salida cuando la trama es
entregada en un segmento usa CSMA/CD para
acceder al mismo
transparente
Los hosts desconecen la presencia de los
switches
plug-and-play, self-learning
switches no necesitan de mayor configuración

21
Switch: permiete múltiples
transmisiones simultáneas
Los hosts tienen conexiones
directas dedicadas al switch
El switch hacen buffer de los
paquetes
Protocolo Ethernet es usado en
cada enlace de entrada, no hay
colisiones; full duplex
Cada enlace está en su propio
dominio de colisión
switching: simultáneamente A-
to-A’ y B-to-B’ , sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
A’
B
B’
C
C’
switch with six interfaces
(1,2,3,4,5,6)
1 2
3
45
6
Tabla del Switch
P: Como el switch conoce que A’ es
alcanzable via interface 4, B’ es
alcanzable via interface 5?
R: cada switch tiene una tabla de
switch, en cada entrada:
Dirección MAC del host, interface
para alcanzar al host, tiempo
Parecido a una tabla de
enrutamiento!
P: como se crean las entradas, como
se mantienen en la tabla de switch?
Algo parecido a los protocolos de
enrutamiento?
A
A’
B
B’
C
C’
switch with six interfaces
(1,2,3,4,5,6)
1 2
3
45
6
Switch: auto-aprendizaje
El switch aprende cual
hosts puede ser
alcanzado a través de
cual interface
Cuando una trama es
recibida, el switch
“aprende” la localización
del transmisor: segmento
de LAN entrante
Graba la pareja
transmisor/localización en
la tabla de switch
A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
Tabla Switch
(inicialmente vacía)
A 1 60

22
Switch: filtro/entrega de trama
Cuando la trama es recibida:
1. Graba el enlace asociado con el host transmisor
2. Busca en la tabla de switch usando la dirección
destino MAC
3. if la entrada es encontrada para el destino
then {
if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribo
then descarta la trama
else entregue la trama a la interface indicada
}
else inundar
forward en todos menos en la interface
Por donde fue recibido
Auto-
aprendizaje,
ejemplo de
forwarding:
A
A’
B
B’
C
C’
1 2
3
45
6
A A’
Source: A
Dest: A’
MAC addr interface TTL
Tabla de Switch
(inicialmente vacío)
A 1 60
A A’A A’A A’A A’A A’
Destino de la trama
no conocido: inundación
A’ A
Localización conocida
para el destino A :
A’ 4 60
envío selecitivo
Red institucional
to external
network
router
IP subnet
mail server
web server

23
Switches vs. Routers
Ambos son dispositivos store-and-forward
routers: dispositivos de capa de red (examina los headers
de capa de red)
switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento,
implementan los algoritmos de enrutamiento
Los switches mantienen las tablas de switches,
implementa filtering, algoritmos de aprendizaje
A switch using VLAN software
Two switches in a backbone using VLAN software

24
Capa de enlace
5.1 Introducción y
servicios
5.2 Detección y
5.3 Protocolos de
acceso Múltiple
de Capa de Enlace
5.5 Ethernet
enlace
5.7 PPP
enlaces: ATM, MPLS
Control de Enlace de datos punto a
punto
Un transmisor, un receptor, un enlace: más fácil
que el enlace broadcast:
no Media Access Control
no necesita un direccionamiento MAC explícito
ejemplo, enlace dialup, línea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de
enlace de datos:
PPP (point-to-point protocol)
HDLC: High level data link control
Requerimientos del diseño PPP [RFC
1557]
packet framing: encapsulación del datagrama de
capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquier
protocolo de capa de red (no solamente IP) al
mismo tiempo
Transparencia de bit: deberá llevar algún patrón
de bit en el campo de datos
Detección de errores (no corrección)
connection liveness: detecta, falla en la señal de
enlace y le informa a la capa de red
Negociación de direccionamiento de capa de red:
endpoint puede aprender/configurar cada una de
las otras direcciones de red

25
PPP ( no-requerido)
no corrección de errores/recuperación
no control de flujo
Entrega fuera de orden OK
No necesidad de soportar enlaces multipuntos
(Ejemplo, polling)
Recuperación de errores, control de flujo, re-ordenamiento de
datos todo esto relegado a las capas superiores!
Trama de Datos PPP
Flag: delimitador (framing)
Address (dirección): solamente una opción, no
hace nada
Control: no hace nada; en el futuro posiblemente
múltples campos de control
Protocolo: protocolo de capa superior al cual la
trama es entregada(ejemplo, PPP-LCP, IP, IPCP,
etc)
Trama de datos PPP
info: dato de la capa superior que es llevado
check: para detección de error, cyclic redundancy
check

26
Byte Stuffing
requerimiento “transparencia de datos” : campo
de datos deberá permitirsele incluir el patrón de
flag <01111110>
P: si se recibe <01111110> es dato o flag?
Transmisor: añade (“stuffs”) extra byte <
01111101> después de cada byte de dato <
01111110>
Receptor:
Dos bytes 01111101 en una fila: descartar el
primer byte, continue la recepción de datos
Solo 01111110: byte de flag
Byte Stuffing
flag byte
pattern
in data
to send
flag byte pattern plus
stuffed byte in
transmitted data
PPP Data Control Protocol
Antes del intercambio de datos
de la capa de red, los peers
de enlace de datos deben,
Configurar el enlace PPP
(longuitud max. de la trama,
autenticación)
Aprender/configurar la red
información de capa
Para IP: carry IP Control
Protocol (IPCP) msgs
(protocol field: 8021)
para configurar/aprender
direcciones IP

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