El
nivel de enlace de datos (en inglés
data link level) o
capa de enlace de datos es la segunda capa del modelo OSI, el cual es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito de transmisión de datos. Recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de la
capa física. El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información
fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas
directamente (servicio orientado a conexión). Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).
Cuando el medio de comunicación está compartido entre más de dos
equipos es necesario arbitrar el uso del mismo. Esta tarea se realiza
en la subcapa de control de acceso al medio. Dentro del grupo de normas IEEE 802, la subcapa de enlace lógico se recoge en la norma IEEE 802.2 y es común para todos los demás tipos de redes (Ethernet o IEEE 802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE 802.16 o WiMAX, etc.); todas ellas especifican un subcapa de acceso al medio así como una capa física distinta. Otro tipo de protocolos de la capa de enlace serían PPP (Point to point protocol o protocolo punto a punto), HDLC (High level data link control o protocolo de enlace de alto nivel), por citar dos. En la práctica la subcapa de acceso al medio suele formar parte de
la propia tarjeta de comunicaciones, mientras que el subcapa de enlace
lógico estaría en el programa adaptador de la tarjeta (driver en inglés).
Tramas
En la capa de enlace la facilidad de área extensa por la que se pueden comunicar los sistemas mediante un protocolo de la capa de enlace de datos.
Funciones
La capa de enlace de datos es responsable de la transferencia fiable de información a través de un Circuito eléctrico de transmisión de datos. La transmisión de datos
lo realiza mediante tramas que son las unidades de información con
sentido lógico para el intercambio de datos en la capa de enlace.
También hay que tener en cuenta que en el modelo TCP/IP se corresponde a la segunda capa
Sus principales funciones son:
- Iniciación, terminación e identificación.
- Segmentación y bloqueo.
- Sincronización de octeto y carácter.
- Delimitación de trama y transparencia.
- Control de errores.
- Control de flujo.
- Recuperación de fallos.
- Gestión y coordinación de la comunicación.
Iniciación, terminación e identificación
La función de iniciación comprende los procesos
necesarios para activar el enlace e implica el intercambio de tramas de
control con el fin de establecer la disponibilidad de las estaciones
para transmitir y recibir información. Las funciones de terminación son de liberar los recursos ocupados
hasta la recepción/envío de la última trama. También de usar tramas de
control. La identificación es para saber a que terminal se debe de
enviar una trama o para conocer quien envía la trama. Se lleva a cabo
mediante la dirección de la capa de enlace.
Segmentación y bloqueo
La segmentación
surge por la longitud de las tramas ya que si es muy extensa, se debe
de realizar tramas más pequeñas con la información de esa trama
excesivamente larga. Si estas tramas son excesivamente cortas, se ha de implementar unas
técnicas de bloque que mejoran la eficiencia y que consiste en
concatenar varios mensajes cortos de nivel superior en una única trama
de la capa de enlace más larga.
Sincronización de octeto y carácter
En las transferencias de información en la capa de enlace es necesario identificar los bits y saber que posición les corresponde en cada carácter u octeto dentro de una serie de bits recibidos. Esta función de sincronización
comprende los procesos necesarios para adquirir, mantener y recuperar
la sincronización de carácter u octeto. Es decir, poner en fase los
mecanismos de codificación del emisor con los mecanismos de decodificación del receptor.
Delimitación de trama
La capa de enlace debe ocuparse de la delimitación y sincronización de la trama. Para la sincronización puede usar 3 métodos:
- El primero de ellos es "Principio y fin" (caracteres específicos para identificar el principio o el fin de cada trama).
- También puede usar "Principio y cuenta" (Utiliza un carácter para
indicar comienzo y seguido por un contador que indica su longitud).
- Por último puede usar el "Guion" (se emplea una agrupación
especifica de bits para identificar el principio y fin mediante
banderas/flags).
La transparencia se realiza mediante la inserción de bits.
Consta de ir contando los unos consecutivos y cuando se encuentra con 5
unos seguidos y consecutivos introduce el bit 0 después del quinto uno.
Ejemplo: Las banderas/flag suelen ser 01111110, y al aplicar la transparencia pasa a ser 011111010.
Control de errores
Proporciona detección y corrección de errores en el envío de tramas entre computadores, y provee el control de la capa física. Sus funciones, en general, son:
- Identificar Trama de datos
- Códigos detectores y correctores de error
- Control de flujo
- Gestión y coordinación de la comunicación.
Correctores de error : Es opcional en esta capa, la encargada
de realizar esta funcion es la capa de transporte , en una WAN es muy
problable que la verificacion, la realiza la capa de enlace
Para la Identificación de tramas puede usar distintas técnicas como:
- Contador de caracteres
- Caracteres de inicio y final con caracteres de relleno
- Secuencia de bits indicadora de inicio y final, con bits de relleno
El control de flujo es necesario para no 'agobiar' al receptor. Se
realiza normalmente en la capa de transporte, también a veces en la
capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación. Suele ir unido
a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del canal.
Los métodos de control de errores son básicamente 2:
- FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.
- ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.
Las posibles implementaciones son:
- Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.
- Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente
tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea,
elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la
trama errónea.
- Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.
La detección de errores la realiza mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar:
- CRC (control de redundancia cíclica)
- Simple paridad
- Paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical)
- Suma de verificación
La corrección de errores están basados en Código Hamming, por repetición, verificación de paridad cruzada, Reed-Solomon y de goyle.
Control de flujo
El control de flujo es necesario para no saturar al receptor de uno a más emisores. Se realiza normalmente en la capa de transporte,
también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de
retroalimentación. Suele ir unido a la corrección de errores y no debe
limitar la eficiencia del canal. El control de flujo conlleva dos
acciones importantísimas que son la detección de errores y la
corrección de errores.
La detección de errores se utiliza para detectar errores a la
hora de enviar tramas al receptor e intentar solucionarlos. Se realiza
mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar el CRC (códigos de redundancia cíclica), simple paridad (puede ser par, números de 1´s par, o impar) paridad cruzada (Paridad horizontal y vertical) y Suma de verificación
La corrección de errores surge a partir de la detección para
corregir errores detectados y necesitan añadir a la información útil un
número de bits redundantes bastante superior al necesario para detectar
y retransmitir. Sus técnicas son variadas. El Código Hamming,
Repetición, que cada bit se repite 3 veces y en caso de fallo se toma
el bit que más se repite; También puede hacerse mediante verificación de paridad cruzada, Reed-Solomon y de goyle.
También cabe destacar los protocolos HDLC que es un control de enlace de datos a alto nivel, orientado a bit y obedece a una ARQ de ventana deslizante o continuo. También existen protocolos orientados a carácter.
Recuperación de fallos
Se refiere a los procedimientos
para detectar situaciones y recuperar al nivel de situaciones anómalas
como la ausencia de respuesta, recepción de tramas inválidas, etc. Las
situaciones más típicas son la pérdida de tramas, aparición de tramas
duplicadas y llegada de tramas fuera de secuencia. Si no se tratasen correctamente estos eventos se perderá información
y se aceptarán datos erróneos como si fuesen correctos. Generalmente se
suelen utilizar contadores para limitar el número de errores o reintentos de los procesos y procedimientos. También se pueden usar temporizadores para establecer plazos de espera (timeout) de los sucesos.
Gestión y coordinación de la comunicación
La gestión atiende a 2 tipos:
- El primero de ellos es un sistema centralizado donde existe una
máquina maestra y varias esclavas. Estas conexiones se pueden realizar
punto a punto o multipunto.
- El segundo de ellos es el distribuido, donde no existe máquina
maestra y todas compiten por el control del sistema de comunicación.
La coordinación se puede realizar mediante selección o contienda:
- La selección se puede implementar mediante sondeo/selección, donde
el maestro recoge un mensaje de una secundaria y se la entrega a quien
seleccione. También es posible asignando un testigo a una máquina que
es la que puede emitir mensajes/tramas. Son típicas las configuraciones
Token Ring y Token Bus.
- La contienda se basa en que cada ordenador emite su trama/mensaje
cuando le apetece. Todos los componentes de la red son tanto emisores
como receptores. Son típicos los sistemas ALOHA y CSMA/CD. Hay que tener cuidado con las colisiones.
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