capa de enlace: introducción -...

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V2.6 Capa de enlace 5-1 Capítulo 5 Capa de enlace y LANs A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright 1996-2010 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Redes de computadoras: Un enfoque descendente, 5 a edición. Jim Kurose, Keith Ross Pearson Educación, 2010. Redes de computadores Bloque 2 V2.6 Capa de enlace 5-2 Capítulo 5: La capa de enlace Objetivos: Comprender los principios que existen bajo los servicios de la capa de enlace: Detección y corrección de errores Compartir un canal de multidifusión: acceso múltiple Direccionamiento de la capa de enlace Transferencias de datos fiables, control de flujo Instanciación e implementación de varias tecnologías de la capa de enlace. V2.6 Capa de enlace 5-3 Capa de enlace 5.1 Introducción y servicios 5.2 Detección y corrección de errores 5.3 Protocolos de acceso múltiple 5.4 Ethernet 5.5 Direccionamiento de la capa de enlace 5.6 Conmutadores de la capa de enlace 5.7 Redes de área local virtuales (VLANs) 5.8 PPP V2.6 Capa de enlace 5-4 Capa de enlace: Introducción Terminología: hosts y routers son nodos Los canales de comunicación que conectan nodos adyacentes a través de la ruta de comunicaciones son enlaces Enlaces cableados Enlaces inalámbricos Enlaces “virtuales” LANs Un paquete del nivel 2 es una trama, encapsula datagramas La capa de enlace tiene la responsabilidad de transferir datagramas de un nodo al nodo físicamente adyacente a través de un enlace V2.6 Capa de enlace 5-5 La capa de enlace: contexto Los datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace sobre distintos enlaces: Ethernet como primer enlace, frame relay como enlace intermedio y 802.11 como último enlace Cada protocolo de enlace proporciona diferentes servicios Puede o no proporcionar retransmisión sobre el enlace Analogía con los transportes Viaje de Alcalá a Astorga Bus: de Alcalá a Madrid Tren: de Madrid a León Coche: de León a Astorga turista = datagrama Segmento de transporte = enlace de comunicación Modo de transporte = protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6 Capa de enlace 5-6 Servicios de la capa de enlace (I) Entramado, acceso al enlace: encapsula datagramas en una trama, añade cabecera y, opcionalmente, cola. Accede al canal, si el medio es compartido Direcciones “MAC” se emplean en la cabecera de las tramas para identificar origen y destino ¡Diferentes de las direcciones IP! Entrega fiable entre nodos adyacentes Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra óptica, coaxial, par trenzado) Enlaces inalámbricos: alta tasa de error

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Page 1: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-1

Capiacutetulo 5Capa de enlace y LANs

A note on the use of these ppt slidesWersquore making these slides freely available to all (faculty students readers) Theyrsquore in PowerPoint form so you can add modify and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs They obviously represent a lot of work on our part In return for use we only ask the following

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Thanks and enjoy JFKKWR

All material copyright 1996-2010JF Kurose and KW Ross All Rights Reserved

Redes de computadoras Un enfoque descendente 5a edicioacuten Jim Kurose Keith RossPearson Educacioacuten 2010

Redes de computadoresBloque 2

V26Capa de enlace 5-2

Capiacutetulo 5 La capa de enlaceObjetivos

Comprender los principios que existen bajo los servicios de la capa de enlace

Deteccioacuten y correccioacuten de erroresCompartir un canal de multidifusioacuten acceso muacuteltipleDireccionamiento de la capa de enlaceTransferencias de datos fiables control de flujo

Instanciacioacuten e implementacioacuten de varias tecnologiacuteas de la capa de enlace

V26Capa de enlace 5-3

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-4

Capa de enlace IntroduccioacutenTerminologiacutea

hosts y routers son nodosLos canales de comunicacioacuten que conectan nodos adyacentes a traveacutes de la ruta de comunicaciones son enlaces

Enlaces cableadosEnlaces inalaacutembricosEnlaces ldquovirtualesrdquoLANs

Un paquete del nivel 2 es una trama encapsula datagramas

La capa de enlace tiene laresponsabilidad de transferir datagramas de un nodo al nodo

fiacutesicamente adyacente a traveacutes de un enlace

V26Capa de enlace 5-5

La capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentes protocolos de enlace sobre distintos enlaces

Ethernet como primer enlace frame relay como enlace intermedio y 80211 como uacuteltimo enlace

Cada protocolo de enlace proporciona diferentes servicios

Puede o no proporcionar retransmisioacuten sobre el enlace

Analogiacutea con los transportesViaje de Alcalaacute a Astorga

Bus de Alcalaacute a MadridTren de Madrid a LeoacutenCoche de Leoacuten a Astorga

turista = datagramaSegmento de transporte = enlace de comunicacioacutenModo de transporte = protocolo de la capa de enlaceAgencia de viajes = algoritmo de enrutado

V26Capa de enlace 5-6

Servicios de la capa de enlace (I)Entramado acceso al enlace

encapsula datagramas en una trama antildeade cabecera y opcionalmente colaAccede al canal si el medio es compartidoDirecciones ldquoMACrdquo se emplean en la cabecera de las tramas para identificar origen y destino

bull iexclDiferentes de las direcciones IPEntrega fiable entre nodos adyacentes

Rara vez se usan en canales con pocos errores (fibra oacuteptica coaxial par trenzado)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de error

V26Capa de enlace 5-7

Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo

Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino

Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama

Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten

Half-duplex y full-duplexCon half-duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez

V26Capa de enlace 5-8

iquestDoacutende se implementa la capa de enlace

En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)

Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica

Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware

controlador

fiacutesicotransmisioacuten

cpu memoria

host bus (ej PCI)

Tarjeta adaptadorade red

Esquema de host

aplicacioacutentransporte

Redenlace

Enlacefiacutesico

V26Capa de enlace 5-9

Comunicacioacuten entre adaptadores

EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc

ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores

controlador controlador

Host emisor Host receptor

datagrama datagrama

datagrama

trama

V26Capa de enlace 5-10

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-11

Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales

bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten

otherwise

V26Capa de enlace 5-12

Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples

Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples

0 0

V26Capa de enlace 5-13

Suma de comprobacioacuten de Internet

EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento

ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido

NO - error detectadoSI - no se detecta error

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)

V26Capa de enlace 5-14

Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que

ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits

Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

V26Capa de enlace 5-15

Ejemplo de CRCSe desea

D2r XOR R = nGEs equivalente a

D2r = nG XOR R Equivale a

Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = resto[ ]D2r

G

V26Capa de enlace 5-16

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-17

Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo

Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el nodo

Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica

Cable compartido (ej cable Ethernet)

RF compartida(ej 80211 WiFi)

RF compartida(sateacutelite)

Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)

V26Capa de enlace 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia

Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple

Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal

No existe un canal separado para coordinacioacuten

V26Capa de enlace 5-19

Protocolo de acceso muacuteltiple ideal

Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a

una velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno

puede transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado

No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes

4 Simple

V26Capa de enlace 5-20

Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal

Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo

Acceso aleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesEl sistema se ldquorecuperardquo tras las colisiones

ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos

V26Capa de enlace 5-21

Protocolos MAC de reparto del canal TDMA

TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6 estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados

1 3 4 1 3 4

trama con 6espacios

V26Capa de enlace 5-22

Protocolos MAC de reparto del canal FDMA

FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas

band

as d

e fr

ecue

ncia tiempo

cable FDM

V26Capa de enlace 5-23

Acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo (CDMA)

Empleada en varios estaacutendares para canales de difusioacuten inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)Se asigna un uacutenico coacutedigo a cada usuario reparto del canal por coacutedigoTodos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio coacutedigo para codificar los datosCodificado de la sentildeal = (datos originales) x (coacutedigo)Descodificacioacuten (sentildeal codificada) x (coacutedigo) y se recuperan los datos originalesSi los coacutedigos son ortogonales permite la transmisioacuten simultaacutenea por parte de varios emisores

V26Capa de enlace 5-24

CDMA CodificacioacutenDescodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicm

d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canal

entrada

slot 1Canal

entrada

Canal de salida Zim

emisorcoacutedigo

datosbits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canalsalida

slot 1Canalsalidareceptor

coacutedigo

Entradarecibida

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

Nota representamos el bit 0 como -1

V26Capa de enlace 5-25

CDMA interferencia de dos emisores

V26Capa de enlace 5-26

Protocolos de acceso aleatorio

Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos

Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoEl protocolo MAC de acceso aleatorio especifica

Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej mediante retransmisioacuten demorada)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA

V26Capa de enlace 5-27

ALOHA ranurado (I)Suposiciones

Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten

OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot

Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito

V26Capa de enlace 5-28

ALOHA ranurado (II)

ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple

ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten

V26Capa de enlace 5-29

Eficiencia del Aloha ranurado

suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1

La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1

Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1

Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1

cuando N tiende a infinito da

Eficiencia maacutexima = 1e = 037

Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)

iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo

V26Capa de enlace 5-30

ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama

Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta

La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 2: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-7

Servicios de la capa de enlace (II)Control de flujo

Adecuar la velocidad entre los nodos adyacentes origen y destino

Deteccioacuten de erroresErrores causados por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores avisa al emisor para que retransmita o descarte la trama

Correccioacuten de erroresEl receptor identifica y corrige error(es) de bit sin necesidad de retransmisioacuten

Half-duplex y full-duplexCon half-duplex ambos nodos de los extremos del enlace pueden transmitir pero no a la vez

V26Capa de enlace 5-8

iquestDoacutende se implementa la capa de enlace

En todos los HOSTsLa capa de enlace se implementa en el ldquoadaptadorrdquo (network interface card NIC)

Tarjetas Ethernet PCMCI 80211Implementa los enlaces de la capa fiacutesica

Conectado a los buses del hostsCombina hardware software firmware

controlador

fiacutesicotransmisioacuten

cpu memoria

host bus (ej PCI)

Tarjeta adaptadorade red

Esquema de host

aplicacioacutentransporte

Redenlace

Enlacefiacutesico

V26Capa de enlace 5-9

Comunicacioacuten entre adaptadores

EmisorEncapsula el datagrama en una tramaAntildeade bits para el control de errores control de flujo etc

ReceptorBusca errores control de flujo etcExtrae el datagrama y lo pasa a niveles superiores

controlador controlador

Host emisor Host receptor

datagrama datagrama

datagrama

trama

V26Capa de enlace 5-10

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-11

Deteccioacuten de erroresEDC= Bits de deteccioacuten y correccioacuten de errores (redundancia)D = Los datos protegidos mediante correccioacuten de errores pueden contener campos adicionales

bull iexclLa deteccioacuten de errores no es 100 fiablebull el protocolo puede perder algunos errores aunque rara vezbullEDC mayores mejoran la deteccioacuten y la correccioacuten

otherwise

V26Capa de enlace 5-12

Comprobacioacuten de la paridadParidad simpleDetecta errores de bit simples

Bits de paridad bidimensionalesDetectan y corrigen errores de bit simples

0 0

V26Capa de enlace 5-13

Suma de comprobacioacuten de Internet

EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento

ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido

NO - error detectadoSI - no se detecta error

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)

V26Capa de enlace 5-14

Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que

ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits

Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

V26Capa de enlace 5-15

Ejemplo de CRCSe desea

D2r XOR R = nGEs equivalente a

D2r = nG XOR R Equivale a

Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = resto[ ]D2r

G

V26Capa de enlace 5-16

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-17

Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo

Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el nodo

Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica

Cable compartido (ej cable Ethernet)

RF compartida(ej 80211 WiFi)

RF compartida(sateacutelite)

Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)

V26Capa de enlace 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia

Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple

Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal

No existe un canal separado para coordinacioacuten

V26Capa de enlace 5-19

Protocolo de acceso muacuteltiple ideal

Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a

una velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno

puede transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado

No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes

4 Simple

V26Capa de enlace 5-20

Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal

Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo

Acceso aleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesEl sistema se ldquorecuperardquo tras las colisiones

ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos

V26Capa de enlace 5-21

Protocolos MAC de reparto del canal TDMA

TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6 estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados

1 3 4 1 3 4

trama con 6espacios

V26Capa de enlace 5-22

Protocolos MAC de reparto del canal FDMA

FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas

band

as d

e fr

ecue

ncia tiempo

cable FDM

V26Capa de enlace 5-23

Acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo (CDMA)

Empleada en varios estaacutendares para canales de difusioacuten inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)Se asigna un uacutenico coacutedigo a cada usuario reparto del canal por coacutedigoTodos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio coacutedigo para codificar los datosCodificado de la sentildeal = (datos originales) x (coacutedigo)Descodificacioacuten (sentildeal codificada) x (coacutedigo) y se recuperan los datos originalesSi los coacutedigos son ortogonales permite la transmisioacuten simultaacutenea por parte de varios emisores

V26Capa de enlace 5-24

CDMA CodificacioacutenDescodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicm

d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canal

entrada

slot 1Canal

entrada

Canal de salida Zim

emisorcoacutedigo

datosbits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canalsalida

slot 1Canalsalidareceptor

coacutedigo

Entradarecibida

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

Nota representamos el bit 0 como -1

V26Capa de enlace 5-25

CDMA interferencia de dos emisores

V26Capa de enlace 5-26

Protocolos de acceso aleatorio

Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos

Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoEl protocolo MAC de acceso aleatorio especifica

Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej mediante retransmisioacuten demorada)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA

V26Capa de enlace 5-27

ALOHA ranurado (I)Suposiciones

Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten

OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot

Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito

V26Capa de enlace 5-28

ALOHA ranurado (II)

ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple

ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten

V26Capa de enlace 5-29

Eficiencia del Aloha ranurado

suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1

La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1

Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1

Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1

cuando N tiende a infinito da

Eficiencia maacutexima = 1e = 037

Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)

iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo

V26Capa de enlace 5-30

ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama

Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta

La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 3: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-13

Suma de comprobacioacuten de Internet

EmisorLos bytes de datos se tratan como enteros de 16 bits y se sumanSe calcula el complemento a 1 de esta suma para formar la suma de comprobacioacutenEl emisor coloca este valor en la cabecera del segmento

ReceptorVuelve a realizar la suma de los datosComprueba si el resultado obtenido es el mismo que el recibido

NO - error detectadoSI - no se detecta error

Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ej bits cambiados) en los paquetes transmitidos (usado uacutenicamente en el nivel de transporte)

V26Capa de enlace 5-14

Comprobacioacuten de la Redundancia CiacuteclicaVer los bits de datos D como un nuacutemero binarioElegir un patroacuten de bits de r+1 (generador) GObjetivo elegir r bits de CRC R tal que

ltDRgt sea divisible exactamente por G (modulo 2) El receptor conoce G divide ltDRgt por G Si el resto no da cerose detecta el errorPuede detectar raacutefagas de error menores de r+1 bits

Se emplea mucho en la praacutectica (Ethernet 80211 WiFi ATM)

V26Capa de enlace 5-15

Ejemplo de CRCSe desea

D2r XOR R = nGEs equivalente a

D2r = nG XOR R Equivale a

Si dividimos D2r por G obtendremos el resto R

R = resto[ ]D2r

G

V26Capa de enlace 5-16

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-17

Protocolos de acceso muacuteltiple (I)Dos tipos de ldquoenlacesrdquo

Punto-a-puntoPPP por red telefoacutenicasEnlace punto-a-punto entre el conmutador Ethernet y el nodo

Difusioacuten (comparticioacuten de cable o medio)Ethernet antiguaLAN 80211 inalaacutembrica

Cable compartido (ej cable Ethernet)

RF compartida(ej 80211 WiFi)

RF compartida(sateacutelite)

Personas en una fiesta(comparten aire muacutesica)

V26Capa de enlace 5-18

Protocolos de acceso muacuteltiple (II)Canal uacutenico compartido para difusioacutenDos o maacutes nodos transmiten simultaacuteneamente interferencia

Colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales a la vezProtocolo de acceso muacuteltiple

Algoritmo distribuido que determina de queacute modo los nodos comparten el canal ej determina cuaacutendo un nodo puede transmitirLa comunicacioacuten sobre coacutemo compartir el canal va sobre el mismo canal

No existe un canal separado para coordinacioacuten

V26Capa de enlace 5-19

Protocolo de acceso muacuteltiple ideal

Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a

una velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno

puede transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado

No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes

4 Simple

V26Capa de enlace 5-20

Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal

Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo

Acceso aleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesEl sistema se ldquorecuperardquo tras las colisiones

ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos

V26Capa de enlace 5-21

Protocolos MAC de reparto del canal TDMA

TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6 estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados

1 3 4 1 3 4

trama con 6espacios

V26Capa de enlace 5-22

Protocolos MAC de reparto del canal FDMA

FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas

band

as d

e fr

ecue

ncia tiempo

cable FDM

V26Capa de enlace 5-23

Acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo (CDMA)

Empleada en varios estaacutendares para canales de difusioacuten inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)Se asigna un uacutenico coacutedigo a cada usuario reparto del canal por coacutedigoTodos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio coacutedigo para codificar los datosCodificado de la sentildeal = (datos originales) x (coacutedigo)Descodificacioacuten (sentildeal codificada) x (coacutedigo) y se recuperan los datos originalesSi los coacutedigos son ortogonales permite la transmisioacuten simultaacutenea por parte de varios emisores

V26Capa de enlace 5-24

CDMA CodificacioacutenDescodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicm

d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canal

entrada

slot 1Canal

entrada

Canal de salida Zim

emisorcoacutedigo

datosbits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canalsalida

slot 1Canalsalidareceptor

coacutedigo

Entradarecibida

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

Nota representamos el bit 0 como -1

V26Capa de enlace 5-25

CDMA interferencia de dos emisores

V26Capa de enlace 5-26

Protocolos de acceso aleatorio

Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos

Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoEl protocolo MAC de acceso aleatorio especifica

Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej mediante retransmisioacuten demorada)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA

V26Capa de enlace 5-27

ALOHA ranurado (I)Suposiciones

Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten

OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot

Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito

V26Capa de enlace 5-28

ALOHA ranurado (II)

ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple

ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten

V26Capa de enlace 5-29

Eficiencia del Aloha ranurado

suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1

La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1

Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1

Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1

cuando N tiende a infinito da

Eficiencia maacutexima = 1e = 037

Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)

iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo

V26Capa de enlace 5-30

ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama

Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta

La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 4: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-19

Protocolo de acceso muacuteltiple ideal

Canal de difusioacuten de R bps1 Cuando quiere transmitir un nodo puede hacerlo a

una velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno

puede transmitir a una velocidad media de RM3 Completamente descentralizado

No existe un nodo especial para coordinar la transmisioacutenNo hay ni turnos ni sincronizacioacuten de relojes

4 Simple

V26Capa de enlace 5-20

Protocolos de MAC una clasificacioacutenReparto del canal

Divide el canal en pequentildeos ldquotrozosrdquo (espacios de tiempo frecuencia)reservas un nodo para uso exclusivo

Acceso aleatorioEl canal no estaacute dividido y permite colisionesEl sistema se ldquorecuperardquo tras las colisiones

ldquoToma de turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con mucho que transmitir pueden tomar turnos maacutes largos

V26Capa de enlace 5-21

Protocolos MAC de reparto del canal TDMA

TDMA acceso por multiplexacioacuten en el tiempoAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene espacios de tiempo fijo (longitud = tiempo de transmisioacuten de un paquete) en cada rondaLos slots no usados quedan desocupadosEjemplo 6 estaciones LAN 134 tienen paquete los slots 25 y 6 desocupados

1 3 4 1 3 4

trama con 6espacios

V26Capa de enlace 5-22

Protocolos MAC de reparto del canal FDMA

FDMA acceso muacuteltiple por divisioacuten en frecuenciaEl espectro del canal se divide en bandasCada estacioacuten tiene asignada una banda fijaCuando no transmite la banda queda desocupadaEjemplo LAN de 6 nodos el 134 tienen paquete las bandas de frecuencia 25 y 6 quedan desocupadas

band

as d

e fr

ecue

ncia tiempo

cable FDM

V26Capa de enlace 5-23

Acceso muacuteltiple por divisioacuten de coacutedigo (CDMA)

Empleada en varios estaacutendares para canales de difusioacuten inalaacutembricos (celular sateacutelite etc)Se asigna un uacutenico coacutedigo a cada usuario reparto del canal por coacutedigoTodos los usuarios comparten la frecuencia pero cada usuario tiene su propio coacutedigo para codificar los datosCodificado de la sentildeal = (datos originales) x (coacutedigo)Descodificacioacuten (sentildeal codificada) x (coacutedigo) y se recuperan los datos originalesSi los coacutedigos son ortogonales permite la transmisioacuten simultaacutenea por parte de varios emisores

V26Capa de enlace 5-24

CDMA CodificacioacutenDescodificacioacuten

slot 1 slot 0

d1 = -1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

Zim= dicm

d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canal

entrada

slot 1Canal

entrada

Canal de salida Zim

emisorcoacutedigo

datosbits

slot 1 slot 0

d1 = -1d0 = 1

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 1 1

1- 1- 1- 1-

1 1 11

1-1- 1- 1-

slot 0Canalsalida

slot 1Canalsalidareceptor

coacutedigo

Entradarecibida

Di = Σ Zimcmm=1

M

M

Nota representamos el bit 0 como -1

V26Capa de enlace 5-25

CDMA interferencia de dos emisores

V26Capa de enlace 5-26

Protocolos de acceso aleatorio

Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos

Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoEl protocolo MAC de acceso aleatorio especifica

Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej mediante retransmisioacuten demorada)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA

V26Capa de enlace 5-27

ALOHA ranurado (I)Suposiciones

Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten

OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot

Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito

V26Capa de enlace 5-28

ALOHA ranurado (II)

ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple

ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten

V26Capa de enlace 5-29

Eficiencia del Aloha ranurado

suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1

La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1

Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1

Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1

cuando N tiende a infinito da

Eficiencia maacutexima = 1e = 037

Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)

iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo

V26Capa de enlace 5-30

ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama

Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta

La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 5: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-25

CDMA interferencia de dos emisores

V26Capa de enlace 5-26

Protocolos de acceso aleatorio

Cuando un nodo tiene un paquete que enviarLo transmite a toda la tasa disponible RNo existe una coordinacioacuten a priori entre los nodos

Dos o maacutes nodos transmitiendo -gt ldquocolisioacutenrdquoEl protocolo MAC de acceso aleatorio especifica

Coacutemo detectar las colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ej mediante retransmisioacuten demorada)

Ejemplos de protocolos MAC de acceso aleatorioALOHA ranuradoALOHACSMA CSMACD CSMACA

V26Capa de enlace 5-27

ALOHA ranurado (I)Suposiciones

Tramas del mismo tamantildeoTiempo dividido en mismo tamantildeo (necesario para transmitir una trama)Los nodos comienzan a transmitir al comienzo del slotNodos estaacuten sincronizadosSi dos o maacutes nodos transmiten en el mismo slot todos los demaacutes se enteran de la colisioacuten

OperacioacutenCuando los nodos obtienen una nueva trama transmiten en el siguiente slot

Si no hay colisioacuten el nodo puede transmitir una nueva trama en el slot siguienteSi hay colisioacuten el nodo retransmitiraacute la trama en cada slot subsiguiente con una probabilidad p hasta que transmita con eacutexito

V26Capa de enlace 5-28

ALOHA ranurado (II)

ProsUn nodo activo puede transmitir continuamente a velocidad maacuteximaAltamente descentralizadoSimple

ContrasColisiones gastan slotsExisten slots desocupadosLos nodos tienen que ser capaces de detectar colisioacuten en menos que transmitirReloj de sincronizacioacuten

V26Capa de enlace 5-29

Eficiencia del Aloha ranurado

suposicioacuten N nodos con muchas tramas que enviar Cada uno transmite en un slot con probabilidad pLa probabilidad de eacutexito de transmisioacuten en un slot por un nodo es prob = p(1-p)N-1

La probabilidad de que alguacuten nodo tenga eacutexito es prob = Np(1-p)N-1

Maacutexima eficiencia encontrar un p que maximice Np(1-p)N-1

Para muchos nodos tomar el liacutemite de Np(1-p)N-1

cuando N tiende a infinito da

Eficiencia maacutexima = 1e = 037

Eficiencia fraccioacuten maacutes larga de slots exitosos(muchos nodos con muchas tramas que enviar)

iexclComo mucho el canal se puede usar para transmisiones con eacutexito el 37 del tiempo

V26Capa de enlace 5-30

ALOHA puro (no ranurado)Aloha no ranurado maacutes simple no requiere sincronizacioacutenCuando llega la trama

Se transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten aumenta

La trama enviada en t0 colisiona con otras enviadas en [t0-1t0+1]

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 6: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-31

Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(que un nodo transmita) x

P(que otro nodo no transmita en [t0-1t0] xP(que otro nodo no transmita en [t0 t0+1]

= p (1-p)N-1 (1-p)N-1

= p (1-p)2(N-1)

hellip eligiendo un p oacuteptimo y con N tendiendo a infinito

= 1(2e) = 018

iexcl Peor incluso que con el Aloha ranurado

V26Capa de enlace 5-32

CSMA (Acceso muacuteltiple con sondeo de portadora)

CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal estaacute libre transmitir la trama completaSi el canal estaacute ocupado diferir la transmisioacuten

Analogiacutea entre seres humanos iexclno interrumpir a otros cuando hablan

V26Capa de enlace 5-33

Colisiones en CSMATodaviacutea puede haber colisionesEl retraso en la propagacioacuten puede hacer que un nodo no oiga a otro

ColisioacutenSe malgasta el tiempo en enviar una trama completa

Diagrama espacio tiempo de los nodos

A tener en cuentaEl papel que desempentildean la distancia y el retraso en la propagacioacuten para determinar la probabilidad de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-34

CSMACD (Deteccioacuten de Colisioacuten)CSMACD deteccioacuten de portadora diferida

como en CSMALas colisiones se detectan en menos tiempoSe aborta la transmisioacuten que causa la colisioacuten con lo que se malgasta menos el canal

Deteccioacuten de colisioacutenSencillo en LANs cableadas medir la potencia de la sentildeal comparar la transmitida sentildeales recibidasDifiacutecil en LANs inalaacutembricas la potencia de la sentildeal transmitida enmascarada por la potencia de la transmisioacuten local

Analogiacutea conversacioacuten educada

V26Capa de enlace 5-35

CSMACD deteccioacuten de colisioacuten

V26Capa de enlace 5-36

Protocolos MAC de toma de turnos

Protocolos MAC de reparto del canalComparten la eficiencia del canal cuando hay alta carga de transmisioacutenIneficientes cuando hay poca carga retraso en el acceso al canal 1N ancho de banda incluso cuando solamente hay uno activo

Protocolos MAC de acceso aleatorioEficientes con baja carga un uacutenico nodo puede usar todo el canalAlta carga muchas colisiones

Protocolos de toma de turnosToman lo mejor de las dos aproximaciones

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 7: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-37

Protocolos de toma de turnos (I)Sondeo

El nodo maestro invita a transmitir a los nodos esclavosSe emplea tiacutepicamente con nodos tontosA tener en cuenta

Tiempo que se tarda en sondearLatenciaUn uacutenico punto de fallo el maestro

master

esclavos

sondeo

datos

datos

V26Capa de enlace 5-38

Protocolos de toma de turnos (II)Paso de testigo

Una trama especial ldquotestigordquo es intercambiada de un nodo al siguienteEl ldquotestigordquo es un mensajeA tener en cuenta

Tiempo de paso del ldquotestigordquoLatenciaUacutenico punto de fallo (el ldquotestigordquo)

T

datos

(nada queenviar)

T

V26Capa de enlace 5-39

Resumen de los protocolos MAC

Reparto del canal por tiempo o frecuenciaDivisioacuten en el tiempo divisioacuten en frecuencia

Acceso aleatorio (dinaacutemico) ALOHA ALOHA ranurado CSMA CSMACDSondeo de la portadora sencillo en algunas tecnologiacuteas (redes cableadas) complicada en otras (inalaacutembricas)CSMACD se emplea en EthernetCSMACA se usa en 80211

Toma de turnosSondeo desde un sitio central paso de testigoBluetooth FDDI IBM Token Ring

V26Capa de enlace 5-40

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-41

EthernetTecnologiacutea LAN cableada ldquodominanterdquo

Barata 20 euros por tarjetaPrimera tecnologiacutea LAN usada ampliamenteMaacutes simple y barata que las de ldquotoken-ringrdquo o ATMVelocidades entre 10 Mbps y 10 Gbps

Esquema Ethernet de Metcalfe

V26Capa de enlace 5-42

Topologiacutea en estrellaLa topologiacutea en bus fue popular en los 90

Todos los nodos en el mismo dominio de colisioacuten (pueden colisionar con cualquier otro)

Hoy prevalece la topologiacutea en estrellaConmutador activo en el centroCada rama ejecuta de manera separada un protocolo Ethernet (los nodos no colisionan con ninguacuten otro)

conmutador

bus cable coaxial estrella

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 8: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-43

Codificacioacuten Manchester

Empleada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite la sincronizacioacuten de los relojes en los nodos emisor y receptor

No requiere un reloj centralizado entre nodos

V26Capa de enlace 5-44

Estructura de trama Ethernet (I)El adaptador emisor encapsula el datagrama IP (u

otro paquete del nivel de red) en una trama Ethernet

Preaacutembulo7 bytes con el patroacuten 10101010 seguido de un byte con el patroacuten 10101011se emplea para sincronizar los relojes del emisor y

del receptor

V26Capa de enlace 5-45

Estructura de trama Ethernet (II)Direcciones 6 bytes

Si el adaptador recibe una trama con la direccioacuten destino o con una direccioacuten de difusioacuten (ej Un paquete ARP) pasaraacute los datos de la trama al protocolo de nivel de red En otro caso el adaptador descartaraacute la trama

Tipo indica el protocolo de nivel de red (la mayoriacutea IP pero otros como Novell IPX AppleTalk tambieacuten son posibles)CRC se comprueba en recepcioacuten si se detecta que hay error la trama se descarta

V26Capa de enlace 5-46

Ethernet servicio sin conexioacuten no fiable

Servicio sin conexioacuten No existe un protocolo de ldquohandshakingrdquo entre los NICs emisor y receptor No fiable el NIC receptor no enviacutea ni acks ni nacks al NIC emisor

Los datagramas que se pasan al nivel de red pueden tener huecos (datagramas que se pierden)Los huecos se llenan si se emplea TCP y la aplicacioacuten no se entera de que se ha retransmitidoSi se usa otro protocolo ej UDP la aplicacioacuten ve los huecos

Protocolo MAC de Ethernet CSMACD no ranurado

V26Capa de enlace 5-47

Algoritmo CSMACD de Ethernet (I)1 NIC recibe el datagrama

del nivel de red y crea la trama

2 Si el NIC ve el canal libre comienza la transmisioacuten de la trama Si ve que estaacuteocupado espera hasta que el canal queda libre y entonces transmite

3 Si el NIC transmite la trama completa sin detectar otra transmisioacuten da por terminada la transmisioacuten de la trama

4 Si el NIC detecta otra transmisioacuten enviacutea deja de enviar la trama y enviacutea una sentildeal de interferencia

5 Tras abortar el NIC entra en una espera exponencial tras la n-eacutesima colisioacuten el NIC elige un k aleatorio del intervalo 012hellip2m-1 donde m = miacuten(n 10) El NIC espe-raraacute el tiempo de transmi-sioacuten de 512k bits y vuelve al paso 2

V26Capa de enlace 5-48

Sentildeal de interferencia para garantizar que otros transmisores se enteran de la colisioacuten 48 bits

Tiempo de transmisioacuten de bit01 microsegundos en

Ethernet de 10 Mbps si K=1023 el tiempo de espera seraacute de asymp 52 microsegundos

Espera exponencialObjetivo adaptar los intentos de retransmisioacuten a la carga actual de trabajo

Carga alta el valor aleatorio seraacute mayor

Primera colisioacuten elige K entre 01 espera K 512Despueacutes de la segunda colisioacuten elige K entre 0123hellipDespueacutes de 10 colisiones o maacutes escoge K entre 01234hellip1023

Algoritmo CSMACD de Ethernet(II)

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 9: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-49

Eficiencia del protocolo CSMACD

Tprop = maacuteximo tiempo de retardo entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una trama de tamantildeo maacuteximo

La eficiencia tiende a 1 Si tprop tiende a 0Si ttrans tiende a infinito

Mejor rendimiento que el ALOHA ademaacutes es simple barato y descentralizado

transprop ttefficiency

511

+=

V26Capa de enlace 5-50

Estaacutendares Ethernet 8023 capas fiacutesica y de enlace

Existen muchos estaacutendares Ethernet diferentes

El formato de trama y el protocolo MAC son comunesDiferentes velocidades 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsDiferente capa fiacutesica fibra oacuteptica cable

aplicacioacutenTransporte

RedEnlacefiacutesica

Protocolo MACy formato de trama

100BASE-TX

100BASE-T4

100BASE-FX100BASE-T2

100BASE-SX 100BASE-BX

Fibra oacutepticaCapa fiacutesica

Cobre (par trenzado)Capa fiacutesica

V26Capa de enlace 5-51

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-52

Direcciones MAC y ARP (I)

Direccioacuten IP de 32 bits Direccioacuten de la capa de redUsada para hacer llegar el datagrama a la subred IP destino

Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcioacuten llevar la trama de una interfaz a otra fiacutesicamente conectada (la misma red)Direccioacuten MAC de 48 bits (para la mayoriacutea de LANs)

bull Impresa en la ROM de la tarjeta de red alguna vez puede ser configurada por software

V26Capa de enlace 5-53

Direcciones MAC y ARP (II)Cada adaptador de una LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN

Direccioacuten de difusioacuten =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(cableada oinalaacutembrica)

V26Capa de enlace 5-54

Direccioacuten LAN (y maacutes)

IEEE administra la asignacioacuten de direcciones MACLos fabricantes compran parte del espacio de direcciones MAC para asegurar que son uacutenicasAnalogiacutea

(a) Direccioacuten MAC Nuacutemero de la Seguridad Social(b) Direccioacuten IP Coacutedigo postal

Direccioacuten MAC -gt portabilidadSe puede mover la tarjeta adaptadora de una LAN a otra

La jerarquiacutea de direcciones IP no es portaacutetilLas direcciones IP dependen de la subred en la que estaacuten

conectados los equipos

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 10: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-55

Enviar un datagrama de A a B a traveacutes de RCentrarse en el direccionamiento- ambos IP (datagrama) y capa MAC (trama)A conoce la direccioacuten IP de BA conoce la direccioacuten MAC de BA conoce la direccioacuten del primer router del primer salto RA conoce la direccioacuten MAC del router del primer salto

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-56

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

IP src 111111111111IP dest 222222222222

A crea un datagrama IP con la direccioacuten IP origen de A destino B A crea una trama con la direccioacuten MAC de R como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-57

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55

A

IPEthPhy

Trama enviada de A a R

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 74-29-9C-E8-FF-55MAC dest E6-E9-00-17-BB-4B

IPEthPhy

Trama recibida en R se extrae el datagrama y se pasa a IP

22222222222249-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

B

V26Capa de enlace 5-58

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino B R crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-59

Direccionamiento enrutado a otra LAN

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

R reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

IPEthPhy

V26Capa de enlace 5-60

R

1A-23-F9-CD-06-9B222222222220

111111111110E6-E9-00-17-BB-4BCC-49-DE-D0-AB-7D

111111111112

11111111111174-29-9C-E8-FF-55 222222222222

49-BD-D2-C7-56-2A

22222222222188-B2-2F-54-1A-0F

BA

IP src 111111111111IP dest 222222222222

MAC src 1A-23-F9-CD-06-9BMAC dest 49-BD-D2-C7-56-2A

IPEthPhy

Direccionamiento enrutado a otra LANR reenviacutea el datagrama con direccioacuten IP origen de A y destino BR crea una trama con la direccioacuten MAC de B como destino la trama contiene el datagrama IP de A a B

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 11: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-61

ARP Protocolo de Resolucioacuten de Direcciones

Cada nodo IP (host router) de una LAN tiene una tabla ARPTabla ARP Asignacioacuten de direcciones IPMAC de algunos nodos de la red

lt DireccioacutenIP Direccioacuten MAC TTLgt

TTL (Time To Live) tiempo en el que olvidar esa asociacioacuten (normalmente 20 minutos)

iquestCoacutemo determinar la direccioacutenMAC de B a partir de la Direccioacuten IP de B

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

137196723

137196778

137196714

137196788

V26Capa de enlace 5-62

Protocolo ARP dentro de la misma LAN

A quiere enviar un datagrama a B y la direccioacuten MAC de B no estaacuteen la tabla ARP de ASe difunde un paquete de consulta ARP conteniendo la direccioacuten IP de B

Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas de la LAN reciben el paquete

B recibe el paquete ARP responde a A con su direccioacuten MAC

La trama se enviacutea uacutenicamente a A

A guarda la direccioacuten IP de B en su tabla ARP hasta que no sea necesaria

Informacioacuten que se descartaraacute salvo que sea refrescada

ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean su tabla ARP sin intervencioacuten del administrador de red

V26

Objetivo permite a un host obtener de un servidor dinaacutemicamente su direccioacuten IP en el momento de agregarse a la redPuede renovar el ldquopreacutestamordquo de su direccioacutenPermite re-usar direcciones (los nodos apagados no consumen

direccioacuten)Da soporte a usarios moacuteviles que quieren unirse a la red (maacutes

brevemente)resumen de mensajes de DHCP

el host difunde ldquoDHCP discoverrdquo [opcional]el servidor DHCP contesta con ldquoDHCP offerrdquo[opcional]el host pide direccioacuten IP ldquoDHCP requestrdquoel servidor DHCP enviacutea la direccioacuten ldquoDHCP ackrdquo

Capa de enlace 5-63

DHCP Dynamic Host Configuration Protocol

V26 Capa de enlace 5-64

escenario DHCP cliente-servidor

223111

223112

223113

223114 223129

223122

223121

223132223131

2231327

A

BE

DHCP servidor

cliente DHCP que quiereunirse y necesitauna direccioacuten

V26 Capa de enlace 5-65

escenario DHCP cliente-servidorservidor DHCP 223125 cliente

entrante

tiempo

DHCP discover

src 0000 68 dest 25525525525567yiaddr 0000transaction ID 654

DHCP offersrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 654Lifetime 3600 secs

DHCP request

src 0000 68 dest 255255255255 67yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

DHCP ACKsrc 223125 67 dest 255255255255 68yiaddr 223124transaction ID 655Lifetime 3600 secs

V26 Capa de enlace 5-66

DHCP maacutes que direcciones IP

DHCP puede devolver maacutes datos ademaacutes de la IP

direccioacuten del router de primer saltonombre y direccioacuten IP del servidor DNSmaacutescara de red (especificando la porcioacuten de subred y de host en la direccioacuten IP)

V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

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V26Capa de enlace 5-67

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-68

Concentrador (hub)Actuacutea a nivel fiacutesico solamente es un repetidor

Los bits que llegan por un enlace se retransmiten por los otros a la misma velocidadTodos los nodos conectados al concentrador pueden colisionar entre ellosNo tiene buffer de tramasNo CSMACD en el concentrador El NIC del nodo detecta las colisiones

par trenzado

concentrador

V26Capa de enlace 5-69

Conmutador (switch)Dispositivo de la capa de enlace tiene un papel activo es maacutes inteligente que el concentrador

Almacena y reenviacutea tramas EthernetExamina las direcciones MAC que le llegan reenviacutea selectivamente la trama por uno o maacutes enlaces cuando esta debe ser reenviada emplea CSMACD para acceder al segmento

TransparenteLos hosts no se enteran de si hay conmutadores

Plug-and-play autoaprendizajeLos conmutadores no requieren configuracioacuten

V26Capa de enlace 5-70

Conmutador permite transmisiones simultaacuteneas muacuteltiples

Los hosts tienen una conexioacuten directa dedicada con el conmutadorConmutador almacena paquetesEmplea protocolo Ethernet en cada enlace de llegada pero sin colisioacuten es full duplexConmutando De A-a-Arsquo y de B-a-Brsquo simultaacuteneamente sin colisiones

No es posible con concentradores

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

Conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-71

Tabla de conmutacioacuten

P iquestCoacutemo sabe el conmutador que a Arsquo se llega por la interfaz 4 y a Brsquo por la 5R Cada conmutador posee una tabla de conmutacioacuten cada entrada de la tabla tiene

(Direccioacuten MAC del host interfaz para llegar al host hora actual)

Similar a una tabla de enrutadoP iquestCoacutemo se crean y mantienen las entradas

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

conmutador con seis interfaces(123456)

1 2 345

6

V26Capa de enlace 5-72

Conmutador autoaprendizaje

El conmutador aprende a traveacutes de queacute enlaces puede ser alcanzado el host

Cuando llega la trama el conmutador ldquoaprenderdquo la localizacioacuten del emisor segmento LAN de llegadaAlmacena la tupla emisorlocalizacioacuten en la tabla del conmutador

A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

Origen ADestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTLTabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)A 1 60

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

Page 13: Capa de enlace: Introducción - atc2.aut.uah.esatc2.aut.uah.es/~rduran/RedesComp/docs/bloque26.pdf · protocolo de la capa de enlace Agencia de viajes = algoritmo de enrutado V2.6

V26Capa de enlace 5-73

Conmutador filtrado de tramas y reenviacuteoCuando se recibe la trama1 Almacena el enlace asociado al host emisor2 Ordena la tabla del conmutador empleando la

direccioacuten MAC destino3 SI se encuentra la entrada para el destino

ENTONCES SI destino pertenece al segmento de la trama que

llegaENTONCES descartar la tramaSI NO reenviar la trama por la interfaz

requeridaSI NO difundir

Reenviar por todos menos por donde llega

V26Capa de enlace 5-74

Autoaprendizaje Ejemplo de reenviacuteo A

Arsquo

B

Brsquo

C

Crsquo

1 2 345

6

A Arsquo

OrigenDestino Arsquo

Dire MAC Interfaz TTL

A 1 60

A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramadesconocido difundir

Arsquo A

Destino A conocido

Arsquo 4 60

Enviacuteo selectivo

Tabla del conmutador(inicialmente vaciacutea)

V26Capa de enlace 5-75

Interconectando conmutadores

Los conmutadores pueden conectarse a otros

A

B

P para el enviacuteo de A a G ndash iquestcoacutemo sabe S1 que debe reenviar la trama destino a G via S4 y S3R Autoaprendizaje (funciona exactamente igual que para el caso de un uacutenico conmutador)

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

V26Capa de enlace 5-76

Ejemplo de autoaprendizaje multiconmutadorSupongamos que C enviacutea una trama a I e I responde

a C

P mostrar las tablas del conmutador y el reenviacuteo de paquetes para S1 S2 S3 S4

A

B

S1

C D

E

FS2

S4

S3

HI

G

12

V26Capa de enlace 5-77

Red institucional

A la red externa

router

Subred IP

Servidor de correo

Servidor Web

V26Capa de enlace 5-78

Conmutadores vs RoutersAmbos almacenan y reenviacutean

routers capa de red (examina cabeceras de la capa de red)conmutadores capa de enlace (examina cabeceras de enlace)

routers mantienen las tablas de reenviacuteo e implementan algoritmos de enrutamientoconmutadores mantienen tablas de conmutacioacuten implementan filtros y algoritmos de autoaprendizaje

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

redenlacefiacutesico

enlacefiacutesico

conmutador

datagrama

aplicacioacutentransporte

redenlacefiacutesico

tramatrama

tramadatagrama

V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

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V26Capa de enlace 5-79

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-80

VLANs motivacioacuten

iquestQueacute ocurre siUn usuario de Informaacutetica cambia el despacho a Electroacutenica pero quiere seguir conectado a InformaacuteticaDifusioacuten en un dominio uacutenico

Todo el traacutefico de la capa 2 (ARP DHCP) cruza la LAN entera (seguridadprivacidad eficiencia)

Cada conmutador de maacutes bajo nivel tiene muy pocos puertos en uso

InformaacuteticaIngenieriacutea Electroacutenica

Ingenieriacutea deComputadores

iquestQueacute error hay en este esquema

V26Capa de enlace 5-81

VLANsVLAN basada en puertos puertos del

conmutador agrupados (por el software del conmutador) tendriacuteamos un uacutenico conmutador fiacutesico helliphellip

conmutador(es) que soportan capacidades VLAN pueden configurarse para definir muacuteltiples LANS virtuales sobre una uacutenica estructura de LAN fiacutesica

Virtual Local Area Network

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Ingenieriacutea Eleacutectrica(VLAN puertos 1-8)

hellip

1

82

7 9

1610

15

hellip

Informaacutetica(VLAN puertos 9-16)

hellip que operariacutea como multiples conmutadores virtuales

V26Capa de enlace 5-82

VLAN basada en puertos

1

8

9

16102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

Aislamiento de traacutefico tramas haciadesde puertos 1-8 solo alcanzan puertos 1-8

Se pueden definir VLAN basadas en las direcciones MAC de los puntos finales en vez de basarse en puertos

Pertenencia dinaacutemicapuertos pueden asignarse dinaacutemicamente entre VLANs

router

Reenviacuteo entre VLANS a traveacutes de routers como si se tratase de conmutadores separados

En la praacutectica se venden dispositivos combinados de conmutacioacuten y de enrutado

V26Capa de enlace 5-83

VLANS expandiendo muacuteltiples conmutadores

Troncalizacioacuten de puertos las tramas se enviacutean sobre VLANs definidas sobre muacuteltiples conmutadores

Las tramas reenviadas dentro de la VLAN entre conmutadores no pueden ser tramas 8021 (deben tener informacioacuten de la identidad de la VLAN)El protocolo 8021Q antildeadeelimina antildeade cabeceras adicionales a las tramas enviadas a traveacutes de puertos troncales

1

8

9

102

7

hellip

Ingenieriacutea Electroacutenica(VLAN puertos 1-8)

Informaacutetica(VLAN puertos 9-15)

15

hellip

2

73

Puertos 235 pertenecen a VLAN IngElecPuertos 4678 pertenecen a VLAN Inf

5

4 6 816

1

V26Capa de enlace 5-84

Type

2 bytes Etiqueta Identificador Protocolo(valor 81-00 en hexa)

Etiqueta Informacioacuten de Control (campo de 12 bits para VLAN ID campo de prioridad de 3 bits similar a campo TOS de los datagramas IPy 1 bit que indica si la trama podriacutea descartarse en caso de congestioacuten)

CRC recalculado

Formato de trama 8021Q VLAN

trama 8021

trama 8021Q

V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

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V26Capa de enlace 5-85

Capa de enlace51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso muacuteltiple54 Ethernet55 Direccionamiento de la capa de enlace56 Conmutadores de la capa de enlace57 Redes de aacuterea local virtuales (VLANs)58 PPP

V26Capa de enlace 5-86

Control de enlace de datos punto a punto

Un emisor un receptor un enlace maacutes sencillo que un enlace de difusioacuten

Sin Control de Acceso al MedioNo requiere direccionamiento MAC expliacutecitoej enlace telefoacutenico liacutenea RDSI

Protocolos PPP popularesPPP (protocolo punto a punto)HDLC High level data link control (el enlace de datos se trata como una capa superior)

V26Capa de enlace 5-87

PPP Requisitos de disentildeo [RFC 1557]Entramado de paquetes encapsulado del paquete de red en una trama de enlace

Puede llevar datos de red de cualquier protocolo de red no necesariamente IPCapacidad de desmultiplexacioacuten del protocolo

Transparencia no puede prohibir ninguacuten patroacuten de bits en el campo de datosDeteccioacuten de errores (pero no correccioacuten)Pervivencia de la conexioacuten detecta fallo en la capa de enlace y avisa al de redNegociacioacuten de la direccioacuten de red los puntos finales deben aprender configurar las otras direcciones de red

V26Capa de enlace 5-88

Requisitos no contemplados por PPP

No tiene correccioacuten recuperacioacuten de erroresNo tiene control de flujoNo requiere secuenciamiento Las tramas pueden llegar en distinto ordenNo necesita soporte para enlace multipunto

Recuperacioacuten de errores control de flujo reordenamientode datos se relegan a capas superiores

V26Capa de enlace 5-89

Trama de datos PPP (I)

Campo indicador (flag) delimitadorDireccioacuten tiene un uacutenico valor posibleControl tambieacuten tiene un uacutenico valor Estaacutepresente para ampliaciones futurasProtocolo a queacute protocolo de la capa superior pertenece la trama entregada (ej PPP-LCP IP IPCP etc)

V26Capa de enlace 5-90

Trama de datos PPP (II)

info el paquete de datos encapsuladoSuma de comprobacioacuten (check) coacutedigo de redundancia ciacuteclica estaacutendar para deteccioacuten de errores

V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP

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V26Capa de enlace 5-91

Rellenado de bytes (I)Requisito de transparencia de datos el campo de

datos debe permitir la inclusioacuten del campo indicador (flag) lt01111110gt

P iquestQueacute se recibe lt01111110gt+ datos o indicador

Emisor antildeade el byte extra lt 01111101gt de escape Despueacutes de cada byte lt 01111101gt dataReceptor

Dos 01111101 bytes en una fila descarta el primero (escape) se queda con el segundo y sigue admitiendo bytes de datosUn uacutenico 01111110 se trata del campo indicador

V26Capa de enlace 5-92

Rellenado de bytes (II)

El indicadorestaacute presenteentre losdatos a enviar

Se antildeade el ldquoescaperdquopara que el receptor sepa que el byte que sigue no es ldquoindicadorrdquo sino datos vaacutelidos

V26Capa de enlace 5-93

Protocolo PPP de control de datosAntes de intercambiar datos

de red la capa de enlace debeConfigurar enlace PPP (maacutex longitud de trama autenticacioacuten prot 0xc021)Aprender configurar redinformacioacuten de capa

Para IP usar mensajes del Protocolo de Control IP (IPCP) msgs (campo protocolo 0x8021) para configurar aprender direcciones IP