La capa de enlace de datos: funciones, servicios y direccionamiento MAC

La Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos proporciona un medio para intercambiar datos a través de medios locales comunes.

Elementos de la Capa de Enlace

• Trama (PDU) de la capa de enlace de datos.

Dispositivos de Red

Los dispositivos de red se agrupan en dos categorías:

• Nodos: Son dispositivos direccionables a nivel de la capa de red, es decir, tienen una dirección de red.
• Dispositivos de acceso al medio: Son aquellos dispositivos que operan únicamente a nivel de las capas de enlace o física. Su principal finalidad es ofrecer un punto de acceso a un medio de transmisión.

Tipos de Enlace

Un enlace es el canal de transmisión que une varios dispositivos de red próximos entre sí.

• Enlaces punto a punto: Son aquellos en los que el canal es exclusivo para dos únicos nodos.
• Enlace de difusión: Son aquellos en los que el canal es, o puede ser, compartido por más de dos nodos.

Red

Una red es dos o más nodos conectados a un medio común.

Función de la Capa de Enlace de Datos

La función de la capa de enlace de datos de la OSI es preparar los paquetes de la capa de red para ser transmitidos y controlar el acceso a los medios físicos.

Servicios de la Capa de Enlace de Datos

• Entramado: Encapsulan los datos procedentes de la capa de red en una trama. La trama consta de una cabecera, los datos encapsulados y la cola, que contiene información de control agregada al final.
• Métodos de acceso al medio: Método que controla y regula todos los aspectos relacionados con el acceso al enlace.
• Sincronismo: Se trata de un procedimiento que permite sincronizar el reloj del receptor con el del emisor para poder reconocer los bits transmitidos.
• Direccionamiento físico: En el caso de los medios compartidos, será muy importante identificar de forma unívoca cada uno de los nodos presentes. Eso se consigue mediante un identificador, la dirección física, conocida como dirección MAC.
• Control de flujo: Se encarga de ajustar la velocidad de envío de las tramas a la velocidad de procesamiento del nodo receptor.
• Detección y corrección de errores: Mecanismo para la detección de los errores que puedan producirse durante el transporte de la trama a través del enlace. En ese caso, el receptor puede detectar que una trama contiene errores y puede realizar dos acciones: descartar la trama o solicitar la retransmisión de la trama.
• Entrega fiable: Permite garantizar que se han entregado los datos correctamente.
• Multiplexación de protocolos a través del enlace: Consiste en la capacidad de enviar PDU de diferentes protocolos de la capa de red a través del mismo enlace.

Implementación de la Capa de Enlace

La capa de enlace es la primera capa en la que el hardware se encuentra con el software y se produce principalmente en un componente llamado adaptador de red.

Estructura Interna de un Adaptador de Red

• Conector de red: A través de él se conecta al medio físico de transmisión y envía o recibe sus señales.
• Transceptor: Es el elemento encargado de convertir las señales de bits y los bits en señales.
• Chip controlador: Es un chip que se encarga de implementar la mayor parte de los servicios de la capa de enlace.
• Memoria intermedia o buffer: Pequeña memoria que almacena temporalmente las transmisiones entrantes pendientes de ser tratadas por el chip controlador.
• Memoria ROM/Flash BIOS o análoga: Almacena la configuración por defecto y la dirección MAC de fábrica del adaptador.
• Conexión con bus: Al bus se encuentran conectadas, directa o indirectamente, la CPU y la memoria principal.
• Subcapas MAC y LLC: Para sostener una gran variedad de funciones de red, la capa de enlace de datos a menudo se divide en dos subcapas, una superior y otra inferior:
  • La subcapa superior o LLC: Define los procesos de software que proveen servicios a los protocolos de la capa de red.
  • La subcapa inferior o MAC: Define los procesos de acceso a los medios realizados por el hardware.

Direccionamiento Físico

En las redes de datos existe un método para identificar los hosts de origen y de destino. A esta dirección se le conoce como dirección de Control de Acceso al Medio (MAC).

Cuando un host de una red se comunica, envía tramas que contienen su propia dirección MAC como origen y la dirección del destinatario. Si la dirección MAC de destino coincide con la dirección configurada en la NIC, el host procesa el mensaje. Si no coincide la dirección MAC, descarta el mensaje.

Las tramas solo se utilizan para transportar datos entre los nodos a través del medio local. Las tramas no tienen ningún significado más allá de la red local.

Direccionamiento MAC de 48 bits

• Los protocolos mayoritarios de las redes locales cableadas son de la familia de protocolos de Ethernet.
• Los protocolos mayoritarios de las redes locales inalámbricas son de la familia de protocolos de IEEE 802.11.

La entidad que se encarga de que las direcciones MAC de serie no se repitan es la IEEE. Para llevar ese control, divide la dirección MAC en dos partes:

• Los 24 primeros bits sirven para identificar al fabricante del adaptador.
• Los 24 últimos bits los asigna el fabricante.

Direcciones MAC Especiales

• Direcciones MAC de difusión o broadcast: Tienen todos los bits a 1.
• Direcciones MAC de multidifusión o multicast: Tienen el último bit de su primer byte a 1.

Modo Promiscuo

El modo promiscuo de un adaptador de red es cuando el adaptador acepta todas las tramas que recibe, vayan o no destinadas a él.