Conceptos Esenciales de Capas de Red: Física y Enlace de Datos

T3: Fundamentos de la Capa Física y de Enlace de Datos

Este documento explora los conceptos esenciales de las capas física y de enlace de datos en las redes de comunicación, detallando sus funciones, componentes y procesos clave.

Capa Física

La principal función de la capa física es la transmisión de bits a lo largo de un canal de comunicación. Para ello, define aspectos fundamentales como:

• El voltaje que se usará para representar el “1” y el “0”.
• El tiempo necesario para la transmisión de cada bit.
• El tipo de transmisión: Unidireccional o Bidireccional (Simultánea o Alternada).
• Cómo se establece la comunicación inicial.
• Cómo finaliza la comunicación cuando los equipos han acabado de transmitir.

Conceptos Clave de la Capa Física

• Una Señal consiste en una onda electromagnética que se utiliza para transmitir la información. Sus propiedades principales son: Amplitud, Frecuencia y Fase.
• Codificación Lógica Transistor a Transistor (TTL): Es la codificación más sencilla. Consiste en asignar una señal alta al “1” y una señal baja al “0”.
• Codificación Manchester: Esta codificación se basa en el uso de transiciones para representar los bits.
• Modulación: Técnicas para adaptar la señal a las características del medio:
  • Modulación de Amplitud (AM)
  • Modulación de Frecuencia (FM)
  • Modulación de Fase (PM)

Tipos de Transmisión de Datos

• Serie: La información se envía en una única cadena de bits.
• Paralelo: La comunicación se envía en varias cadenas de bits en simultáneo.
• Síncrona: Se transmite la información de manera sincronizada con la ayuda de un reloj compartido.
• Asíncrona: No existe dependencia temporal; el emisor y el receptor pueden transmitir a diferentes velocidades, utilizando bits de inicio y parada para la sincronización.

Parámetros Eléctricos Fundamentales

• Voltaje: Es la diferencia de potencial eléctrico (carga eléctrica) entre dos puntos. Se mide en voltios (V).
• Intensidad de Corriente: Es la cantidad de carga eléctrica que pasa a través de un conductor por unidad de tiempo.
• Resistencia: Es la oposición que presenta un medio al flujo de una corriente eléctrica.

Perturbaciones en la Transmisión

Las principales perturbaciones que pueden afectar la transmisión en la capa física incluyen:

• Reflexión de Red
• Atenuación
• Ruido

Capa de Enlace de Datos

La capa de enlace de datos tiene como objetivo gestionar el proceso de transmisión a través de un enlace físico determinado, proporcionándole una mayor fiabilidad y otros servicios de interés.

Subcapas de la Capa de Enlace

• La Subcapa LLC (Logical Link Control): Es la que forma la trama a partir del paquete que llega de la capa de red.
• La Subcapa MAC (Media Access Control): Engloba los procedimientos de la capa de enlace referentes al direccionamiento físico y al acceso al medio. Sus funciones incluyen:
  • Gestionar el envío y la recepción de las tramas.
  • Sincronizar las comunicaciones.

Métodos de Acceso al Medio

• Direccionamiento Físico: Identificación única de dispositivos en la red a nivel de hardware (ej. direcciones MAC).
• Métodos basados en el particionado del canal: Se basan en dividir alguna propiedad del canal o de la transmisión en particiones y repartirlas entre los nodos que quieren transmitir.

Control de Errores

El control de errores permite detectar los errores que se hayan producido durante la transmisión de una trama a través del enlace, asegurando la integridad de los datos.

Conmutación de Tramas

La conmutación de tramas consiste en utilizar una topología física de estrella que centraliza la conexión de la LAN en un punto. En este punto, un dispositivo llamado conmutador (normalmente un Switch) redirige el tráfico del nivel de enlace.

Tabla de Direccionamiento MAC

La Tabla de Direccionamiento MAC es la tabla donde el conmutador guarda la información relativa a qué puerto físico corresponde cada dirección MAC, permitiendo el reenvío eficiente de las tramas.

La Trama Ethernet

La Trama Ethernet se corresponde con la PDU (Unidad de Datos de Protocolo) de la capa de Enlace, por lo tanto, encapsula la información que se transmite por dicha capa. Una Trama Ethernet tiene un tamaño mínimo de 64 bytes y un tamaño máximo de 1518 bytes. Sus campos principales son:

• Preámbulo: Sincroniza y delimita el comienzo de la trama.
• Dirección de Destino: Dirección MAC de destino (hexadecimal de 48 bits).
• Dirección de Origen: Dirección MAC de origen (hexadecimal de 48 bits).
• Tipo: Indica qué protocolo de red se va a utilizar en la capa superior (ej. IPv4).
• Datos: Es la PDU de la capa superior (por lo general un paquete IPv4), que transporta la información que se envía.
• Secuencia de Verificación de Trama (FCS): Campo utilizado para la detección de errores.