Conceptos Fundamentales de Redes: Capa de Enlace, Dispositivos y Protocolos

Dispositivos de Red

Se agrupan en dos categorías:

• Nodos: Son los dispositivos direccionables a nivel de la capa de red.
• Dispositivos de acceso al medio: Son los dispositivos que operan únicamente a nivel de la capa de enlace y física.

Enlaces de Red

Es el canal de transmisión que une varios nodos entre sí.

• Enlace punto a punto: Aquellos en los que el canal es exclusivo para dos únicos nodos.
• Enlace de difusión: Aquellos en los que el canal es o puede ser compartido por más de dos nodos.
• Enlace lógico: Es un enlace virtual que se establece mediante elementos lógicos y que contiene la información necesaria para gestionar distintos nodos.

Capa de Enlace de Datos

Su función es gestionar el proceso de transmisión a través de un enlace físico. Incluye varias funciones clave:

• Entramado: Encapsula los datos procedentes de la capa de red en una trama.
• Métodos de acceso al medio: Controla y regula todos los aspectos relacionados con el acceso al enlace.
• Sincronismo: Permite sincronizar el reloj del receptor con el del emisor.
• Direccionamiento físico: Identifica de forma unívoca cada uno de los nodos presentes en la red local.
• Control de flujo: Se encarga de ajustar la velocidad de envío de tramas a la velocidad de procesamiento del nodo receptor.
• Detección y corrección de errores: Pueden producirse errores durante el transporte de la trama a través del enlace. Cuando se detecta que una trama tiene errores, si el protocolo lo permite, puede corregirlos o solicitar una retransmisión.
• Multiplexación de protocolos a través del enlace: Etiqueta la trama para indicar el protocolo de capa superior que se está encapsulando (ej. IPv4, IPv6), de forma que el receptor sepa qué transporta esa trama sin necesidad de analizar los datos encapsulados.

Subcapas de la Capa de Enlace

• Subcapa MAC (Media Access Control): Maneja el control de acceso al medio, el direccionamiento físico (MAC), el entramado, la detección de errores (ej. FCS) y la delimitación de tramas. Controla cómo y cuándo los dispositivos acceden al medio físico de transmisión compartido.
• Subcapa LLC (Logical Link Control): Se ocupa de la comunicación entre la capa de red superior y la subcapa MAC inferior. Identifica el protocolo de capa de red encapsulado y puede proporcionar control de flujo y de errores opcional. Toma los datos del protocolo de la red (generalmente un paquete IP) y agrega información de control LLC para ayudar a entregar el paquete al nodo de destino a través de la red local.

Conceptos Clave de la Capa de Enlace

Direccionamiento MAC

Consiste en un número binario de 48 bits, único para cada interfaz de red, que se representa comúnmente de forma hexadecimal (ej. 00:1A:2B:3C:4D:5E), agrupando los dígitos de dos en dos.

Tipos de Transmisión en Capa 2

• Unicast: Envío desde un único emisor a un único receptor específico, identificado por su dirección MAC de destino.
• Multicast: Envío desde un único emisor a un grupo de destinos específicos que comparten una dirección MAC multicast.
• Broadcast: Envío desde un único emisor a todos los nodos receptores dentro del mismo dominio de difusión (usando una dirección MAC de broadcast, ej. FF:FF:FF:FF:FF:FF).

Métodos de Acceso al Medio

• CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Utilizado principalmente en Ethernet clásica. Un dispositivo escucha (Carrier Sense) si el medio está libre antes de transmitir. Si varios transmiten a la vez (Multiple Access), se produce una colisión. Los dispositivos detectan la colisión (Collision Detection), detienen la transmisión, esperan un tiempo aleatorio y vuelven a intentar transmitir.
• Nota: El texto original mencionaba "1Token (SMA/CD)", lo cual es una mezcla incorrecta. La descripción corresponde a CSMA/CD. Token Ring es otro método diferente basado en un "token".

Detección de Errores

• Bits de Paridad: Método simple que añade un bit para indicar si el número de bits con valor '1' en un conjunto de datos es par o impar. Detecta errores de un solo bit.
• Paridad bidimensional (LRC/VRC): Organiza los datos en una matriz y aplica paridad por filas (LRC) y columnas (VRC). Permite detectar y, a veces, corregir errores de múltiples bits.
• Nota: Ethernet moderno usa principalmente CRC (Cyclic Redundancy Check) almacenado en el campo FCS (Frame Check Sequence) de la trama, que es más robusto.

Funcionamiento del Conmutador (Switch)

Un conmutador opera en la capa de enlace y realiza principalmente las siguientes funciones:

1. Aprendizaje de direcciones: Examina la dirección MAC de origen de las tramas entrantes y la asocia con el puerto por el que llegaron, almacenando esta información en su tabla MAC.
2. Filtrado y reenvío: Lee la dirección MAC de destino de la trama. Si la MAC de destino está en su tabla y asociada a un puerto diferente al de origen, reenvía la trama únicamente por ese puerto. Si la MAC de destino es desconocida, o es una dirección de broadcast o multicast, reenvía la trama por todos los puertos excepto por el que llegó (inundación controlada).
3. Prevención de bucles: Utiliza protocolos como STP (Spanning Tree Protocol) para evitar bucles en topologías redundantes.
4. Segmentación de dominios de colisión: Cada puerto de un switch representa un dominio de colisión separado, eliminando virtualmente las colisiones en redes conmutadas modernas (en modo full-duplex).

Dominios de Red

• Dominio de Colisión: Es un segmento de red donde las transmisiones de dos o más dispositivos al mismo tiempo pueden causar una colisión. Los hubs operan en un único dominio de colisión, mientras que cada puerto de un switch o router define un dominio de colisión separado.
• Dominio de Difusión (Broadcast): Es un área lógica de la red donde una trama de broadcast enviada por un dispositivo será recibida por todos los demás dispositivos en esa área. Los switches reenvían broadcasts a todos sus puertos (excepto el de origen), por lo que no segmentan dominios de difusión. Los routers, por defecto, sí segmentan los dominios de difusión, ya que no reenvían broadcasts entre sus interfaces.