Protocolos de Comunicación y Control de Acceso al Medio

Campos de Trama Ethernet

Preámbulo: 8 bytes. Contiene 62 bits de 1 y 0 alternos y dos 1 al final. Sirve para sincronizar los relojes de las tarjetas en transmisión digital.

Dirección Destino: 6 bytes. Representa la dirección física de la tarjeta destinataria del mensaje. En caso de ser un mensaje de broadcast, aparece todo F.

Dirección Fuente: 6 bytes. Dirección física de la tarjeta origen del mensaje.

Tipo: 2 bytes. Tipo de protocolo de nivel superior encapsulado en el campo de datos.

Datos: 46 bytes. Datos encapsulados que se entregan al nivel superior.

FCS (Frame Check Sequence): 4 bytes. Ampliación de trama, controla errores basado en CRC.

Conexión TCP

El servidor debe realizar una apertura pasiva, es decir, abrir un socket en un puerto TCP determinado y quedar a la espera de solicitudes de conexión.

Establecimiento de Conexión (Three-Way Handshake)

i) SYN: Un proceso en el cliente envía a otro proceso en el servidor un segmento TCP con un número de secuencia aleatorio (X) y el flag SYN (SYNCHRONIZATION - sincronización) activado.

ii) SYN/ACK: El proceso del servidor responde enviando un segmento TCP con los flags SYN y ACK activados. El número de secuencia del acuse de recibo será el del primer segmento recibido más uno (X+1), si bien el número de secuencia del segmento (Y) será generado aleatoriamente por el servidor.

iii) ACK: El proceso del cliente acusa recibo del segmento que acaba de recibir, enviando un segmento TCP con el flag ACK activado. El número de secuencia del acuse de recibo será el del segmento SYN/ACK más uno (Y+1).

Desconexión TCP

La desconexión TCP se llama four-way handshake ("negociación en cuatro pasos"), y funciona del siguiente modo:

i) FIN: El host A envía un segmento TCP con el flag FIN (FINISH - finalizar) activado.

ii) ACK: El host B responde con un ACK.

iii) FIN: Tras enviar el ACK, el host B envía otro FIN.

iv) ACK: El host A responde con un ACK.

Desconexión TCP Alternativa

Otra forma de finalizar una conexión TCP es mediante el three-way handshake visto en la fase de establecimiento de conexión. Funciona de manera análoga:

i) FIN: El host A envía un segmento TCP con el flag FIN (FINISH - finalizar) activado.

ii) FIN/ACK: El host B responde con un segmento con los flags FIN y ACK activados.

iii) ACK: El host A responde con un ACK.

Técnicas de Multiplexación

TDM (Multiplexación por División por Tiempo): Cada usuario espera su turno y obtiene el acceso total al medio durante un breve periodo de tiempo.

FDM (Multiplexación por División de Frecuencia): El ancho del medio se divide en bandas de frecuencia.

Protocolos de Control de Acceso al Medio

CSMA/CD

Utilizado en redes con medio compartido y acceso basado en contienda. Cada equipo envía su trama cuando quiere, todos los equipos de la red son emisores y receptores. Cualquier estación debe comprobar primero que no hay tráfico en la línea. Si no detecta voltaje, la línea está libre, se hace una copia de la trama y se envía, y se vuelve a escuchar. Si se detecta colisión, deja de transmitir. Si no la detecta, el equipo emisor elimina la copia de la trama y repite el proceso con la siguiente.

Tramas RTS/CTS

Son utilizadas para solucionar los problemas del mecanismo CSMA/CA. Se envía una trama RTS al punto de acceso, indicando el destinatario. El punto de acceso responde con una trama CTS a todas las estaciones que están en el área de cobertura. Soluciona el problema de nodos ocultos y expuestos.

Ventana Deslizante

El emisor pide enviar varias tramas antes de necesitar un reconocimiento. Utiliza cajas imaginarias en el emisor y receptor. Puede mantener tramas en cualquiera de los extremos y determina el número de tramas transmitidas sin ACK.

Técnicas de Detección de Errores

Comprobación de Redundancia Cíclica (CRC)

Se basa en la división binaria. Cuando una trama llega al receptor, este calcula su propia CRC con los valores recibidos y compara los dos valores. Si son iguales, la trama es aceptada y, si no, rechazada.

Funciones de la Capa de Enlace

• Tramado: El emisor recibe los datos del nivel de red y añade una cabecera de control que contiene los servicios de esta capa. El receptor divide la secuencia de datos recibida por el nivel físico en bloques de información llamadas tramas.
• Control de Acceso al Medio: Establece los turnos de transmisión para evitar o minimizar el número de colisiones.
• Control de Flujo: Evita la saturación del receptor cuando el emisor es más rápido, para evitar que se pierdan más tramas.
• Control de Errores: Detecta y soluciona los errores generados por el medio de transmisión.
• Direccionamiento Físico: Permite la identificación de equipos en una red local.

Subniveles de la Capa de Enlace

LLC (Control de Enlace Lógico): Se relaciona con la capa superior y proporciona servicios al nivel de red. Implementado en software, driver o controlador de tarjeta de red.

MAC (Control de Acceso al Medio): Se relaciona con la capa inferior, solicita servicios al nivel físico y está implementado en el hardware de la tarjeta de red.

Otras Técnicas de Detección de Errores

Comprobación de Redundancia de Longitud (LRC)

Los bloques de bits se organizan en forma de tabla. Después, se calcula un bit de paridad para cada columna y se añade la nueva fila a todo el bloque. El LRC incrementa bastante la probabilidad de detectar errores en la ráfaga.

Comprobación de Redundancia Vertical

Comprobación de paridad. Añade un bit al final de cada bloque de datos, de modo que el número total sea par.

Problemas en Redes Inalámbricas

Nodos Ocultos

A y C envían datos a B a la vez porque están fuera de alcance entre sí y no detectan el tráfico del otro nodo. Se produce una colisión. Equipos no detectados.

Nodos Expuestos

C envía datos a B y D quiere enviar a C. D detecta el tráfico emitido por C y no envía porque desconoce el destinatario. Equipos que detectan transmisiones que no les afectan. Elimina las colisiones.

Tipos de Errores en la Transmisión

Error de Bit: Solo un bit de la secuencia de datos ha cambiado su valor. Transmisión paralela.

Error de Ráfaga: Varios bits consecutivos de la secuencia de datos han cambiado. Transmisión en serie.

CSMA/CA

Acceso al medio con detección de portadora y prevención de colisiones. Antes de transmitir, envían una petición indicando que tienen datos para transmitir. Tienen que esperar un tiempo para enviar la trama, para evitar colisiones, pero no evita el problema de los nodos expuestos y ocultos. Se soluciona con el uso de tramas RTS/CTS.

Control de Flujo

Indica al emisor cuántos datos puede transmitir hasta recibir un reconocimiento del receptor. El receptor debe procesar los datos recibidos para detectar errores, por eso la recepción es un proceso más lento que la transmisión. El receptor contiene un buffer para almacenar los datos recibidos hasta procesarlos. Si el buffer se llena, el emisor debe esperar para emitir hasta la confirmación del receptor.

Parada y Espera

El emisor espera un reconocimiento (ACK) después de cada trama que envía, y solamente envía si recibe el reconocimiento.