La Capa de Enlace: Comunicación Libre de Errores
La capa de enlace (capa 2) establece una línea de comunicación libre de errores que puede ser utilizada por la capa inmediatamente superior (capa de red). Monta bloques de información (tramas), añade direcciones MAC, detecta y corrige errores, y controla el flujo entre equipos. En redes Ethernet, se subdivide en dos subcapas: Enlace Lógico (802.2), que es común para los demás tipos de redes, y Acceso al Medio, que arbitra el uso del medio de comunicación cuando está compartido entre equipos.
Funciones Principales de la Capa de Enlace
Las funciones principales de la capa de enlace son: delimitar tramas, ensamblarlas y desensamblarlas, controlar errores, gestionar el acceso al medio y controlar el flujo de datos. Ejemplos de delimitaciones de trama en la WAN son HDLC y Frame Relay.
Control de Errores
Para el control de errores, la trama incluye bits redundantes:
Códigos Detectores
Estos códigos detectan el error, pero no lo corrigen. La trama se retransmite o se descarta. Ejemplos:
- Bit de paridad (en transmisiones de periféricos).
- Checksum (en capas de red y transporte).
- CRC (en la capa de enlace, tiene 32 bits, usa polinomios y ofrece un 99% de detección de error).
Códigos Correctores
Estos códigos detectan y corrigen el error, aunque no siempre pueden corregirlos.
Delimitación de Trama
Los protocolos de la capa de enlace dependen de la topología lógica de la red y de la implementación física, como Ethernet, protocolo punto a punto e inalámbrico 802.11.
Switches: El Corazón de la Red Local
Un switch es un dispositivo que opera en la capa de acceso. Acepta y decodifica tramas para leer la dirección física (MAC) de un mensaje y lo redirige al enlace correspondiente. Genera una tabla de direcciones MAC (tabla CAM), que relaciona la interfaz del switch con la dirección de origen de la trama. Esta tabla tiene un tamaño limitado y las entradas se borran después de un tiempo. Incluye la mayoría de las LANs conectadas al switch. Cuando llega una trama, el switch compara la información de dirección de la trama con su tabla de direcciones MAC y determina el puerto al que debe enviar la trama. Si la dirección no está en su tabla, difundirá la trama por inundación a través de todas las interfaces, excepto por la que ha llegado.
Un conmutador es un dispositivo que posee puertos donde se conectan diferentes dispositivos de red.
Funcionamiento Full-Duplex
El funcionamiento full-duplex está disponible en todos los switches y requiere desactivar CSMA/CD. Si se conecta un ordenador al switch, funciona en este modo. Sin embargo, si se conecta un hub, se activa el modo half-duplex, reactivando CSMA/CD.
Mensajes de Difusión
Los mensajes de difusión normalmente se envían a muchos hosts en una red local. Si el destinatario es solo uno, se envían a una dirección MAC única que es reconocida por todos los hosts: FFFF.FFFF.FFFF.
Tormentas de Broadcast y Spanning Tree
Tormentas de Broadcast
Una tormenta de broadcast se produce cuando la tabla CAM no está formada y un ordenador envía una trama a otro. El switch envía la trama a todas las interfaces, excepto por la que ha llegado. Esto lo hacen todos los switches, generando tramas infinitas que colapsan la red. Esto ocurre en redes donde existen varios caminos para que una trama llegue al destino. Para evitar esto, se utiliza el protocolo Spanning Tree (STP).
Spanning Tree (STP)
Spanning Tree (STP) desconecta tantas interfaces como bucles haya, permitiendo un árbol de expansión. Las tramas que se intercambian se llaman BPDU y son multicast (protocolo 802.1). Si hay switches con y sin STP en una misma red, todos propagan tramas BPDU.
Funcionamiento de STP
Los switches de una red intercambian información sobre la topología a través de BPDUs. Cada switch crea un ID a partir de su MAC. Los puertos tienen ID y un coste estipulado en tablas de velocidad. Todos eligen como nodo raíz el de la ID más baja. Las BPDUs se van propagando y cada interfaz añade su coste. Cada conmutador calcula entre sus puertos cómo llegar a la raíz con el menor coste. Los demás puertos se inhabilitan.
La prioridad + MAC = Identificador. Se puede alterar el identificador de un switch (32768 por defecto) para forzar a un switch a ser la raíz. También se puede modificar la prioridad en los puertos (128 por defecto). STP está obsoleto hoy en día, ya que ha sido sustituido por Rapid Spanning Tree (RSTP).
Tipos de Switches
- No configurables: No se pueden configurar, no tienen MAC y no podemos acceder a las tablas CAM.
- Smart: Funcionalidades limitadas, sin STP, pero sí tienen un mecanismo para evitar bucles.
- Gestionables: Tienen una CPU y un S.O. Se puede acceder por HTTP, comandos (vía remota o un emulador de terminal por cable de consola). Tienen una MAC por puerto y otra que no se vincula a ninguna interfaz física (la de STP).
Dominios de Colisión y Difusión
Dominios de Colisión (BC)
Un dominio de colisión es la región de una red donde dos tramas pueden colisionar. Los separa un switch, tantos como comunicaciones establecidas entre los diferentes nodos de red.
Dominios de Difusión
Un dominio de difusión es la región por la que se propaga una trama de broadcast una vez lanzada. Un router separa dominios de difusión, tantos como comunicaciones establecidas entre los diferentes nodos de red.
Los dominios van ligados a los dispositivos de interconexión más usuales que nos podemos encontrar (concentradores, conmutadores y enrutadores).
Segmentación de Red
La segmentación de red nos ayuda a mejorar los cuellos de botella y la seguridad. Se consigue configurando VLANs. Si se hace con switches de nivel 2, se usan direcciones MAC, y si se hace con conmutadores de nivel 3, se usan las direcciones IP.
Dominios de Colisión y Difusión en Dispositivos
Dominios de Colisión
Hay un dominio de colisión por cada boca del switch y routers, excepto si va a un hub (que todas las bocas del hub forman un único dominio de colisión).
Dominios de Difusión
Todo lo que salga de un router es de broadcast (si va a otro router es el cable y si va a un árbol es todo 1).