Capa de enlace de red informática

Servicios de capa de enlace de datos

Terminología

• Hosts y enrutadores: nodos
• Canales de comunicación que conectan nodos adyacentes: enlaces
  • Enlaces por cable
  • Enlaces inalámbricos
  • Redes de área local (LAN)
• Paquetes de datos de capa de enlace (capa 2): tramas, datagramas de capa de red de encapsulación

La capa de enlace de datos es responsable de transmitir datagramas desde un nodo a los nodos adyacentes directamente conectados a otro enlace físico a través de un enlace.

Servicio de capa de enlace

• Enmarcado
  • Los datagramas encapsulados forman marcos de datos, además de encabezado y avance
  • Sincronización de trama
• Enlace de acceso
  • Si es un medio compartido, el acceso al canal debe resolverse
  • Dirección "MAC" en el encabezado del marco, utilizada para identificar el origen y el destino del marco
  • ¡Diferente de la dirección IP!
• Entrega confiable entre nodos adyacentes
  • Raramente se usa en enlaces cableados con baja tasa de error de bits (como fibra óptica, algunos pares trenzados, etc.)
  • Enlace inalámbrico: alta tasa de error de bits, que requiere una entrega confiable
• Control de flujo
  • Estimular nodos de envío adyacentes y recibir
• Detección de errores
  • La atenuación de la señal y el ruido pueden causar errores.
  • El extremo receptor detectó un error:
    • Notifique al remitente para retransmitir o soltar el marco directamente
• Corrección de errores
  • El receptor corrige directamente los errores de bit
• Control de comunicación full-duplex y half-duplex
  • Full-duplex: los nodos en ambos extremos del enlace transmiten simultáneamente
  • Half-duplex: transmisión bidireccional alternativa de nodos en ambos extremos

La implementación específica de la capa de enlace

• Cada interfaz de host o enrutador
• La capa de enlace se implementa en un "adaptador" (es decir, tarjeta de interfaz de red-NIC) o en un chip
  • Tarjeta de red Ethernet, tarjeta de red 802.11; chipset Ethernet
  • Implementar capa de enlace y capa física
• Bus del sistema conectado al host
• Compuesto de hardware, software y firmware.

Comunicación entre tarjetas de red.

Codificación de error

Código de paridad

Suma de comprobación de Internet

Código de verificación de redundancia cíclica (CRC)

• Codificación de errores con capacidades de detección de errores más potentes
• Tratar los bits de datos, D, como un número binario.
• Seleccione un patrón de bits con r + 1 bits (generar patrón de bits), G
• Objetivo: elegir r bits CRC, R, satisfacer
  • <D, R> resulta ser divisible por G (módulo 2)
  • Detección de errores en el extremo receptor: use G para dividir <D, R>, el resto es todo 0, no hay error; de lo contrario, ¡hay un error!
  • Puede detectar todos los errores con una longitud de ráfaga menor que r + 1 bits.
• Ampliamente utilizado en redes reales (Ethernet, 802.11 WiFi, ATM)

Control de acceso múltiple (MAC)

• Canal de difusión único compartido
• Transmisión simultánea de dos o más nodos: interferencia
  • Conflicto
    • El nodo recibe dos o más señales al mismo tiempo → ¡no se pudo recibir!
• Protocolo de control de acceso múltiple
• Se utiliza un algoritmo distribuido para determinar cómo los nodos comparten el canal, es decir, cuándo los nodos pueden transmitir datos
• ¡Los canales de comunicación deben compartir información de coordinación basada en el propio canal!
  • No hay canal fuera de banda para la coordinación

Protocolo MAC ideal

Clasificación del protocolo MAC

• Tres categorías:
• Particionamiento de canal (particionamiento de canal) Protocolo MAC
  • Multiplexación
  • TDMA 、 FDMA 、 CDMA 、 WDMA 等
• Protocolo MAC de acceso aleatorio (acceso aleatorio)
  • Los canales no están divididos, los conflictos están permitidos
  • Utilizar el mecanismo de "recuperación" de conflictos
• Protocolo de "turnos" MAC
  • Los nodos usan canales a su vez

Protocolo MAC de división de canales: TDMA

• TDMA: acceso múltiple por división de tiempo
• Canal de acceso "periódico"
• Cada estación ocupa un intervalo de tiempo de longitud fija en cada ciclo (por ejemplo, longitud = tiempo de transmisión de paquetes)
• Intervalo de tiempo no utilizado inactivo (inactivo)
• Por ejemplo: LAN de 6 sitios, 1, 3, 4 paquetes de transmisión, 2, 5, 6 inactivos

Protocolo MAC de división de canales: FDMA

• FDMA: acceso múltiple por división de frecuencia
• El espectro del canal se divide en bandas de frecuencia.
• A cada estación se le asigna una banda de frecuencia fija
• Sin banda de transmisión inactiva
• Por ejemplo: 6 sitios LAN, 1, 3, 4 bandas de frecuencia transmiten datos, 2, 5, 6 bandas de frecuencia están inactivas.

Protocolo MAC de acceso aleatorio

• Cuando el nodo quiere enviar un paquete:
  • Use la velocidad de datos del canal completo R para enviar paquetes
  • Sin coordinación previa entre nodos
• Dos o más nodos transmiten simultáneamente: ➜ "Colisión"
• El protocolo MAC de acceso aleatorio debe definirse:
  • Cómo detectar conflictos
  • Cómo recuperarse del conflicto (p. Ej., Por retransmisión retrasada)
• Protocolo MAC de acceso aleatorio típico:
  • ALOHA ranurado
  • ALOHA
  • CSMA, CSMA / CD, CSMA / CA

Protocolo ALOHA ranurado

Protocolo CSMA

• Protocolo de acceso múltiple con detección de operador CSMA (acceso múltiple con detección de operador)
• Antes de enviar una trama, controle el canal (operador):
  • Canal inactivo: envíe una trama completa
  • Canal ocupado: posponer la transmisión
  • 1- Apégate a CSMA
  • CSMA no adherente
  • P-stick CSMA
• Todavía puede ocurrir conflicto: retraso de propagación de señal

Protocolo CSMA / CD

Eficiencia CSMA / CD

Gire el acceso al protocolo MAC

• Protocolo MAC de división de canales:
  • Cuando la carga de la red es pesada, el canal compartido es eficiente y justo
  • Cuando la carga de la red es ligera, la eficiencia del canal compartido es baja.
• Protocolo MAC de acceso aleatorio:
  • Cuando la carga de la red es ligera, la eficiencia del canal compartido es alta, y un solo nodo puede usar el ancho de banda completo del canal
  • Cuando la carga de la red es pesada, se produce una sobrecarga de conflicto
• Acceso rotativo al protocolo MAC: ¡combinando las ventajas de ambos!

Sondeo:

• El nodo maestro se turna para "invitar" a los nodos esclavos a enviar datos
• Aplicación típica: dispositivo esclavo "tonto"

Token pasando:

• Los tokens de control se pasan de un nodo al siguiente en secuencia.
• Token: marco especial

Resumen del protocolo MAC

• Protocolo MAC de división de canales: tiempo, banda de frecuencia, división de chips
  • TDMA 、 FDMA 、 CDMA
• Protocolo MAC de acceso aleatorio:
  • ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA / CD
  • CSMA / CD aplicado a Ethernet
  • Aplicación CSMA / CA LAN inalámbrica 802.11
• Gire el acceso al protocolo MAC:
  • Sondeo del nodo principal; paso de token
  • Bluetooth, FDDI, red de token ring