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5 DataLink Layer 5-1
Capiacutetulo 5Capa de enlace y LANs
5 DataLink Layer 5-2
Capiacutetulo 5 La capa de enlace de datosObjetivos
Entender los principios detraacutes de los serviciosde la capa de enlace de datos
Deteccioacuten de errores correcioacutenCompartir un canal broadcast acceso muacuteltipleDireccionamiento de capa de enlaceTransferencia confiable control de flujo
Implementacioacuten de varias tecnologiacuteas de capade enlace
5 DataLink Layer 5-3
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-4
Capa de enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea
hosts y ruteadores son nodosCanales de comunicacioacuten queconectan nodos adyacentes a traveacutes de caminos de comunicacioacuten son links
Enlaces cableadosEnlaces inalaacutembricosLANs
El PDU de capa 2 es el frameque encapsula un datagrama
La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramas desde un nodo a otro nodoadyacentea traveacutes de un link
5 DataLink Layer 5-5
Capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentesprotocolos de enlace sobrediferentes enlaces
Ejemplo Ethernet en el primer enlace Frame relay en los enlaces intermedios 80211 en el uacuteltimo enlace link
Cada protocolo de enlace brinda diferentes servicios
ejemplo puede o no proveerrdt (reliable data transfer) sobre el enlace
Analogiacutea transorteViaje desde Princeton a Lausanne
limosina Princeton a JFKavioacuten JFK a Genevatren Geneva a Lausanne
turista = datagramaSegmento de la transportacioacuten= enlace de comunicacioacutenModo de transporte =protocolo de capa de enlaceAgencia de viaje = algoritmode enrutamiento
5 DataLink Layer 5-6
Servicios de Capa de enlaceEntramado (framing) link access
Encapsulado del datagrama dentro del frame antildeadiendoencabezado (header) y cola (trailer)Acceso al canal si es um medio compartidoDirecciones ldquoMACrdquo en el encabezado del frame paraidentificar la fuente y el destino
bull Diferente de la direccioacuten IPEntrega confiable entre nodos adyacentes
Rara vez utilizado en enlaces de pocos errores (fibraoacuteptica algunos pares trenzados)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores
bull Q Por queacute confiabilidad a nivel de enlace y end-end
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5 DataLink Layer 5-7
Servicios de la capa de enlace (maacutes)
flow controlAcuerdo entre los nodos adyacentes emisor y receptor
Deteccioacuten de error Errores causado por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores
bull Sentildealiza al transmisor para una retransmisioacuten o descarta la trama
Correccioacuten de errorEl receptor identifica y corrige ellos errores en bits sin necesidad de retransmisioacuten
half-duplex y full-duplexCon half duplex los nodos en los extremos del enlace pueden transmitir pero no al mismo tiempo
5 DataLink Layer 5-8
Donde estaacute implementada la capa de enlace
En todos los hostsEn el adaptador ( network interface cardNIC)
Tarjeta Ethernet tarjetaPCMCI card tarjeta80211
Incorporada a los buses del sistema de los hostsCombinacioacuten de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 DataLink Layer 5-9
Comunicacioacuten de adaptadores
Lado emisorEncapsula el datagrama en framesAgrega bits de chequeode error rdt flow control etc
Lado receptorBusca errores rdt flow control etcExtrae el datagrama y lo pasa a las capassuperiores en el ladoreceptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
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5 DataLink Layer 5-10
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores puede incluir campos del encabezado
bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull el protocolo puede perder algunos errores pero ocurre rara vezbull campos EDC largos proporciona mejor deteccioacuten y correccioacuten
otherwise
5 DataLink Layer 5-12
Chequeo de paridadParidad de un solo Bit Detecta errores de un solo bit paridad impar
Paridad de bit en dos dimensionesDetect and correct single bit errors
0 0
5
5 DataLink Layer 5-13
Internet checksum (suma de comprobacioacuten)
TransmisorTrata al contenido del segmento com unasecuencia de 16-bit enteroschecksum suma (1rsquos complemento suma) el contenido del segmentoTransmisor pone el valor del checksum dentro del campo checksum UDP
ReceptorComputa el checksum del segmento recibidoRevisa si el checksum calculado es igual al valor en el campo checksum
NO ndash error detectadoYES ndash error no detectado Pero sin embargo puedehaber errores
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ejemplo bits cambiados) en el paquete transmtido (nota utilizadosolamente en la capa de transporte)
5 DataLink Layer 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy CheckVista de los bits de datos D como un numero binarioEscoger patroacuten de r+1 bit (generador) Gobjetivo escoger r CRC bits R de tal manera
ltDRgt sea exactamente divisible para G (modulo 2) Receptor conoce G divide ltDRgt para G Si el residuo no escero error detectadoPuede detectar todas las raacutefagas de errores menores de r+1 bits
En la praacutectica muy usado (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 DataLink Layer 5-15
CRC
El objetivo es que TG no tenga residuo Es claro queT = 2rD oplus (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo rellena de r ceros (0)
Dividir 2r D entre G2rDG= Q Con Residuo Rla suma modulo 2 basada en la operacioacuten OR-exclusivo0 oplus 0 = 0 0 oplus 1 = 1 1 oplus 0 = 1 1 oplus 1 = 0
Entonces dividir 2rD entre G y usar el residuo como el CRC
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
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5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
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5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
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5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
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5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
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5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
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5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
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5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
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5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
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5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
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5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
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5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
2
5 DataLink Layer 5-4
Capa de enlace IntroduccioacutenAlgo de terminologiacutea
hosts y ruteadores son nodosCanales de comunicacioacuten queconectan nodos adyacentes a traveacutes de caminos de comunicacioacuten son links
Enlaces cableadosEnlaces inalaacutembricosLANs
El PDU de capa 2 es el frameque encapsula un datagrama
La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transferir datagramas desde un nodo a otro nodoadyacentea traveacutes de un link
5 DataLink Layer 5-5
Capa de enlace contextoLos datagramas son transferidos por diferentesprotocolos de enlace sobrediferentes enlaces
Ejemplo Ethernet en el primer enlace Frame relay en los enlaces intermedios 80211 en el uacuteltimo enlace link
Cada protocolo de enlace brinda diferentes servicios
ejemplo puede o no proveerrdt (reliable data transfer) sobre el enlace
Analogiacutea transorteViaje desde Princeton a Lausanne
limosina Princeton a JFKavioacuten JFK a Genevatren Geneva a Lausanne
turista = datagramaSegmento de la transportacioacuten= enlace de comunicacioacutenModo de transporte =protocolo de capa de enlaceAgencia de viaje = algoritmode enrutamiento
5 DataLink Layer 5-6
Servicios de Capa de enlaceEntramado (framing) link access
Encapsulado del datagrama dentro del frame antildeadiendoencabezado (header) y cola (trailer)Acceso al canal si es um medio compartidoDirecciones ldquoMACrdquo en el encabezado del frame paraidentificar la fuente y el destino
bull Diferente de la direccioacuten IPEntrega confiable entre nodos adyacentes
Rara vez utilizado en enlaces de pocos errores (fibraoacuteptica algunos pares trenzados)Enlaces inalaacutembricos alta tasa de errores
bull Q Por queacute confiabilidad a nivel de enlace y end-end
3
5 DataLink Layer 5-7
Servicios de la capa de enlace (maacutes)
flow controlAcuerdo entre los nodos adyacentes emisor y receptor
Deteccioacuten de error Errores causado por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores
bull Sentildealiza al transmisor para una retransmisioacuten o descarta la trama
Correccioacuten de errorEl receptor identifica y corrige ellos errores en bits sin necesidad de retransmisioacuten
half-duplex y full-duplexCon half duplex los nodos en los extremos del enlace pueden transmitir pero no al mismo tiempo
5 DataLink Layer 5-8
Donde estaacute implementada la capa de enlace
En todos los hostsEn el adaptador ( network interface cardNIC)
Tarjeta Ethernet tarjetaPCMCI card tarjeta80211
Incorporada a los buses del sistema de los hostsCombinacioacuten de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 DataLink Layer 5-9
Comunicacioacuten de adaptadores
Lado emisorEncapsula el datagrama en framesAgrega bits de chequeode error rdt flow control etc
Lado receptorBusca errores rdt flow control etcExtrae el datagrama y lo pasa a las capassuperiores en el ladoreceptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
4
5 DataLink Layer 5-10
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores puede incluir campos del encabezado
bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull el protocolo puede perder algunos errores pero ocurre rara vezbull campos EDC largos proporciona mejor deteccioacuten y correccioacuten
otherwise
5 DataLink Layer 5-12
Chequeo de paridadParidad de un solo Bit Detecta errores de un solo bit paridad impar
Paridad de bit en dos dimensionesDetect and correct single bit errors
0 0
5
5 DataLink Layer 5-13
Internet checksum (suma de comprobacioacuten)
TransmisorTrata al contenido del segmento com unasecuencia de 16-bit enteroschecksum suma (1rsquos complemento suma) el contenido del segmentoTransmisor pone el valor del checksum dentro del campo checksum UDP
ReceptorComputa el checksum del segmento recibidoRevisa si el checksum calculado es igual al valor en el campo checksum
NO ndash error detectadoYES ndash error no detectado Pero sin embargo puedehaber errores
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ejemplo bits cambiados) en el paquete transmtido (nota utilizadosolamente en la capa de transporte)
5 DataLink Layer 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy CheckVista de los bits de datos D como un numero binarioEscoger patroacuten de r+1 bit (generador) Gobjetivo escoger r CRC bits R de tal manera
ltDRgt sea exactamente divisible para G (modulo 2) Receptor conoce G divide ltDRgt para G Si el residuo no escero error detectadoPuede detectar todas las raacutefagas de errores menores de r+1 bits
En la praacutectica muy usado (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 DataLink Layer 5-15
CRC
El objetivo es que TG no tenga residuo Es claro queT = 2rD oplus (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo rellena de r ceros (0)
Dividir 2r D entre G2rDG= Q Con Residuo Rla suma modulo 2 basada en la operacioacuten OR-exclusivo0 oplus 0 = 0 0 oplus 1 = 1 1 oplus 0 = 1 1 oplus 1 = 0
Entonces dividir 2rD entre G y usar el residuo como el CRC
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
7
5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
3
5 DataLink Layer 5-7
Servicios de la capa de enlace (maacutes)
flow controlAcuerdo entre los nodos adyacentes emisor y receptor
Deteccioacuten de error Errores causado por la atenuacioacuten de la sentildeal ruido El receptor detecta la presencia de errores
bull Sentildealiza al transmisor para una retransmisioacuten o descarta la trama
Correccioacuten de errorEl receptor identifica y corrige ellos errores en bits sin necesidad de retransmisioacuten
half-duplex y full-duplexCon half duplex los nodos en los extremos del enlace pueden transmitir pero no al mismo tiempo
5 DataLink Layer 5-8
Donde estaacute implementada la capa de enlace
En todos los hostsEn el adaptador ( network interface cardNIC)
Tarjeta Ethernet tarjetaPCMCI card tarjeta80211
Incorporada a los buses del sistema de los hostsCombinacioacuten de hardware software firmware
controller
physicaltransmission
cpu memory
host bus (eg PCI)
network adaptercard
host schematic
applicationtransportnetwork
link
linkphysical
5 DataLink Layer 5-9
Comunicacioacuten de adaptadores
Lado emisorEncapsula el datagrama en framesAgrega bits de chequeode error rdt flow control etc
Lado receptorBusca errores rdt flow control etcExtrae el datagrama y lo pasa a las capassuperiores en el ladoreceptor
controller controller
sending host receiving host
datagram datagram
datagram
frame
4
5 DataLink Layer 5-10
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores puede incluir campos del encabezado
bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull el protocolo puede perder algunos errores pero ocurre rara vezbull campos EDC largos proporciona mejor deteccioacuten y correccioacuten
otherwise
5 DataLink Layer 5-12
Chequeo de paridadParidad de un solo Bit Detecta errores de un solo bit paridad impar
Paridad de bit en dos dimensionesDetect and correct single bit errors
0 0
5
5 DataLink Layer 5-13
Internet checksum (suma de comprobacioacuten)
TransmisorTrata al contenido del segmento com unasecuencia de 16-bit enteroschecksum suma (1rsquos complemento suma) el contenido del segmentoTransmisor pone el valor del checksum dentro del campo checksum UDP
ReceptorComputa el checksum del segmento recibidoRevisa si el checksum calculado es igual al valor en el campo checksum
NO ndash error detectadoYES ndash error no detectado Pero sin embargo puedehaber errores
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ejemplo bits cambiados) en el paquete transmtido (nota utilizadosolamente en la capa de transporte)
5 DataLink Layer 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy CheckVista de los bits de datos D como un numero binarioEscoger patroacuten de r+1 bit (generador) Gobjetivo escoger r CRC bits R de tal manera
ltDRgt sea exactamente divisible para G (modulo 2) Receptor conoce G divide ltDRgt para G Si el residuo no escero error detectadoPuede detectar todas las raacutefagas de errores menores de r+1 bits
En la praacutectica muy usado (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 DataLink Layer 5-15
CRC
El objetivo es que TG no tenga residuo Es claro queT = 2rD oplus (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo rellena de r ceros (0)
Dividir 2r D entre G2rDG= Q Con Residuo Rla suma modulo 2 basada en la operacioacuten OR-exclusivo0 oplus 0 = 0 0 oplus 1 = 1 1 oplus 0 = 1 1 oplus 1 = 0
Entonces dividir 2rD entre G y usar el residuo como el CRC
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
7
5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
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5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
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5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
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5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
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5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
4
5 DataLink Layer 5-10
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-11
Deteccioacuten de erroresEDC= Error Detection and Correction bits (redundancia)D = Datos protegidos por chequeo de errores puede incluir campos del encabezado
bull La deteccioacuten de errores no es 100 confiablebull el protocolo puede perder algunos errores pero ocurre rara vezbull campos EDC largos proporciona mejor deteccioacuten y correccioacuten
otherwise
5 DataLink Layer 5-12
Chequeo de paridadParidad de un solo Bit Detecta errores de un solo bit paridad impar
Paridad de bit en dos dimensionesDetect and correct single bit errors
0 0
5
5 DataLink Layer 5-13
Internet checksum (suma de comprobacioacuten)
TransmisorTrata al contenido del segmento com unasecuencia de 16-bit enteroschecksum suma (1rsquos complemento suma) el contenido del segmentoTransmisor pone el valor del checksum dentro del campo checksum UDP
ReceptorComputa el checksum del segmento recibidoRevisa si el checksum calculado es igual al valor en el campo checksum
NO ndash error detectadoYES ndash error no detectado Pero sin embargo puedehaber errores
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ejemplo bits cambiados) en el paquete transmtido (nota utilizadosolamente en la capa de transporte)
5 DataLink Layer 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy CheckVista de los bits de datos D como un numero binarioEscoger patroacuten de r+1 bit (generador) Gobjetivo escoger r CRC bits R de tal manera
ltDRgt sea exactamente divisible para G (modulo 2) Receptor conoce G divide ltDRgt para G Si el residuo no escero error detectadoPuede detectar todas las raacutefagas de errores menores de r+1 bits
En la praacutectica muy usado (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 DataLink Layer 5-15
CRC
El objetivo es que TG no tenga residuo Es claro queT = 2rD oplus (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo rellena de r ceros (0)
Dividir 2r D entre G2rDG= Q Con Residuo Rla suma modulo 2 basada en la operacioacuten OR-exclusivo0 oplus 0 = 0 0 oplus 1 = 1 1 oplus 0 = 1 1 oplus 1 = 0
Entonces dividir 2rD entre G y usar el residuo como el CRC
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
5
5 DataLink Layer 5-13
Internet checksum (suma de comprobacioacuten)
TransmisorTrata al contenido del segmento com unasecuencia de 16-bit enteroschecksum suma (1rsquos complemento suma) el contenido del segmentoTransmisor pone el valor del checksum dentro del campo checksum UDP
ReceptorComputa el checksum del segmento recibidoRevisa si el checksum calculado es igual al valor en el campo checksum
NO ndash error detectadoYES ndash error no detectado Pero sin embargo puedehaber errores
Objetivo detectar ldquoerroresrdquo (ejemplo bits cambiados) en el paquete transmtido (nota utilizadosolamente en la capa de transporte)
5 DataLink Layer 5-14
Checksumming Cyclic Redundancy CheckVista de los bits de datos D como un numero binarioEscoger patroacuten de r+1 bit (generador) Gobjetivo escoger r CRC bits R de tal manera
ltDRgt sea exactamente divisible para G (modulo 2) Receptor conoce G divide ltDRgt para G Si el residuo no escero error detectadoPuede detectar todas las raacutefagas de errores menores de r+1 bits
En la praacutectica muy usado (Ethernet 80211 WiFi ATM)
5 DataLink Layer 5-15
CRC
El objetivo es que TG no tenga residuo Es claro queT = 2rD oplus (xor) R
2rD desplaza el mensaje a la izquierda y lo rellena de r ceros (0)
Dividir 2r D entre G2rDG= Q Con Residuo Rla suma modulo 2 basada en la operacioacuten OR-exclusivo0 oplus 0 = 0 0 oplus 1 = 1 1 oplus 0 = 1 1 oplus 1 = 0
Entonces dividir 2rD entre G y usar el residuo como el CRC
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
7
5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
6
5 DataLink Layer 5-16
CRC
Transmisor Mensaje 10011010 Generador 1101
Generador110111111001
100110100001101
1001110110001101
1011110111001101
10001101101 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-17
CRC
ReceptorDivide lo recibido para generadorResiduo debe ser 0 de otra manera hubo error en transmisioacuten
Generador110111111001
100110101011101
1001110110001101
1011110111001101
11011101
0 Residuo
Mensaje
5 DataLink Layer 5-18
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
7
5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
7
5 DataLink Layer 5-19
Protocolos y enlaces de acceso muacuteltipleDos tipos de ldquoenlacesrdquo
Punto a puntoPPP para acceso dial-up Enlace punto a punto entre Ethernet switch y host
broadcast (cable o medio compartido)old-fashioned EthernetHFC Hybrid Fiber Cable80211 LAN inalaacutembrica
Cable compartido (eg cable Ethernet)
RF compartido(eg 80211 WiFi)
RF compartido(satellite)
Personas en una fiesta (aire compartido acoustical)
5 DataLink Layer 5-20
Protocolos de acceso MuacuteltipleUnico canal broadcast compartidoDos o maacutes transmisiones simuacuteltaneas interferencia
colisioacuten si un nodo recibe dos o maacutes sentildeales al mismo tiempoProtocolo de acceso multiple
Algoritmo distribuiacutedo que determina coacutemo los nodoscomparten el canal y determina cuando el nodo puedetransmitirLa comunicacioacuten acerca de compartir el canal debeutilizar el mismo canal
No canal out-of-band para coordinacioacuten
5 DataLink Layer 5-21
Protocolo de acceso muacuteltiple ideal
Canal Broadcast con velocidad R bps1 Cuando un nodo quiere transmitir lo haraacute a una
velocidad R2 Cuando M nodos quieren transmitir cada uno
enviaraacute a una velocidad promedio RM3 Totalmente descentralizado
No hay un nodo especial para coordinar las transmisionesNo hay sincronizacioacuten de relojes slots
4 simple
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
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5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
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5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
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5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
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5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
8
5 DataLink Layer 5-22
Protocolos MAC taxonomiacuteaTres grandes clases
Canal particionadodivide al canal en ldquopiezasrdquo pequentildeas (time slots frecuencia coacutedigo)Asigna una pieza a un nodo para su uso exclusivo
Acceso randoacutemicoCanal no dividido permite colisionesldquorecuperacioacutenrdquo de las colisiones
ldquoToma turnosrdquoLos nodos toman turnos pero los nodos con maacutes tramas(frames) para enviar podriacutean tomar turnos maacutes largos
5 DataLink Layer 5-23
Protocolos MAC de canal particionandoTDMA
TDMA time division multiple accessAcceso al canal en rondas Cada estacioacuten tiene un slot de longitud fija (longitud = tiempo de transmisioacuten de la trama) en cada rondaLos slots sin usar quedan libresejemplo Lan con 6-estaciones 134 tienen paquetes slots 256 quedan libres
1 3 4 1 3 4
6-slotframe
5 DataLink Layer 5-24
Protocolos MAC de canal particionado FDMA
FDMA frequency division multiple accessEl espectro del canal se divide en bandas de frecuenciaA cada estacioacuten se le asigna una banda de frecuencia fijaEl tiempo de transmisioacuten no utilizado en las bandas de frecuenciaqueda libreejemplo LAN con 6-estaciones 134 tienen paquetes las bandasde frecuencias 256 estaacuten libres
freq
uenc
y ba
nds
time
FDM cable
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
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5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
9
5 DataLink Layer 5-25
Protocolos de acceso randoacutemico
Cuando un nodo tiene un paquete para enviarTransmite a la velocidad total del canal RNo existe ldquoa priori ldquo coordinacioacuten entre nodos
Dos o maacutes nodos transmitiendo ldquocolisioacutenrdquoProtocolo MAC de acceso randoacutemico especifican
Coacutemo detectar colisionesCoacutemo recuperarse de las colisiones (ejemplo a traveacutes de retransmisiones retrasadas)
Ejemplos de protocolos MAC de acceso randoacutemicoALOHA ranurado ALOHACSMA CSMACD CSMACA
5 DataLink Layer 5-26
ALOHA ranuradoHipoacutetesis
Todas las tramas del mismotamantildeoEl tiempo estaacute dividido en slots de igual tamantildeo ( tiempo para transmitir 1 trama)Los nodos comienzan a transmitir solo al comienzode cada slot Los nodos estaacutensincronizados (saben cuandocomienza cada slot)si 2 o maacutes nodos transmitenen un slot todos los nodosdetectan la colisioacuten antes que termine el slot
OperacioacutenCuando un nodo obtiene unatrama nueva transmite en el siguiente slot
Si no hay colisioacuten el nodopuede enviar una nuevatrama en el siguiente slotSi hay colisioacuten el nodoretransmite la trama en cada slot subsiguiente con probabilidad p hasta quetenga exito
5 DataLink Layer 5-27
ALOHA ranurado
VentajasUn uacutenico nodo activo (con tramas para enviar) puedetransmitir continuamente a la velocidad maacutexima del canal RAltamente descentralizado soacutelo los slots necesitanestar sincronizados cadanodo decide por si mismossimple
DesventajasColisiones desperdicio de slotsSlots vaciacuteosLos nodos deberiacutean ser capaces de detectarcolisiones en un tiempomenor al tiempo de transmisioacuten del paqueteSincronizacioacuten de reloj
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
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5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
10
5 DataLink Layer 5-28
Eficiencia ALOHA ranurado
supuesto N nodos con variastramas (nuevas y viejas) paraenviar cada uno transmite en un slot con probabilidad pProbabilidad que un nodo dado tenga eacutexito en un slot= p(1-p)N-1
Probabilidad de que un nodoarbitrario tenga eacutexito en un slot= Np(1-p)N-1
Maacutex eficiencia encontrarp que maximize Np(1-p)N-1
Para algunos nodos tome el limite de Np(1-p)N-1
cuandos N tiende a infinito nos da
Max eficiencia = 1e = 37
Eficiencia Fraccioacuten de slots exitosos en un tiempolargo con muchos nodos y todos con muchas tramaspara enviar
Lo mejor posiblecanal utilizadoexitosamente el 37 del tiempo
5 DataLink Layer 5-29
ALOHA puro (no ranurado) Aloha sin slots maacutes simple sin sincronizacioacutenCuando la primera trama llega
transmite inmediatamenteLa probabilidad de colisioacuten se incrementa
La trama enviada en t0 colisiona con otras tramas enviadas en [t0-1t0+1]
5 DataLink Layer 5-30
Eficiencia del Aloha puroP(eacutexito para un nodo dado) = P(nodo transmita)
P(otros nodos no transmitan en [t0-1t0] P(otros nodos no transmitan en [t0t0 +1]
= p (1-p)N-1 (1-p)N-1
= p (1-p)2(N-1)
hellip calculando el p optimo y luego con N -gt infinito
Eficiencia maacutexima = 1(2e) = 18
Auacuten peor que el Aloha ranurado
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
11
5 DataLink Layer 5-31
CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
CSMA escuchar antes de transmitirSi el canal esta libre transmitir la trama entera
Si el canal sensado estaacute ocupado diferir la transmisioacuten
Analogiacutea humana iexclno interrumpir a los otros
5 DataLink Layer 5-32
Colisiones CSMA Las colisiones pueden auacutenocurrirEl retardo de propagacioacutentiene como consecuencia quedos nodos puedan no oir la transmisioacuten del otro
colisioacutenEl tiempo completo de la transmisioacuten de la trama se desperdicia
spatial layout of nodes
notaEl rol de la distancia amp el retardode propagacioacuten para inferir la probabilidad de colisioacuten
5 DataLink Layer 5-33
CSMACD (Collision Detection)CSMACD si hay presencia de portadora se difiere la
transmisioacuten como en CSMAColisiones detectadas dentro de un corto tiempoLas transmisiones que colisionan son abortadas reduciendo el desperdicio de canal
Deteccioacuten de colisioacutenFaacutecil en LANs alambradas medicioacuten de la sentildeal potencia comparar sentildeales transmitidas y recibidasDificultad en LANs inalaacutembricas potencia de sentildeal recibidaabrumada por la potencia de la transmisioacuten local
Analogiacutea humana el conversador educado
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
12
5 DataLink Layer 5-34
CSMACD collision detection
5 DataLink Layer 5-35
ldquoTomando turnosrdquo protocolos MAC
Protocolos MAC canal particionadoEficiencia de canal compartido e imparcialidaden cargas altasIneficiente a cargas bajas retardo en acceso al canal 1N ancho de banda asignado incluso siunicamente hay 1 nodo activo
Protocolos MAC de acceso randoacutemicoEficiente a cargas bajas un solo nodo puedeutilizar totalmente el canalCarga alta sobre carga por colisioacuten
Protocolos ldquotomando turnosrdquo protocolsBusca lo mejor de los dos mundos
5 DataLink Layer 5-36
Protocolos MAC rdquoTomando TurnosrdquoPolling
El nodo master ldquoinvitardquo a los nodosesclavo (slaves) a transmitir en turnosTipicamenteutilizado con dispositivos slaves ldquotontosrdquopreocupaciones
overhead por pollinglatenciaUacutenico punto de falla(master)
master
slaves
poll
data
data
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
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5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
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5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
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5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
13
5 DataLink Layer 5-37
MAC protocolos ldquoTomando turnosrdquoToken passing
Token mensaje de control pasado de un nodo a otrosecuencialmenteNo existe masterPreocupaciones
Overhead por el tokenlatenciaUnico punto de falla(token)
T
data
(nada paraenviar)
T
5 DataLink Layer 5-38
Resumen de protocolos MAC
Canal particionado en tiempo frecuenciaTime Division Frequency Division
Acceso Randoacutemico (dinaacutemico) ALOHA S-ALOHA CSMA CSMACDEscucha la portadora faacutecil en algunastecnologiacuteas (cableada) difiacutecil en otros(inalaacutembrico)CSMACD usado en EthernetCSMACA usado en 80211
Tomando turnospolling desde un sitio central token passingBluetooth FDDI IBM Token Ring
5 DataLink Layer 5-39
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
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5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
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5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
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5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
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5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
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5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
14
5 DataLink Layer 5-40
Direcciones MAC y ARP
Direccioacuten IP 32-bit Direccioacuten de capa de redUsado para que el datagrama llegue a su destino en unasubnet IP
Direccioacuten MAC (o LAN o fiacutesica o Ethernet)funcion llevar la trama dese una interface a otra interface conectada fiacutesicamente a la misma redDireccioacuten MAC de 48 bit (para la mayoriacutea de LANs)
bull quemada en la ROM de la NIC tambieacuten algunas vecesconfigurable por software
5 DataLink Layer 5-41
Direccioacuten LAN y ARPCada adaptador en la LAN tiene una uacutenica direccioacuten LAN
Direccioacuten Broadcast =FF-FF-FF-FF-FF-FF
= adaptador
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN(cableado e inalaacutembrico)
5 DataLink Layer 5-42
Direcciones LAN (maacutes)
Direcciones MAC asignacioacuten administrada por la IEEELos fabricantes compran una porcioacuten del espaciode direcciones MAC (para asegurar irrepetibilidad)analogiacutea
(a) Direccioacuten MAC como el nuacutemero de ceacutedulade identidad
(b) Direccioacuten IP como la direccioacuten postarlDirecciones MAC planas portabilidad
Puede moverse una tarjeta LAN de una LAN a otraDirecciones IP son jeraacuterquicas y NO portables
direcciones depende de la subnet IP a la cual el nodoesta conectada
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
15
5 DataLink Layer 5-43
ARP Address Resolution Protocol
Cada nodo IP (host router) en una LAN tiene una tabla ARP Tabla ARP correspondencia de direcciones IPMAC para algunos nodos de la LAN
lt direccioacuten IP direccioacuten MAC TTLgt
TTL (Time To Live) tiempo despueacutes del cualla direccioacuten mapeada seraacuteolvidad (tiacutepicamente 20 min)
Pregunta como determinarLa direccioacuten MAC de BConociendo su direccioacuten IP
1A-2F-BB-76-09-AD
58-23-D7-FA-20-B0
0C-C4-11-6F-E3-98
71-65-F7-2B-08-53
LAN
137196723
137196778
137196714
137196788
5 DataLink Layer 5-44
Protocolo ARP La misma LAN (network)
A quiere envier un datagramaa B y la direccioacuten MAC de B no esta en la tabla ARP de AUn paquete de consulta ARP broadcasts conteniendo la direccioacuten IP de B es enviado
Direccioacuten destino MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FFTodas las maacutequinas en la LAN reciben la consultaARP
B recibe el paquete ARP contesta a A con su direccioacutenMAC
La trama es enviada a la direccioacuten MAC de A (unicast)
A cachea (guarda) el mapeo de direccioes IP-to-MAC en parejas en su direcci tablaARP hasta que la informacioacutense convierta en vieja (times out)
soft state la information vieja expira a menos quesea actualizada(refrescada)
ARP es ldquoplug-and-playrdquoLos nodos crean sus tablasARP sin intervencioacuten del administrador de red
5 DataLink Layer 5-45
Direccionamiento enrutamiento a otra LAN
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
Escenario enviacuteo de un datagrama desde A a B via Rasuma que A conoce la direccioacuten IP de B
2 tablas ARP en el router R una para cada red IP (LAN)
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5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
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5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
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5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
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5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
16
5 DataLink Layer 5-46
A crea un datagrama IP con origen A destino B A usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de R para 111111111110A crea una trama de enlace de datos con la direccioacuten MAC de R como destino la trama conitene un datagrama IP A-to-B La NIC de A enviacutea la tramaLa NIC de R recibe la tramaR remueve el datagrama IP de la trama Ethernet mira si estadestinado para BR usa ARP para obtener la direccioacuten MAC de B R crea una trama que contiene el datagrama IP A-to-B y lo enviacutea a B
R
1A-23-F9-CD-06-9B
222222222220111111111110
E6-E9-00-17-BB-4B
CC-49-DE-D0-AB-7D
111111111112
111111111111
A74-29-9C-E8-FF-55
222222222221
88-B2-2F-54-1A-0F
B222222222222
49-BD-D2-C7-56-2A
5 DataLink Layer 5-47
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-48
EthernetTecnologiacutea LAN alambrada ldquodominanterdquo
barata $20 por NICTecnologiacutea LAN usada primero ampliamentesimple barata comparada con LANs token y ATMSe ha mantenido con velocidades 10 Mbps ndash 10 Gbps
Bosquejo de la Ethernet de Metcalfe
17
5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
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5 DataLink Layer 5-49
Topologiacutea estrellaTopologiacutea de bus muy popular a mediados de lo 90s
Todos los nodos estaacuten en el mismo dominio de colisioacuten(pueden colisionar con cualquier otro)
Hoy prevalece la topologiacutea estrellaUn switch activo en el centroCada ldquospokerdquo core un protocolo Ethernet (separado) Los nodos no colisionan unos con otros
switch
bus coaxial cable star
5 DataLink Layer 5-50
Estructura de la tramaEthernet El adaptador transmisor encapsula el datagrama IP (u
otro paquete de otro protocolo de red) en unatrama Ethernet
Preambulo7 bytes con un patroacuten 10101010 seguidos por un byte con el patroacuten 10101011usado para sincronizacioacuten con el receptor
velocidad del reloj de transmisor
5 DataLink Layer 5-51
Estructura de la trama Ethernet (maacutes)
Direcciones 6 bytesSi el adaptador receptor recibe una trama que concuerdecon la drieccioacuten destino o con direccioacuten broadcast (ejemplo paquete ARP) el pasa el dato del frame al protocolo de capa de redDe otra manera el adaptador descarta la trama
Tipo indica el protocolo de capa superior (mayormente IP pero puede haber otras opcionescomo Novell IPX AppleTalk)CRC Revisado en el receptor si un error esdetectado la trama es descartada
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
18
5 DataLink Layer 5-52
Ethernet no confiabe no orientado a la conexioacuten
No orientado a la conexioacuten (connectionless) no hay handshaking entre las NICs del transmisor y el receptor No confiabler (unreliable) La NIC del receptor no enviacutea acks o nacks a la NIC transmisor
flujo de datagramas que pasan a la capa de red pueden tenergaps (datagramas perdidos)gaps seraacuten llenados si la aplicacioacuten utiliza TCPDe otra forma la aplicacioacuten veraacute los gaps
Protocolo MAC Ethernet sin ranuras CSMACD
5 DataLink Layer 5-53
Algoritmo Ethernet CSMACD 1 NIC recibe el datagrama
desde la capa de red creala trama
2 Si la NIC sensadesocupado el canal iniciala transmisioacuten del a tramasi la NIC sensa el canal ocupado espera hasta queel canal se desocupe y luego transmite
3 Si el NIC transmite todala trama sin detectar otratransmisioacuten el NIC tuvoexito
4 Si el NIC detecta otratransmisioacuten mientrasestaba transmitiendo aborta y enviacutea una sentildeal de jam
5 Despueacutes de abortar el NIC entra al algoritmoexponential backoff despueacute de la colisioacuten mth el NIC escojerandomicamente K de 012hellip2m-1 NIC esperaK512 bit times regresa al paso 2
5 DataLink Layer 5-54
Ethernetrsquos CSMACD (maacutes)Sentildeal Jam asegura que todos
los transmisores estaacutenenterados de la colisioacuten 48 bits
Bit time 1 microsegundo paraEthernet de 10 Mbps Ethernet para K=1023 tiempo de espera es 50 msec
Exponential BackoffObjetivo adaptar los intentos de retransmisione a un estimado de carga actual
Carga pesada esperarandomica seraacute larga
Primera colisioacuten escoje un K entre 01 retardo es is K512 bit transmission timesDespuacutees de la segundacolisioacuten escojeraacute K entre 0123hellipLuego de 10 colisiones se escojeraacute a K entre (01234hellip1023
19
5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
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5 DataLink Layer 5-55
Eficiencia CSMACD
Tprop = maacuteximo retardo de propagacioacuten entre dos nodos de la LANttrans = tiempo para transmitir una tram de tamantildeomaacuteximo
eficiencia se acerca a 1 cuando tprop se acerca a 0cuando ttrans se acerca a infinito
Mejor desempentildeo que ALOHA y ademaacutes simple barato y descentralizado
transprop ttefficiency
511
+=
5 DataLink Layer 5-56
8023 Ethernet Standards Capas enlace amp fiacutesica
algunos diferentes estandares Ethernet En comuacuten el protocolo MAC y el formato de la tramaVelocidades diferentes 2 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1Gbps 10G bpsMedio de capa fiacutesica diferente fiber cable
applicationtransportnetwork
linkphysical
MAC protocoland frame format
100BASE-TX
100BASE-T4
100BASE-FX100BASE-T2
100BASE-SX 100BASE-BX
fiber physical layercopper (twisterpair) physical layer
5 DataLink Layer 5-57
Codificacioacuten Manchester
Usada en 10BaseTCada bit tiene una transicioacutenPermite a los relojes en los nodos transmisor y receptor sincronizarse con el otro
No necesita un reloj global centralizado entre los nodos
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5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
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5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
20
5 DataLink Layer 5-58
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-59
Hubshellip capa fiacutesica (ldquotontosrdquo) repetidores
Los bits entrantes por un enlace salen por todoslos otros enlaces a la misma velocidadTodos los nodos conectados a un hub puedencolisionar con otroNo hay buffering de tramaNo hay CSMACD en un hub las NICs de los hosts detectan las colisiones
twisted pair
hub
5 DataLink Layer 5-60
SwitchDispositivo de capa de enlace maacutes listo queun hub toma rol activo
guarda forward tramas Ethernet Examina las direcciones MAC de las tramasentrantes selectivamente forward la trama a uno o algunos enlaces de salida cuando la trama esentregada en un segmento usa CSMACD paraacceder al mismo
transparenteLos hosts desconecen la presencia de los switches
plug-and-play self-learningswitches no necesitan de mayor configuracioacuten
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
21
5 DataLink Layer 5-61
Switch permiete muacuteltiplestransmisiones simultaacuteneas
Los hosts tienen conexionesdirectas dedicadas al switchEl switch hacen buffer de los paquetesProtocolo Ethernet es usado en cada enlace de entrada no hay colisiones full duplex
Cada enlace estaacute en su propiodominio de colisioacuten
switching simultaacuteneamente A-to-Arsquo y B-to-Brsquo sin colisiones
No es posible con el hub tonto
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-62
Tabla del Switch
P Como el switch conoce que Arsquo esalcanzable via interface 4 Brsquo esalcanzable via interface 5R cada switch tiene una tabla de switch en cada entrada
Direccioacuten MAC del host interface para alcanzar al host tiempo
Parecido a una tabla de enrutamientoP como se crean las entradas comose mantienen en la tabla de switch
Algo parecido a los protocolos de enrutamiento
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
switch with six interfaces(123456)
1 2 345
6
5 DataLink Layer 5-63
Switch auto-aprendizajeEl switch aprende cualhosts puede ser alcanzado a traveacutes de cual interface
Cuando una trama esrecibida el switch ldquoaprenderdquo la localizacioacutendel transmisor segmentode LAN entranteGraba la parejatransmisorlocalizacioacuten en la tabla de switch
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla Switch
(inicialmente vaciacutea)A 1 60
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
6
A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
23
5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
24
5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
22
5 DataLink Layer 5-64
Switch filtroentrega de tramaCuando la trama es recibida
1 Graba el enlace asociado con el host transmisor2 Busca en la tabla de switch usando la direccioacuten
destino MAC3 if la entrada es encontrada para el destino
then if destino esta en el mimo segmento del cual la
trama arribothen descarta la tramaelse entregue la trama a la interface indicada
else inundar
forward en todos menos en la interfacePor donde fue recibido
5 DataLink Layer 5-65
Auto-aprendizaje ejemplo de forwarding
A
Arsquo
B
Brsquo
C
Crsquo
1 2 345
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A Arsquo
Source ADest Arsquo
MAC addr interface TTLTabla de Switch
(inicialmente vaciacuteo)A 1 60
A ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoA ArsquoDestino de la tramano conocido inundacioacuten
Arsquo A
Localizacioacuten conocidapara el destino A
Arsquo 4 60
enviacuteo selecitivo
5 DataLink Layer 5-66
Red institucional
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server
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5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
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5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
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5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
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5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
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5 DataLink Layer 5-67
Switches vs RoutersAmbos son dispositivos store-and-forward
routers dispositivos de capa de red (examina los headers de capa de red)switches son dispositivos de capa de enlace
Los routers mantienen las tablas de enrutamiento implementan los algoritmos de enrutamientoLos switches mantienen las tablas de switches implementa filtering algoritmos de aprendizaje
5 DataLink Layer 5-68
A switch using VLAN software
5 DataLink Layer 5-69
Two switches in a backbone using VLAN software
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5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
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5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
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5 DataLink Layer 5-70
Capa de enlace
51 Introduccioacuten y servicios52 Deteccioacuten y correccioacuten de errores53 Protocolos de acceso Muacuteltiple54 Direccionamientode Capa de Enlace55 Ethernet
56 Switches de capa de enlace57 PPP58 Virtualizacioacuten de enlaces ATM MPLS
5 DataLink Layer 5-71
Control de Enlace de datos punto a punto
Un transmisor un receptor un enlace maacutes faacutecilque el enlace broadcast
no Media Access Controlno necesita un direccionamiento MAC expliacutecitoejemplo enlace dialup liacutenea ISDN
Protocolos populares punto a punto de control de enlace de datos
PPP (point-to-point protocol)HDLC High level data link control
5 DataLink Layer 5-72
Requerimientos del disentildeo PPP [RFC 1557]
packet framing encapsulacioacuten del datagrama de capa de red en una trama de enlace de datos
Lleva el dato de la capa de red de cualquierprotocolo de capa de red (no solamente IP) al mismo tiempo
Transparencia de bit deberaacute llevar alguacuten patroacutende bit en el campo de datosDeteccioacuten de errores (no correccioacuten)connection liveness detecta falla en la sentildeal de enlace y le informa a la capa de red Negociacioacuten de direccionamiento de capa de redendpoint puede aprenderconfigurar cada una de las otras direcciones de red
25
5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
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5 DataLink Layer 5-73
PPP ( no-requerido)
no correccioacuten de erroresrecuperacioacutenno control de flujoEntrega fuera de orden OK No necesidad de soportar enlaces multipuntos(Ejemplo polling)
Recuperacioacuten de errores control de flujo re-ordenamiento de datos todo esto relegado a las capas superiores
5 DataLink Layer 5-74
Trama de Datos PPP
Flag delimitador (framing)Address (direccioacuten) solamente una opcioacuten no hace nadaControl no hace nada en el futuro posiblementemuacuteltples campos de controlProtocolo protocolo de capa superior al cual la trama es entregada(ejemplo PPP-LCP IP IPCP etc)
5 DataLink Layer 5-75
Trama de datos PPP
info dato de la capa superior que es llevadocheck para deteccioacuten de error cyclic redundancy check
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP
26
5 DataLink Layer 5-76
Byte Stuffingrequerimiento ldquotransparencia de datosrdquo campo
de datos deberaacute permitirsele incluir el patroacuten de flag lt01111110gt
P si se recibe lt01111110gt es dato o flag
Transmisor antildeade (ldquostuffsrdquo) extra byte lt 01111101gt despueacutes de cada byte de dato lt 01111110gtReceptor
Dos bytes 01111101 en una fila descartar el primer byte continue la recepcioacuten de datosSolo 01111110 byte de flag
5 DataLink Layer 5-77
Byte Stuffing
flag bytepatternin datato send
flag byte pattern plusstuffed byte in transmitted data
5 DataLink Layer 5-78
PPP Data Control ProtocolAntes del intercambio de datos
de la capa de red los peers de enlace de datos deben Configurar el enlace PPP (longuitud max de la trama autenticacioacuten)Aprenderconfigurar la redinformacioacuten de capa
Para IP carry IP Control Protocol (IPCP) msgs (protocol field 8021) para configuraraprenderdirecciones IP