Capa Física y Capa de Enlace de Datos: conceptos clave de redes

Entornos con Mayor Necesidad de Información de Control de Trama

En un ambiente frágil, se necesita mayor control para asegurar la entrega de información.

Direccionamiento en la Capa 2 del Modelo OSI

La capa 2 del modelo OSI utiliza direcciones MAC (Media Access Control) para identificar dispositivos en una red local. Estas direcciones son únicas para cada dispositivo y se utilizan para el envío de tramas dentro del mismo segmento de red. Si una trama debe pasar a otro segmento de la red, se requiere la intervención de la capa 3 (capa de red) y el uso de direcciones IP.

Detección de Errores en el Tramado

La detección de errores en el tramado se refiere al proceso de verificar la integridad de los datos transmitidos. Para ello, se utiliza el campo FCS (Frame Check Sequence) que se encuentra en el tráiler de la trama.

• Tráiler
• Campo FCS

Objetivo y Medios de la Capa Física

Objetivo de la Capa Física

El objetivo principal de la capa física es crear la señal óptica, eléctrica o de microondas que representa los bits en cada trama. La capa física OSI proporciona los medios de transporte para los bits que conforman la trama de la capa de enlace de datos a través de los medios de red.

El envío de tramas a través de medios locales requiere los siguientes elementos de la capa física:

• Medios físicos y conectores asociados
• Representación de bits en los medios
• Codificación de datos e información de control
• Sistema de circuitos receptor y transmisor en los dispositivos de red

Los medios no transportan la trama como una única entidad, sino que transportan señales, una a la vez, para representar los bits que conforman la trama.

Tipos de Medios de Red

Los tres tipos básicos de medios de red son:

• Cable de cobre
• Inalámbrico
• Fibra óptica

Codificación

La codificación es el método que se usa para convertir un stream de bits de datos en un código predefinido. Los códigos son grupos de bits usados para ofrecer un patrón predecible que pueda reconocer el emisor y el receptor.

Señalización

La capa física debe generar las señales inalámbricas, ópticas o eléctricas que representan el "1" y el "0" en los medios. El método de representación de bits se denomina método de señalización.

Método de Señalización NRZ

El método simple de señalización sin retorno a cero (NRZ), transmite un stream de bits como una secuencia de valores de voltaje. Un valor bajo de voltaje representa un 0 lógico y un valor alto de voltaje representa un 1 lógico. El intervalo de voltaje depende del estándar específico de la capa física utilizado.

Este método es conveniente para enlaces de baja velocidad y bajo ancho de banda.

Codificación Manchester y Protocolo Ethernet

En el esquema de codificación Manchester, los valores de bit no se representan como impulsos de valores simples de voltaje, sino como transiciones de voltaje. No es suficientemente eficiente para ser usada en velocidades de señalización superiores, pero la codificación Manchester constituye el método de señalización empleado por Ethernet 10BaseT (Ethernet a 10 Mbps).

Ventajas de Utilizar Grupos de Códigos

• Reducción del nivel de error en los bits
• Limitación de la energía efectiva transmitida a los medios
• Diferenciación entre "bits de datos" y "bits de control"
• Mejora en la detección de errores en los medios

Ancho de Banda, Rendimiento y Capacidad de Transferencia Útil

• Ancho de Banda Digital

  La capacidad que posee un medio para transportar datos se describe como el ancho de banda de datos sin procesar de los medios. El ancho de banda digital mide la cantidad de información que puede fluir de un lugar a otro en un período de tiempo determinado.

• Rendimiento

  El rendimiento es la medida de la transferencia de bits a través de los medios en un período de tiempo determinado.

• Capacidad de Transferencia Útil

  Es la medida de datos usables transferidos en un período de tiempo determinado.

Cable de Cobre más Utilizado

UTP (Unshielded Twisted Pair) con conector RJ-45.

Cable Cruzado: Colores de los Hilos

(Se omite la información de colores de los hilos ya que es específica y puede variar. Se recomienda consultar un diagrama de cableado cruzado estándar T568A y T568B)

Tipos de Fibra Óptica y Dispositivos de Señalización

• Tipos de Fibra Óptica

  • Fibra monomodo
  • Fibra multimodo

• Dispositivos de Señalización

  • Láseres
  • LEDs (Light Emitting Diodes)

Capa 2: Capa de Enlace de Datos

Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso a la red, de la notificación de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo. Como objetivo principal, la capa de enlace de datos se encarga de tomar una transmisión de datos "cruda" y transformarla en una abstracción libre de errores de transmisión para la capa de red. Este proceso se lleva a cabo dividiendo los datos de entrada en marcos de datos (de unos cuantos cientos de bytes), transmite los marcos en forma secuencial, y procesa los marcos de estado que envía el nodo destino.