Fundamentos de la Capa de Enlace (L2): Protocolos MAC y Direcciones Físicas

Capa de Enlace de Datos (Data Link Layer)

Terminología Fundamental

• Hosts y routers son **nodos**.
• Los canales de comunicación que conectan nodos adyacentes a lo largo de caminos son **enlaces**.
• El paquete de la capa de enlace es una **trama** (*frame*), y encapsula un datagrama.

La capa de enlace de datos tiene la responsabilidad de transmitir los datagramas de un nodo al adyacente a través de un enlace.

Servicios de la Capa de Enlace

• Entramado: Encapsular datagramas en tramas, añadiendo cabeceras (o cola).
• Acceso al Enlace: Proporciona un canal de acceso si el medio es compartido. La dirección MAC se utiliza en las cabeceras de la trama para identificar el origen y el destino.
• Entrega Fiable entre Nodos Adyacentes: (Visto en la capa de transporte). Raramente utilizado en enlaces con pocos errores (fibra, par trenzado). Es crucial en enlaces inalámbricos debido a los altos ratios de error.
• Control de Flujo: Regulación entre nodos adyacentes para gestionar el envío y la recepción.
• Detección de Error: El receptor detecta la presencia de errores causados por atenuación de la señal o ruido.
• Corrección de Error: El receptor identifica y corrige errores de bit sin requerir la retransmisión.
• Modos de Operación (Semi-dúplex y Full-dúplex): Con el modo semi-dúplex, los nodos en ambos extremos del enlace pueden transmitir y recibir, pero no de manera simultánea.

Implementación de la Capa de Enlace

La capa de enlace se implementa en todos y cada uno de los hosts.

• Está implementada en un adaptador de red.
• Se encuentra junto a los buses del host, conocido como **NIC** (*Network Interface Card* o Tarjeta de Interfaz de Red).

Enlaces de Acceso Múltiple y Protocolos

Existen dos tipos de enlaces:

• Punto a punto.
• Difusión (*broadcast*) (medio compartido).

Concepto de Protocolos de Acceso Múltiple

• Utilizan un solo canal de difusión compartida.
• Dos o más transmisiones simultáneas entre nodos provocan interferencias.
  • **Colisión:** Ocurre si un nodo recibe dos o más señales al mismo tiempo.
• Se desperdicia ancho de banda del canal durante el intervalo de colisión.
• Un algoritmo distribuido determina cómo los nodos comparten el canal y cuándo un nodo debe transmitir.

Requisitos de un Protocolo MAC Ideal

Considerando un canal de difusión con tasa de transferencia R bps:

1. Cuando solo un nodo quiere transmitir, puede hacerlo a una tasa R.
2. Cuando M nodos quieren transmitir, cada uno puede enviar a una tasa media R/M.
3. Totalmente descentralizado:
   • No es necesario un nodo dedicado para coordinar la transmisión.
   • No requiere relojes de sincronización.
4. Simple.

Clasificación de Protocolos MAC

Existen tres clases principales de protocolos MAC:

• Particionamiento del Canal:
  • Divide el canal en partes pequeñas denominadas *slots* (de tiempo, frecuencia, etc.).
  • Asigna estas partes a un nodo de forma exclusiva.
• Acceso Aleatorio:
  • El canal no se divide.
  • Permite colisiones y establece mecanismos para recuperarse de ellas.
• Toma de Turnos:
  • Los nodos toman turnos, pero aquellos con más información que enviar pueden tomar turnos más largos.

Direccionamiento: MAC vs. IP

Direcciones IP (Capa de Red)

• Son direcciones de 32 bits.
• Se utilizan para enviar datagramas a la subred IP de destino.

Direcciones MAC (Capa de Enlace)

También conocidas como direcciones LAN, físicas o Ethernet. Su función es enviar tramas de una interfaz a otra físicamente conectadas (dentro de la misma red).

• Generalmente son direcciones de 48 bits (en la mayoría de las LANs).
• La asignación de direcciones MAC es gestionada por el **IEEE**.
• Un vendedor compra una porción de direcciones MAC, manteniendo fijos los primeros 24 bits.

Analogía de Direccionamiento

• Dirección MAC: Equivalente al DNI (identificación fija del dispositivo).
• Dirección IP: Equivalente a la dirección postal (ubicación lógica en la red).

Portabilidad

• Direcciones MAC (Planar): Ofrecen portabilidad. Se puede mover una tarjeta de red de una LAN a otra sin cambiar la dirección.
• Direcciones IP (Jerárquicas): No son portables. La dirección depende de la subred IP a la cual pertenece el nodo.