Fundamentos de Redes de Datos: Protocolos, Control de Errores y Transmisión

Conceptos Fundamentales de Redes

Protocolo

Un protocolo es un conjunto de normas que rigen la comunicación (virtual) entre dos entidades del mismo nivel.

Servicio

Un servicio es un conjunto de operaciones primitivas que una capa ofrece a la que está inmediatamente superior.

Interfaz

Una interfaz es el modo de comunicación entre dos entidades de nivel adyacente en una misma máquina.

Arquitectura de Comunicación por Niveles

Este diseño consiste en la modularización de las redes de datos en una serie de niveles. El diseño de cada nivel es más sencillo, ya que cada uno se encarga de un aspecto concreto del hardware y software de red. Esto permite modificar un nivel sin afectar al resto.

Modelos de Red

Modelo OSI

Los niveles del modelo OSI son:

• Aplicación
• Presentación
• Sesión
• Transporte
• Red
• Enlace de datos: Permite ver la conexión entre dos puntos como un enlace fiable de información digital.
• Físico: Adapta las señales al medio y las transmite.

Modelo TCP/IP

Los niveles del modelo TCP/IP son:

• Aplicación
• Transporte
• Internet (o Interred)
• Acceso a la red
• Físico

Conceptos Clave para el Examen

Colisiones y Dominios

Colisión

Una colisión es una interferencia que se produce cuando dos o más nodos emiten información simultáneamente, lo que disminuye la eficacia de la red.

Dominio de Colisión

Un dominio de colisión es la parte de la red que contiene todos los PCs que pueden entrar en colisión entre sí.

Dispositivos de Red y sus Niveles

• Un HUB (concentrador) trabaja a nivel físico.
• Un Puente (bridge) trabaja a nivel de enlace.
• Un SWITCH (conmutador) trabaja a nivel MAC (subnivel del nivel de enlace).
• Un Puente también puede trabajar a nivel LLC o MAC (subniveles del nivel de enlace).

Control de Errores: CRC

El CRC (Código de Redundancia Cíclica) es un código utilizado para la detección de errores. Su funcionamiento se basa en que a la trama de datos (M) se le añade un número (R), calculado por el emisor, y el resultado se divide por un polinomio (P). Los valores de R y P se calculan de tal manera que el resto de la división sea cero.

Recursos ARQ

La Petición de Repetición Automática (ARQ) utiliza recursos como la trama de información, control de errores, temporizadores (timers), búferes y el algoritmo del protocolo.

Control de Flujo

El control de flujo consiste en adaptar la velocidad del emisor (E) a la capacidad del receptor (R). Algunas técnicas son:

• Parada y espera (Stop-and-Wait).
• Ventana deslizante (Sliding Window).
• Control por caracteres (XON/XOFF).
• Control de flujo por hardware.

Tipos de Servicios

Servicio Orientado a Conexión

Es necesario establecer una conexión previa entre dos nodos. Se utilizan tramas no numeradas y de reconocimiento de las no numeradas para la gestión de la conexión.

Servicio sin Conexión

Cualquier nodo puede emitir cuando quiera. No implementa controles de errores o de flujo. Generalmente, utiliza un tipo de trama único para la información.

Mecanismos de Control en el Nivel de Enlace

Control de Errores

Su función es detectar y corregir los errores que ocurren durante la transmisión.

Técnicas de Detección de Errores

• Por carácter: Como el bit de paridad.
• Por tramas: Mediante funciones matemáticas como el CRC-16 o CRC-32.

Técnicas de Corrección de Errores

• Eco: El receptor devuelve los datos al emisor para su verificación.
• Códigos detectores-correctores (FEC - Forward Error Correction): Utilizan funciones matemáticas para corregir errores sin retransmisión.
• Retransmisión (ARQ): El receptor detecta un error y solicita al emisor que repita la transmisión de la trama.

Control de Flujo

Se utiliza para evitar que se envíe una cantidad excesiva de datos y que el receptor se sobrecargue.

Gestión del Enlace

Define los pasos a seguir para la transmisión, los tipos de servicios que se proporcionan y la configuración del enlace.

Técnicas de Retransmisión (ARQ)

Se utilizan para controlar el flujo y los errores. El emisor (E) y el receptor (R) intercambian dos tipos de tramas:

• Tramas de información: Del emisor al receptor.
• Acuses de recibo (ACK): Del receptor al emisor.

Requisitos:

• Comunicación semidúplex o dúplex.
• Bits de control en las tramas.
• Código detector de errores.
• Temporizadores.
• Búferes de almacenamiento.

Parada y Espera (Stop-and-Wait)

• Emisor: Envía una trama y activa un temporizador. Espera el ACK antes de que el temporizador expire.
• Receptor: Recoge la trama, comprueba si es correcta y, si lo es, envía un ACK.

La eficiencia se mide como la relación entre la velocidad efectiva de transmisión y la velocidad nominal del canal.

Ventana Deslizante (Sliding Window)

Requisitos:

• Comunicación dúplex.
• Capacidad de almacenar copias de las tramas enviadas pendientes de ACK.
• Más bits para identificar las tramas (números de secuencia).

Políticas de retransmisión:

• Rechazo con vuelta atrás (Go-Back-N): Se retransmiten bloques de tramas.
• Rechazo selectivo (Selective Repeat): Se retransmiten solo las tramas erróneas. El receptor debe ser capaz de admitir tramas desordenadas.

Protocolo HDLC (High-Level Data Link Control)

Es uno de los protocolos de nivel de enlace más importantes. Sus características son:

• Soporta configuraciones punto a punto y multipunto.
• Modos de operación balanceado y no balanceado.
• Es un protocolo orientado a bit.

Formato de la Trama HDLC

Posee un formato de trama único con los siguientes campos:

• Delimitador (Flag): Marca el inicio y fin de la trama.
• Dirección: Identifica la estación secundaria.
• Campo de Control: Define el tipo de trama (información, supervisión o no numeradas).
• FCS (Frame Check Sequence): Secuencia de verificación de trama para detectar errores, usualmente mediante CRC.
• Delimitador (Flag): Cierre de la trama.

Conceptos de Transmisión de Datos

Sincronización

La sincronización en la transmisión de información es el mecanismo que permite el reconocimiento del inicio y fin (I/F) de un bit, un carácter o una trama para poder actuar en consecuencia.

Velocidades de Transmisión

Velocidad de Transmisión (Vt)

Es la velocidad a la que un dispositivo es capaz de depositar un bit en el medio físico. Se mide en bits por segundo (bps).

Velocidad de Modulación (Vm)

Es la velocidad que representa el número de elementos de señal (símbolos) emitidos en un determinado tiempo. Se mide en baudios.

Métricas de Calidad

BER (Bit Error Rate)

La Tasa de Bits Erróneos (BER) es la proporción de bits erróneos en una transmisión.

Técnicas y Códigos

ARQ (Automatic Repeat Request)

La Petición de Repetición Automática (ARQ) es una técnica de control de errores que solicita el reenvío de datos cuando se detecta un error.

CRC (Cyclic Redundancy Check)

El Código de Redundancia Cíclica (CRC) es una técnica de control de errores utilizada en transmisiones orientadas a bits. Añade información redundante a la trama para detectar ráfagas de errores.

Representación de Señales

Dominio del Tiempo

Consiste en dar la expresión matemática de la señal en función del tiempo (Vt) y representar su valor (v) a lo largo del tiempo (t).

Dominio de la Frecuencia

Para representar una señal en el dominio de la frecuencia, hay que tener en cuenta sus características de amplitud, fase y frecuencia fundamental (f0).