El nivel de enlace de datos (en inglés: data link level) o capa de enlace de datos, es la segunda
capa del modelo OSI, es responsable de la transferencia fiable
de información a través de un circuito de transmisión de datos.
Recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de
la capa física.
El objetivo de la capa de enlace es
conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que
estén conectadas directamente (servicio orientado a la conexión). Para lograr
este objetivo tiene que montar bloques de información
(llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de
enlace (Dirección MAC), gestionar la detección o corrección de errores, y
ocuparse del “control de flujo” entre equipos (para evitar que un equipo más
rápido desborde a uno más lento).
Cuando el medio de comunicación está
compartido entre más de dos equipos es necesario arbitrar el uso del mismo.
Esta tarea se realiza en la subcapa de control de acceso al medio.
Dentro del grupo de normas IEEE
802, la subcapa de enlace lógico se recoge en la norma IEEE 802.2 y
es común para todos los demás tipos de redes (Ethernet o IEEE
802.3, IEEE 802.11 o Wi-Fi, IEEE 802.16 o WiMAX,
etc.); todas ellas especifican una subcapa de acceso al medio, así como una
capa física distinta.
Otro tipo de protocolos de la capa de
enlace son: protocolo punto a punto (Point-to-Point Protocol, PPP); protocolo de enlace de alto nivel (High-level Data Link Control, HDLC), entre otros.
En la práctica la subcapa de acceso al
medio suele formar parte de la propia tarjeta de comunicaciones, mientras
que la subcapa de enlace lógico estaría en el programa adaptador de la tarjeta
(driver).
Funciones
La capa de enlace de datos es
responsable de la transferencia fiable de información a través de
un circuito eléctrico de transmisión de datos. La transmisión de
datos lo realiza mediante tramas que son las unidades de información con
sentido lógico para el intercambio de datos en la capa de enlace. También hay
que tener en cuenta que en el modelo TCP/IP se corresponde a la
primera capa.
Sus principales funciones son:
1.
Iniciación, terminación e
identificación.
2.
Segmentación y bloqueo.
3.
Sincronización de octeto y carácter.
4.
Delimitación de trama y transparencia.
5.
Control de errores.
6.
Control de flujo.
7.
Recuperación de fallos.
8.
Gestión y coordinación de la
comunicación.
Iniciación, terminación e
identificación
La función de iniciación comprende
los procesos necesarios para activar el enlace e implica el
intercambio de tramas de control con el fin de establecer la disponibilidad de
las estaciones para transmitir y recibir información.
Las funciones de terminación son de
liberar los recursos ocupados hasta la recepción/envío de la última trama.
También de usar tramas de control. La identificación es para saber a qué
terminal se debe de enviar una trama o para conocer quién envía la trama. Se
lleva a cabo mediante la dirección de la capa de enlace.
Segmentación y Agrupación
La segmentación surge por la
longitud de las tramas ya que, si es muy extensa, se debe de realizar tramas
más pequeñas con la información de esa trama excesivamente larga.
Si estas tramas son excesivamente
cortas, se ha de implementar unas técnicas de bloque que mejoran la eficiencia
y que consiste en concatenar varios mensajes cortos de nivel superior en una
única trama de la capa de enlace más larga.
Sincronización de octeto
y carácter
En las transferencias de información en
la capa de enlace es necesario identificar los bits y saber qué
posición les corresponde en cada carácter u octeto dentro de una serie de bits
recibidos.
Esta función
de sincronización comprende los procesos necesarios para adquirir,
mantener y recuperar la sincronización de carácter u octeto. Es decir, poner en
fase los mecanismos de codificación del emisor con los mecanismos
de decodificación del receptor.
Delimitación de trama
La capa de enlace debe ocuparse de la
delimitación y sincronización de la trama. Para la sincronización puede usar
tres métodos:
1.
El primero de ellos es "principio
y fin" (caracteres específicos para identificar el principio o el fin de
cada trama).
2.
También puede usar "principio y
cuenta" (utiliza un carácter para indicar comienzo y seguido por un
contador que indica su longitud).
3.
Por último puede usar el
"guion" (se emplea una agrupación específica de bits para identificar
el principio y fin mediante banderas o flags).
La “transparencia” se realiza mediante
la ‘inserción de bits’. Consta de ir contando los unos consecutivos y cuando se
encuentra con cinco caracteres "1" seguidos y consecutivos (1111) introduce el bit "0" después del quinto
1. Ejemplo: considere la trama 0101111110, al aplicar la transparencia pasa a
ser 01011111010.
Control de errores
Proporciona detección y corrección de
errores en el envío de tramas entre computadoras, y provee el control de
la capa física. Sus funciones, en general, son:
·
Identificar trama de datos;
·
Códigos detectores y correctores de
error;
·
Control de flujo;
·
Gestión y coordinación de la
comunicación.
Correctores
de error : es opcional en esta capa, la encargada de realizar esta función
es la capa de transporte, en una WAN es muy problable que la
verificación, la realiza la capa de enlace.
Para la identificación de tramas puede
usar distintas técnicas como:
·
Contador de caracteres
·
Caracteres de inicio y final con
caracteres de relleno
·
Secuencia de bits indicadora de inicio
y final, con bits de relleno
El control de flujo es necesario para
no 'agobiar' al receptor. Se realiza normalmente en la capa de transporte,
también a veces en la capa de enlace. Utiliza mecanismos de retroalimentación.
Suele ir unido a la corrección de errores y no debe limitar la eficiencia del
canal.
Los métodos de control de errores son
básicamente dos:
·
Corrección de errores hacia
adelante (Forward Error Correction, FEC)
o corrección de errores por anticipado, no tiene control de flujo.
·
Petición de repetición
automática (Automatic
Repeat-reQuest, ARQ): posee control de flujo mediante parada y
espera, y/o ventana deslizante.
Las posibles implementaciones son:
·
Parada y
espera simple: el emisor envía la trama y espera una señal del
receptor para enviar la siguiente trama o la que acaba de enviar en caso de
error.
·
Envío
continuo y rechazo simple: el emisor envía continuamente tramas
y el receptor las va validando. Si encuentra una trama errónea, elimina todas
las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.
·
Envío
continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que solo
retransmite la trama defectuosa.
La detección de errores la realiza
mediante diversos tipos de códigos del que hay que resaltar:
·
Control de redundancia
cíclica (CRC)
·
Simple paridad
·
Paridad cruzada (Paridad horizontal y
vertical)
·
Suma de verificación
Las correcciones de errores están basadas
en Código Hamming, por repetición, verificación de paridad
cruzada, Reed-Solomon y de Goyle.
Recuperación de fallos
Se refiere a
los procedimientos para detectar situaciones y recuperar al nivel de
situaciones anómalas como la ausencia de respuesta, recepción de tramas
inválidas, etc. Las situaciones más típicas son la pérdida de tramas, aparición
de tramas duplicadas y llegada de tramas fuera de secuencia.
Si no se tratasen correctamente estos
eventos se perderá información y se aceptarán datos erróneos como si fuesen
correctos. Generalmente se suelen utilizar contadores para limitar el número de errores o reintentos
de los procesos y procedimientos. También se pueden usar temporizadores para establecer
plazos de espera (timeout) de
los sucesos.
Gestión y coordinación de
la comunicación
Gestión y
coordinación.
La gestión atiende a dos tipos:
1.
El primero de ellos es un sistema
centralizado donde existe una máquina maestra y varias esclavas. Estas
conexiones se pueden realizar punto a punto o multipunto.
2.
El segundo de ellos es el distribuido,
donde no existe máquina maestra y todas compiten por el control del sistema de
comunicación.
La coordinación se puede realizar
mediante selección o contienda:
·
La selección se puede implementar
mediante sondeo/selección, donde el maestro recoge un mensaje de una secundaria
y se la entrega a quien seleccione. También es posible asignando un testigo a
una máquina que es la que puede emitir mensajes/tramas. Son típicas las
configuraciones Token Ring y Token Bus.
·
La contienda se basa en que cada
ordenador emite su trama/mensaje cuando le apetece. Todos los componentes de la
red son tanto emisores como receptores. Son típicos los
sistemas ALOHA y CSMA/CD. Hay que tener cuidado con las
colisiones.
