martes, 10 de febrero de 2009

Control De Acceso Al Medio

1.3 CONTROL DE ACCESO AL MEDIO

La Capa de Enlace de Datos es la responsable del intercambio de datos entre un host cualquiera y la red a la que está conectado, permitiendo la correcta comunicación y trabajo conjunto entre las capas superiores (Red, Trasnporte y Aplicación) y el medio físico de transporte de datos.

Su principal objetivo es proporcionar una comunicación eficiente, libre de errores, entre dos máquinas adyacentes, pertenecientes a la misma red/subred. Para ello se encarga de la notificación de errores, la topología de la red y el control de flujo en la transmisión de tramas.

La Capa de Enlace de Datos proporciona sus servicios a la Capa de Red, suministrando un tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, formación y entrega ordenada de tramas y control de flujo. Por lo tanto, su principal misión es convertir el medio de transmisión en un medio libre de errores de cualquier tipo.

Sus principales funciones son:

* Establece los medios necesarios para una comunicación confiable y eficiente entre dos máquinas en red.

* Agrega una secuencia especial de bits al principio y al final del flujo inicial de bits de los paquetes, estructurando este flujo bajo un formato predefinido llamado trama o marco, que suele ser de unos cientos de bytes. Los sucesivos marcos forman trenes de bits, que serán entregados a la Capa Física para su transmisión.

* Sincroniza el envío de las tramas, transfiéndolas de una forma confiable libre de errores. Para detectar y controlar los errores se añaden bits de paridad, se usan CRC (Códigos Cíclicos Redundantes) y envío de acuses de recibo positivos y negativos, y para evitar tramas repetidas se usan números de secuencia en ellas.
* Envía los paquetes de nodo a nodo, ya sea usando un circuito virtual o como datagramas.
* Controla la congestión de la red.
* Regula la velocidad de tráfico de datos.

* Controla el flujo de tramas mediante protocolos que prohiben que el remitente envíe tramas sin la autorización explícita del receptor, sincronizando así su emisión y recepción.

* Se encarga de la de secuencia, de enlace lógico y de acceso al medio (soportes físicos de la red).

En la actual tecnología TCP/IP, el estándar más aceptado para la Capa de Enlace de Datos es el definido por la IEE, que diferencia dos subcapas independientes:

El control de acceso al medio en informática y telecomunicaciones, es el conjunto de mecanismos y protocolos por los que varios "interlocutores" (dispositivos en una red, como ordenadores, teléfonos móviles, etc.) se ponen de acuerdo para compartir un medio de transmisión común (por lo general, un cable eléctrico u óptico, o en comunicaciones inalámbricas el rango de frecuencias asignado a su sistema). En ocasiones se habla también de multiplexación para referirse a un concepto similar.

Más específicamente, en redes informáticas, las siglas inglesas MAC Medium Access Control, la traducción inglesa del término) se emplean en la familia de estándares IEEE 802 para definir la subcapa de control de acceso al medio.

La subcapa MAC se sitúa en la parte inferior de la capa de enlace de datos (Capa 2 del Modelo de Referencia OSI). La implementación exacta de esta subcapa puede variar dependiendo de los requerimientos de la capa física (por ejemplo Ethernet, Token Ring, WLAN).

Algunas de las funciones de la subcapa MAC incluyen:

* Controlar el acceso al medio físico de transmisión por parte de los dispositivos que comparten el mismo canal de comunicación.

* Agregar la dirección MAC del nodo fuente y del nodo destino en cada una de las tramas que se transmiten.

* Al transmitir en origen debe delimitar las tramas agregando bits de bandera (flags) para que el receptor pueda reconocer el inicio y fin de cada trama.

* Al recibir en destino debe determinar el inicio y el final de una trama de datos dentro de una cadena de bits recibidos por la capa física.

* Efectuar detección y, si procede, corrección de errores de transmisión.

* Descartar tramas duplicadas o erróneas.

Una red es un entorno en el que diferentes host y dispositivos comparten un medio de transmisión común. Es necesario por ello establecer técnicas que permitan definir qué host está autorizado para transmitir por el medio común en cada momento. Esto se consigue por medio de una serie de protocolos conocidos con el nombre de Control de Acceso al Medio (protocolos MAC).

Según la forma de acceso al medio, los protocolos MAC pueden ser:

· Determinísticos: en los que cada host espera su turno para transmitir. Un ejemplo de este tipo de protocolos determinísticos es Token Ring, en el que por la red circula una especie de paquete especial de datos, denominado token, que da derecho al host que lo posée a transmitir datos, mientras que los demás deben esperar a que quede el token libre.

· No determinísticos: que se basan en el sistema de "escuchar y transmitir". Un ejemplo de este tipo de protocolos es el usado en las LAN Ethernet, en las que cada host "escucha" el medio para ver cuando no hay ningún host transmitiendo, momento en el que transmite sus datos.
Para realizar todas estas funciones, la Capa de Enlace de Datos se basa en un componente físico fundamental, la tarteja de red.

Definición
Es la más alta de las dos subcapas de enlace de datos definidas por el IEEE y la responsable del control de enlace lógico. La subcapa LLC maneja el control de errores, control del flujo, entramado y direccionamiento de la subcapa MAC. El protocolo LLC más generalizado es IEEE 802.2, que incluye variantes no orientado a conexión y orientadas a conexión.

Subcapa LLC
En la subcapa LLC se contemplan dos aspectos bien diferenciados:

Los protocolos
Los protocolos LLC: Para la comunicación entre entidades de la propia subcapa LLC, definen los procedimientos para el intercambio de tramas de información y de control entre cualquier par de puntos de acceso al servicio del nivel de enlace LSAP.

Las interfaces
Las interfaces: con la subcapa inferior MAC y con la capa superior (de Red).

· Interfaz LLC – MAC: Especifica los servicios que la subcapa de LLC requiere de la subcapa MAC, independientemente de la topología de la subred y del tipo de acceso al medio.

· Interfaz LLC – Capa de Red Modelo OSI: Especifica los servicios que la Capa de Red Modelo OSI obtiene de la Capa de Enlace Modelo OSI, independientemente de su configuración.

Servicios que la subcapa LLC ofrece a la capa de Red:

Servicio en modo conexión (CONS, Connection Oriented Network Service)
Es un servicio que establece una conexión entre las estaciones del enlace, y que garantiza la entrega de las unidades de datos que fluyen a través de dicha conexión ( servicio confiable ). El servicio de conexión le garantiza al receptor la entrega en secuencia de las unidades de datos y la protección contra pérdidas y duplicados. Con ese fin dispone de los mecanismos necesarios para controlar el flujo y corregir los errores.

Servicio no orientado a conexión (Clns, Connection Less Network Service)
No establece una conexión previa entre las estaciones, por lo que cada trama intercambiada es independiente de todas las demás ( de las enviadas antes y después). Cada trama es individualmente autónoma y autosuficiente ante el receptor. Es un servicio que tiene utilidad cuando el establecimiento de una conexión implica retrasos que son inaceptables para el funcionamiento del sistema ( control distribuido ). El servicio de enlace sin conexión puede ser con o sin confirmación.

En resumen, las funciones de esta subcapa son:

* Agrupar los bits a transmitir en forma de tramas (enmarcar)
* Se ocupa de los errores de transmisión
* Regula el flujo de las tramas (control de flujo)
* Administra la capa de enlaces (gestión)
* Traduce las tramas de las redes heterogéneas

Y los Servicios que Ofrece:

* Sin conexión y sin reconocimiento
* Sin conexión y con reconocimiento
* Orientado a la conexión.

Control de enlace lógico (LLC)
Esta capa es la encargada de transmitir tramas entre dos estaciones sin tener que pasar por ningún nodo intermedio. Esta capa debe permitir el acceso múltiple. Esta capa debe identificar todos los posibles accesos a ella, ya sean de una capa superior como estaciones destino u otros.

- Servicios LLC: el LLC debe controlar el intercambio de datos entre dos usuarios, y para ello puede establecer una conexión permanente, una conexión cuando se requiera el intercambio de datos o una mezcla de ambas (sólo se establece conexión permanente cuando sea necesaria).
LLC Tipo 1.
Datagramas sin acuse de recibo. Este es el más utilizado, es un servicio similar al ofrecido por PPP dónde no existe control de flujo, pues no hay realimentación del receptor al emisor. A diferencia de PPP aquí no se realiza verificación de errores pues ésta ya ha sido efectuada por la subcapa MAC.

LLC Tipo 2.
Servicio confiable orientado a la conexión, similar al ofrecido por HDLC. Se realiza control de flujo y solicitud de retransmisión si detecta error en el checksum.
LLC Tipo 3.
Servicio intermedio de los dos anteriores. El emisor envía datagramas y solicita acuse de recibo, pero éstos son enviados también como datagramas, no hay un proceso explícito de establecimiento de la conexión como ocurre en el tipo 2.

- Protocolo LLC: hay varias formas de utilización de este protocolo que van desde envíos de tramas con requerimiento de trama de confirmación hasta conexiones lógicas entre dos estaciones previo intercambio de tramas de petición de conexión.
Control de enlace lógico ( LLC ) :

· Interfaz con las capas superiores y control de errores y de flujo .

Cada capa toma las tramas y le añade una serie de datos de control antes de pasarla a la siguiente capa .

Cabecera MAC
Cabecera LLC
Cabecera IP
Cabecera TCP
Datos
Parte final MAC


/<--- segmento TCP ---->/
/<----------- datagrama IP ---------------->/
/<--------- unidad de datos de protocolo LLC ------------->/
/<------------------------------------------ trama MAC ------------------------>/
Medios De Transmisión

El medio de transmisión es el enlace, el material físico cuyas propiedades de tipo electrónico, mecánico, óptico, o de cualquier otro tipo se emplea para facilitar el transporte de información entre terminales distantes geográficamente. El medio de transmisión consiste en el elemento que conecta físicamente las estaciones de trabajo al servidor y los recursos de la red.

El propósito fundamental de la estructura física de la red consiste en transportar, como flujo de bits, la información de una máquina a otra. Para realizar esta función se van a utilizar diversos medios de transmisión.
Estos se pueden evaluar atendiendo los siguientes factores:

· Tipo de conductor utilizado.
· Velocidad máxima que pueden proporcionar (ancho de banda).
· Distancias máximas que pueden ofrecer.
· Inmunidad frente a interferencias electromagnéticas.
· Facilidad de instalación.
· Capacidad de soportar diferentes tecnologías de nivel de enlace.

Existen dos tipos para transmisión de datos:

Medio guiado.- Incluye alambre de metal (cobre, aluminio y otros) y cable de fibra óptica. El cable es normalmente instalado sobre los edificios o en conducit oculto. Los alambres de metal incluyen cable par trenzado y cable coaxial, donde el cobre es el material de transmisión preferido para la construcción de redes. La fibra óptica se encuentra disponible en filamentos sencillos o múltiples y en fibra de vidrio o plástico.

Medio no guiado.- Se refiere a las técnicas de transmisión de señales en el aire o espacio de transmisor a receptor. En esta categoría se encuentra el infrarrojo y las microondas.
Modos De Transmisión

- Transmisión de banda base (baseband): consiste en entregar al medio de transmisión la señal de datos directamente, sin que intervenga ningún proceso entre la generación de la señal y su entrega a la línea, como pudiera ser cualquier tipo de modulación.

- Transmisión en banda ancha (broadband): se divide el ancho de banda en canales de anchura adecuada y, usando técnicas de modulación se inserta en cada uno de ellos una señal distinta. Pretende optimizar la utilización del ancho de banda disponible del medio de transmisión.

Entre los diferentes medios utilizados en las transmisiones de datos se pueden mencionar: el cable de par trenzado, el cable coaxial, la fibra óptica y el espectro electromagnético (en transmisiones inalámbricas).

Tipos De Cable

CABLE COAXIAL

El nombre de Coaxial viene de la contracción de Common Access o acceso común al medio; ya que es un cable muy usado para la topología de ducto, donde los nodos se conectan a un medio de acceso común.

Consiste en un cable conductor interno (cilíndrico) separado de otro cable conductor externo por anillos aislantes o por un aislante macizo. Todo esto se recubre por otra capa aislante que es la funda del cable.

Características

Velocidad: 550 Mbps.
Ancho de Banda: entre 350-500 MHz.
Distancia Máxima: 10-100 Kms.

Clasificación
- Dependiendo del grosor tenemos:

· Cable Coaxial Delgado (Thin Coaxial): se le denomina así por que es menos grueso que el otro tipo de cable coaxial, debido a esto es menos rígido que el otro tipo, y es más fácil de instalar.

CARACTERÍSTICAS
Cable: 10-BASE-2
Cable coaxial fino (Ethernet fino). Velocidad de transmisión: 10 Mb/seg. Segmentos: máximo de 185 metros.

· Cable Coaxial Grueso (Thick Coaxial): permiten una transmisión de datos de mucha distancia sin debilitarse la señal, pero el problema es que, un metro de cabe coaxial grueso pesa hasta medio kilogramo, y no puede doblarse fácilmente.

CARACTERÍSTICAS
Cable: 10-BASE-5
Cable coaxial grueso (Ethernet grueso).Velocidad de transmisión: 10 Mb/seg.Segmentos: máximo de 500 metros.

- Dependiendo de su banda tenemos:

· Banda Base: Este tipo de cable es normalmente empleado en redes de ordenadores con una resistencia de 50 Ohm, por el que fluyen señales digitales.

· Banda Ancha: Mueve señales analógicas, posibilitando la transmisión de gran cantidad de información por varias frecuencias, y su uso mas común es la televisión por cable.

Ventajas

- Este tipo de cable ofrece una impedancia de 50 Ohms por metro.
- La protección de las señales contra interferencias eléctricas debida a otros equipos, fotocopiadoras, motores, luces fluorescentes, etc.
- Este tipo de cable es más inmune a las interferencias o al ruido que el par trenzado.
- Puede cubrir distancias relativamente grandes, entre 185 y 1500 metros dependiendo del tipo de cable usado

Desventajas

- Es más caro que el par trenzado.
- Es mucho más rígido.
- La atenuación, ruido térmico, ruido de intermodulación, son algunos inconvenientes del cable coaxial.

Tipos
Algunos tipos de cable coaxial son:
RG-75, RG-8, RG-11, RG-58, RG-62, entre otros.






CABLE PAR TRENZADO

Consiste en dos alambres de cobre o a veces de aluminio aislados, en general de 1mm de espesor. Los alambres se entrelazan en forma helicoidal, como en una molécula de DNA. La forma trenzada del cable se utiliza para reducir la interferencia electromagnética con respecto a los pares cercanos que se encuentran a su alrededor. Los pares trenzados se agrupan bajo una cubierta común de PVC (Policloruro de Vinilo) en cables multipares de pares trenzados (de 2, 4, 8, hasta 300 pares). Debido a que puede haber acoples entre pares, estos se trenza con pasos diferentes.

Los pares trenzados se pueden utilizar tanto para transmisión analógica como digital, y su ancho de banda depende del calibre del alambre y de la distancia que recorre; en muchos casos pueden obtenerse transmisiones de varios megabits, en distancias de pocos kilómetros. Es el más utilizado en telefonía.



Este tipo de cable no se maneja por unidades, sino por pares y grupos de pares, paquete conocido como cable multipar. Por esta razón surge la necesidad de poder definir colores para los mismos que permitan al final de cada grupo de cables conocer que cable va con cual otro. Los colores del aislante están normalizados a fin de su manipulación por grandes cantidades. Para Redes Locales los colores estandarizados son:

* Naranja / Blanco – Naranja.
* Verde / Blanco – Verde.
* Blanco / Azul – Azul.
* Blanco / Marrón – Marrón.

Clasificación

- Cable par trenzado apantallado (STP): en este tipo de cable, cada par va recubierto por una malla conductora que actúa de pantalla frente a interferencias y ruido eléctrico. Su impedancia es de 150 Ohm. Sin embargo es más costoso y requiere más instalación. Es utilizado en las instalaciones de procesos de datos por su capacidad y por sus buenas características contra las radiaciones electromagnéticas, pero el inconveniente es que es un cable robusto, caro y difícil de instalar.

- Cable de par trenzado con pantalla global (FTP): en este tipo de cable como en el UTP, sus pares no están apantallados, pero si dispone de una pantalla global para mejorar se nivel de protección ante interferencias externas. Su impedancia característica típica es de 120 Ohmios y sus propiedades de transmisión son más parecidas a las del UTP. Tiene un precio intermedio entre el UTP y el STP.

- Cable par trenzado no apantallado (UTP): es el cable par trenzado más simple y empleado, sin ningún tipo de pantalla adicional y con una impedancia característica de 100 Ohmios. Sus dos alambres de cobre torcidos aislados con plástico PVC han demostrado un buen desempeño en las aplicaciones de hoy.

Ventajas

- Bajo costo.
- Tiene una mayor facilidad de instalación.
- Es más flexible.
- Las mejoras tecnológicas constantes.

Desventajas

- Poca velocidad de transmisión.
- Es muy susceptible al ruido y a interferencias. Para evitar estos problemas se suele trenzar el cable con distintos pasos de torsión y se suele recubrir con una malla externa para evitar las interferencias externas.
- Poca distancia de alcance.
- Se utilizan con velocidades inferiores al MHz (de aprox. 250 KHz).
*
FIBRA ÓPTICA

La fibra óptica es una delgada hebra de vidrio o silicio fundido que conduce la luz. Esta compuesta por filamentos de vidrio de alta pureza muy compactos. El grosor del filamento es comparable al grosor de un cabello humano, es decir, aproximadamente de 0,1 mm. Se requieren dos filamentos para una comunicación bi-direccional: TX y RX. En cada filamento de fibra óptica podemos apreciar 3 componentes:

· La fuente de luz: LED o láser.
· El medio transmisor: fibra óptica.
· El detector de luz: fotodiodo.

Es el medio de transmisión mas novedoso dentro de los guiados y su uso se esta masificando en todo el mundo reemplazando el par trenzado y el cable coaxial en casi todo los campos.

En este medio los datos se transmiten mediante una haz confinado de naturaleza óptica, de ahí su nombre, es mucho más caro y difícil de manejar pero sus ventajas sobre los otros medios lo convierten muchas veces en una muy buena elección al momento de observar rendimiento y calidad de transmisión.

Físicamente un cable de fibra óptica esta constituido por un núcleo formado por una o varias fibras o hebras muy finas de cristal o plástico; un revestimiento de cristal o plástico con propiedades ópticas diferentes a las del núcleo, cada fibra viene rodeada de su propio revestimiento y una cubierta plástica para protegerla de humedades y el entorno.



Un cable de fibra óptica está compuesto por: Núcleo, manto, recubrimiento, tensores y chaqueta.

En el cable de fibra óptica las señales que se transportan son señales digitales de datos en forma de pulsos modulados de luz. Esta es una forma relativamente segura de enviar datos debido a que, a diferencia de los cables de cobre que llevan los datos en forma de señales electrónicas, los cables de fibra óptica transportan impulsos no eléctricos. Esto significa que el cable de fibra óptica no se puede pinchar y sus datos no se pueden robar.

Características

Velocidad: 2 Gbps.
Ancho de Banda: 2 GHz.
Compactas, ligeras.
Amplia capacidad de transmisión.
Alcance promedio es de 40 km. en la tierra.
Clasificación

- Fibra multimodal de índice escalonado (Multimode step index): en este tipo de fibra viajan varios rayos ópticos reflejándose a diferentes ángulos, los diferentes rayos ópticos recorren diferentes distancias y se desfasan al viajar dentro de la fibra. Por esta razón a la distancia a la que se puede transmitir esta muy limitada.

Están fabricadas a base de vidrio, con una atenuación de 30 dB/km, o plástico, con una atenuación de 100 dB/km. Tienen una banda de paso que llega hasta los 40 Mhz por km.

- Fibra multimodal de índice graduado (Multimode graded index): en este tipo de fibra el núcleo esta hecho de varias capas concéntricas de material óptico con diferentes índices de refacción. En estas fibras el número de rayos ópticos diferentes que viajan es menor y, por lo tanto, sufren menos el severo problema de las multimodales de índice escalonado.

- Fibra monomodal (Single mode cable): es la de menor diámetro y solamente permite viajar al rayo óptico central. No sufre del efecto de las otras dos pero es más fácil de construir y manipular. Es también más costosa pero permite distancias de transmisión mayores.
Ventajas

- Su ancho de banda es muy grande, mediante técnicas de multiplexación por división de frecuencias (WDM/DWDM), que permiten enviar hasta 100 haces de luz (cada uno con una longitud de onda diferente) a una velocidad de 10Gb/s cada uno por una misma fibra, se llegan a obtener velocidades de transmisión totales de 10Tb/s.

- Es inmune totalmente a las interferencias electromagnéticas. Presentan bajas perdidas de señal.
Desventajas

- La alta fragilidad de las fibras.
- Necesidad de usar transmisores y receptores más caros
- Los empalmes entre fibras son difíciles de realizar, especialmente en el campo, lo que dificulta las reparaciones en caso de rotura del cable.
- No puede transmitir electricidad para alimentar repetidores intermedios.
- La necesidad de efectuar, en muchos casos, procesos de conversión eléctrica-óptica.
- La fibra óptica convencional no puede transmitir potencias elevadas.[]
- No existen memorias ópticas.

Tipos de Conectores
Estos elementos se encargan de conectar las líneas de fibra a un elemento, ya puede ser un transmisor o un receptor. Los tipos de conectores mas usados para la fibra óptica son el ST y el SC. Los tipos de conectores disponibles son muy variados, entre los que podemos encontrar se hallan los siguientes:

· FC, que se usa en la transmisión de datos y en las telecomunicaciones.

· FDDI, se usa para redes de fibra óptica.

· LC y MT-Array, que se utilizan en transmisiones de alta densidad de datos.

· SC, (Straight Connection) es un conector de inserción directa que suele utilizarse en conmutadores Ethernet de tipo Gigabit.

· SC-Dúplex, se utilizan para la transmisión de datos.

· ST, se usa en redes de edificios y en sistemas de seguridad, (Straight Tip) es un conector similar al SC, pero requiere un giro del conector para su inserción, de modo similar a los conectores coaxiales.

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