Capa 2: Capa de enlace de datos

La capa de datos , o capa 2 , es la segunda capa del modelo OSI de siete capas de redes de computadoras . Esta capa es la capa de protocolo que transfiere datos entre nodos de red adyacentes en una red de área amplia (WAN) o entre nodos en el mismo segmento de red de área local (LAN) . La capa de enlace de datos proporciona los medios funcionales y de procedimiento para transferir datos entre entidades de la red y podría proporcionar los medios para detectar y posiblemente corregir los errores que pueden ocurrir en la capa física . 

La capa de enlace de datos se ocupa de la entrega local de tramas entre nodos en el mismo nivel de la red. Marcos de enlace de datos, como estas unidades de datos de protocolose llaman, no cruce los límites de una red de área local. El enrutamiento entre redes y el direccionamiento global son funciones de capa superior, que permiten que los protocolos de enlace de datos se centren en la entrega local, el direccionamiento y el arbitraje de medios. De esta manera, la capa de enlace de datos es análoga a un policía de tráfico del vecindario; se esfuerza por arbitrar entre las partes que compiten por acceder a un medio, sin preocuparse por su destino final. Cuando los dispositivos intentan utilizar un medio simultáneamente, se producen colisiones de cuadros. Los protocolos de enlace de datos especifican cómo los dispositivos detectan y se recuperan de tales colisiones, y pueden proporcionar mecanismos para reducirlos o prevenirlos. 

Algunos ejemplos de protocolos de enlace de datos son Ethernet para redes de área local (múltiples nodos), el Protocolo punto a punto (PPP), HDLC y ADCCP para conexiones punto a punto (nodo dual). En la suite de protocolo de Internet (TCP / IP), la funcionalidad de la capa de enlace de datos está contenida dentro de la capa de enlace , la capa más baja del modelo descriptivo, que también incluye la funcionalidad incluida en la capa física del modelo OSI .

Subcapas

La capa de enlace de datos tiene dos subcapas: control de enlace lógico (LLC) y control de acceso a medios (MAC).

Subcapa de control de enlace lógico 

La subcapa superior, LLC, multiplexa los protocolos que se ejecutan en la parte superior de la capa de enlace de datos y, opcionalmente, proporciona control de flujo, reconocimiento y notificación de errores. La LLC proporciona direccionamiento y control del enlace de datos. Especifica qué mecanismos se utilizarán para direccionar las estaciones a través del medio de transmisión y para controlar los datos intercambiados entre el originador y las máquinas receptoras.

Subcapa de control de acceso a medios

MAC puede referirse a la subcapa que determina quién tiene permiso para acceder a los medios en cualquier momento (por ejemplo, CSMA / CD ). Otras veces se refiere a una estructura de trama entregada en base a las direcciones MAC internas.

En general, existen dos formas de control de acceso a los medios: distribuido y centralizado.Ambos pueden compararse con la comunicación entre personas. En una red formada por personas que hablan, es decir, una conversación, cada una de ellas hará una pausa de tiempo aleatoria y luego intentará volver a hablar, estableciendo efectivamente un juego largo y elaborado de decir "no, tú primero".
La subcapa de control de acceso a los medios también determina dónde termina un cuadro de datos y comienza la siguiente: la sincronización de cuadros . Hay cuatro medios de sincronización de cuadros: basados ​​en tiempo, conteo de caracteres, relleno de bytes y relleno de bits.

• El enfoque basado en el tiempo simplemente pone una cantidad específica de tiempo entre marcos. El principal inconveniente de esto es que se pueden introducir nuevas brechas o que se pueden perder debido a influencias externas.
• El conteo de caracteres simplemente anota el conteo de caracteres restantes en el encabezado del marco. Sin embargo, este método se altera fácilmente si este campo se vuelve defectuoso de alguna manera, lo que dificulta mantener la sincronización.
• El relleno de bytes precede al marco con una secuencia de bytes especial como DLE STX y lo sucede con DLE ETX . Las apariencias de DLE (valor de byte 0x10) se deben eliminar con otro DLE. Las marcas de inicio y parada se detectan en el receptor y se eliminan, así como los caracteres DLE insertados.
• De manera similar, el relleno de bits reemplaza estas marcas de inicio y fin con un indicador que consiste en un patrón de bits especial (por ejemplo, un 0, seis bits 1 y un 0). Las incidencias de este patrón de bits en los datos a transmitir se evitan insertando un bit. Para usar el ejemplo donde la bandera es 01111110, se inserta un 0 después de 5 1 consecutivos en el flujo de datos. Las banderas y los 0 insertados se eliminan en el extremo receptor. Esto hace que para cuadros largos arbitrarios y fácil sincronización para el destinatario. Tenga en cuenta que este bit relleno se agrega incluso si el siguiente bit de datos es 0, lo que no se puede confundir con una secuencia de sincronización , de modo que el receptor pueda distinguir inequívocamente los bits rellenos de los bits normales.

Servicios

Los servicios que proporciona la capa de enlace de datos son:

• Encapsulación de paquetes de datos de capa de red en marcos
• Sincronización de cuadros
• En la subcapa de control de enlace lógico (LLC):
• Control de errores ( solicitud de repetición automática , ARQ), además de ARQ proporcionada por algunos protocolos de capa de transporte , para reenviar las técnicas de corrección de errores (FEC) provistas en la capa física , y para la detección de errores y la cancelación de paquetes en todas las capas, incluyendo La capa de red . El control de errores de la capa de enlace de datos (es decir, la retransmisión de paquetes erróneos) se proporciona en redes inalámbricas y módems de red telefónica V.42 , pero no en protocolos LAN como Ethernet , ya que los errores de bits son muy poco comunes en cables cortos. En ese caso, solo se proporciona la detección de errores y la cancelación de paquetes erróneos.
• Control de flujo , además del proporcionado en la capa de transporte . El control de flujo de la capa de enlace de datos no se usa en los protocolos LAN como Ethernet, sino en los módems y las redes inalámbricas.

• En la subcapa de control de acceso al medio (MAC):
•  Protocolos de acceso múltiple para el control de acceso al canal, por ejemplo, protocolos CSMA / CD para la detección y retransmisión de colisiones en redes de bus Ethernet y redes concentradoras, o el protocolo CSMA / CA para evitar colisiones en redes inalámbricas.
•  Direccionamiento físico ( direccionamiento MAC )
• Conmutación de LAN ( conmutación de paquetes ), incluido el filtrado de MAC , el protocolo de árbol de expansión (STP) y el puente de ruta más corta (SPB)
•  Paquetes de datos en cola o programación
•  Conmutación de almacenamiento y envío o conmutación por corte
•  Control de calidad de servicio (QoS)
•  LAN virtuales (VLAN)