Funciones de la Capa de Enlace

• Proporcionar una interfaz de servicio bien definida a la capa de red.
• Manejar errores de transmisión.
• Regular el flujo de datos.
• Control de errores.
• Ensamblado y desensamblado.

Servicios que Proporciona

• Servicio no orientado a la conexión sin confirmación de recepción: Apropiado cuando la tasa de errores es baja, para tráfico en tiempo real (voz). Mayoría de LANs.
• Servicio no orientado a la conexión con confirmación de recepción: Útil para canales inestables como los inalámbricos.
• Servicio orientado a la conexión con confirmación de recepción: Es equivalente a un flujo de bits confiable, consta de 3 fases y tiene las tramas numeradas.

Métodos de Ensamblado

• Conteo de caracteres: Se vale de un campo en el encabezado para especificar el número de caracteres en la trama. Prácticamente ya no se utiliza.
• Banderas, con relleno de caracteres: Fuertemente atada a los caracteres de 8 bits. Esc Esc en payload.
• Banderas de inicio y fin, con relleno de caracteres: Tramas con número arbitrario de bits. En payload, cada cinco 1 se inserta un 0.
• Violaciones de codificación de la capa física: Redes en que la codificación en el medio físico contiene cierta redundancia.

Control de Errores

El objetivo es asegurar que todas las tramas lleguen a destino en el orden apropiado. Se consigue mediante retroalimentación con ACK y NACK por parte del receptor y temporizadores en el emisor para reenviar tramas. El tiempo del temporizador debe estar ajustado en un intervalo suficiente como para que la trama llegue al destino y regrese la confirmación. Se asignan números de secuencia a las tramas para que el receptor pueda distinguir las retransmisiones.

Control de Flujo

Se produce cuando el emisor envía tramas a mayor velocidad de lo que puede manejar el receptor. Métodos:

• Basado en retroalimentación: El receptor regresa información que autoriza a enviar más datos o le indica su estado.
• Basado en tasa: El protocolo tiene un mecanismo que limita la tasa de envío sin recurrir a retroalimentación. No se utiliza en la capa de enlace de datos.

Errores en Ráfagas

• Ventajas: Los datos de computadora siempre se envían en bloques de bits. Mayor tamaño de bloque implica menos errores.
• Desventajas: Son mucho más difíciles de detectar y corregir que los errores individuales.

Códigos de Corrección de Errores

Se incluye suficiente información redundante en cada bloque para que el receptor pueda deducir lo que debió ser el carácter transmitido. Se utilizan en canales con muchos errores. Una palabra codificada de n bits tiene m bits de datos y r bits de verificación, por lo que n = m + r. Los 2^m mensajes de datos posibles son legales, pero no se usan las 2ⁿ palabras codificadas posibles.

Distancia de Hamming

Número de bits que difieren dos palabras. Significa que si dos palabras codificadas están separadas una distancia de Hamming d, se requerirán d errores de un bit para convertir una en la otra. Para encontrar la distancia de Hamming de todo el código, construimos una lista completa de palabras codificadas legales y buscamos las dos palabras codificadas cuya distancia es mínima. Las propiedades de detección y corrección de errores de un código dependen de su distancia de Hamming. Para detectar d errores se necesita un código de distancia d + 1. Los códigos de Hamming solo pueden corregir errores individuales. Truco para que corrija en ráfaga.

Matriz de Palabras Codificadas

Se dispone como matriz una secuencia de k palabras codificadas consecutivas, con una palabra codificada por fila. Los datos se transmiten de a columnas, comenzando por la del extremo izquierdo. Cuando la trama llega al receptor, la matriz se reconstruye. Si ocurre un error en ráfaga de longitud k, cuando mucho se habrá afectado 1 bit de cada una de las k palabras codificadas; sin embargo, el código de Hamming puede corregir un error por palabra codificada, así que puede restaurarse la totalidad del bloque. Para detectar hasta n errores d = n + 1, para corregir hasta n errores d = 2n + 1.

Códigos de Detección de Errores

Se utilizan de manera amplia en los enlaces inalámbricos por ser más ruidosos y propensos a errores. Sin los códigos de corrección de errores sería difícil pasar cualquier cosa. Aunque en algunos casos puede utilizarse el método visto anteriormente (el de la matriz con código Hamming), en la práctica se usa uno muy definido: el código polinomial (también conocido como código de redundancia cíclica o código CRC). Se basa en el tratamiento de cadenas de bits como representaciones de polinomios con coeficientes de 0 y 1 solamente. Una trama de k bits se considera como la lista de coeficientes de un polinomio con k términos que van de x^k-1 a x⁰. Tal polinomio es de grado k – 1. Ejemplo: 110001 tiene 6 bits, y por lo tanto, representa un polinomio de seis términos con coeficientes 1, 1, 0, 0, 0 y 1: x⁵ + x⁴ + x⁰.

Protocolo Simplex para un Canal con Ruido

Suponemos ahora una situación normal en la que un canal de comunicación comete errores. Las tramas pueden llegar dañadas o perderse por completo. Podría parecer que utilizar un temporizador funcionaría, pero podría pasar que el emisor envía una trama y llega corrupta, por lo que el receptor no envía confirmación. Cuando el temporizador expira, el emisor vuelve a enviar la trama, y así sucesivamente hasta que la trama llega bien y el receptor devuelve la trama de confirmación… aunque si la trama de confirmación no llega correctamente al emisor, el temporizador vuelve a expirar, y el emisor vuelve a enviar la trama. El receptor se encontrará con dos tramas iguales y correctas, por lo que deberá contar con algún mecanismo que impida pasar dos tramas iguales a la capa de red. Para ello se utiliza un número de secuencia en el encabezado de cada trama. Es deseable que este encabezado sea pequeño. Por lo tanto, el número de secuencia puede ser de 1 bit (1 o 0), y de esta manera, cualquier trama de entrada que contenga un número de secuencia equivocado se rechaza como duplicado.

Los protocolos en los que el emisor espera una confirmación de recepción positiva antes de avanzar al siguiente elemento de datos suelen llamarse PAR (Confirmación de Recepción Positiva con retransmisión) o ARQ (Solicitud Automática de Repetición). Tras transmitir una trama y arrancar el temporizador, hay 3 posibilidades: llega una trama de confirmación de recepción sin daño, llega una trama de confirmación de recepción incorrecta o expira el temporizador.

Cuando llega una trama válida al receptor, su número de secuencia se verifica para saber si es un duplicado. Si no lo es, se acepta, se pasa a la capa de red y se genera una confirmación de recepción. Los duplicados y las tramas dañadas no se pasan a la capa de red.

Protocolos de Ventana Corrediza

Se transmite en un mismo canal en ambas direcciones. En el campo tipo de una trama en el encabezado, el receptor puede saber si la trama es de datos o de confirmación de recepción. Se mejora la eficiencia si el receptor espera y anexa la confirmación de recepción a la trama de datos de salida, esto se llama superposición. Si no hay tramas de datos a las que anexar, tras unos ciertos milisegundos se envía una trama de confirmación de recepción independiente. Los números de secuencia en la ventana del emisor representan tramas que pueden ser enviadas o lo han sido pero no se han confirmado, y la receptora son las tramas que puede aceptar. Si una trama se fuera de la ventana se descarta sin comentarios. Tipos:

• 1 bit: Utiliza parada y espera. Si la trama recibida es la esperada, la ventana del receptor se recorre hacia arriba. El campo de confirmación de recepción contiene el número de la última trama recibida sin error. Si concuerda el número con la trama que el emisor trata de enviar, sabe que puede enviar la siguiente; si no concuerda, debe seguir intentando enviar la misma trama.
• Retroceso N: En este caso influye el tiempo de propagación. Se envían w tramas antes de que el emisor se bloquee, no una. Si w es adecuado, se pueden enviar tramas continuamente durante un tiempo igual al tiempo de tránsito de ida y vuelta sin llenar la ventana. La capacidad que necesita el emisor de llenar el canal sin detenerse para poder funcionar con una eficiencia máxima se llama canalización. Métodos para manejar errores: con retroceso N se rechazan las siguientes tramas sin enviar confirmaciones. Se utiliza con ventana de recepción de tamaño 1. Luego se vuelven a retransmitir en orden. Con repetición selectiva, se almacenan en un búfer y solo se pide retransmitir la errónea. Se utiliza NACK para mejorar el rendimiento. Se utiliza en ventana de receptor mayor que 1. Las n – 1 se confirman automáticamente.
• Repetición selectiva: Si el número de secuencia son 3 bits, podemos enviar 2³ = 8 tramas y el tamaño máximo de la ventana debe ser cuando menos la mitad del intervalo de los números de secuencia, por lo tanto 4.

Paridad Simple

Todas las palabras presentan un número par de bits 1. D_min = 2. Palabra código = 8 bits. Dos bits no se detectan. Detecta todos los errores de un número impar de bits. Su probabilidad de fallo es 1/2. Los errores no se detectan cuando la palabra código se convierte en otra palabra código válida.

Efectividad de un Código

Probabilidad de que el sistema falle en la detección de un error. Se usan 3 modelos para medirla:

• Vector de error aleatorio: e = (e₁, e₂..e_n) con e₁ = 1 si hay error y e_i = 0 en otro caso. Considera que los 2ⁿ posibles vectores de error son equiprobables. Palabra código de n bits.
• Bits de error aleatorios: Los errores en cada bit se producen con probabilidad p y de forma independiente. La probabilidad de cada vector de error se reduce a medida que aumenta el número de bits que contiene (los patrones con 1 error son más probables que los de 2..).

Para canal de interés p < 1/2.

Situaciones que Provocan Overflow en Búfer

• Desacuerdos entre la tasa de transmisión y la tasa de recepción.
• Picos en la llegada de tramas.

El control de flujo lo soluciona.