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• Samuel Villegas

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Facultad Ingeniería Escuela Ingeniería Informática Asignatura Redes de Computadores I

Trabajo de Investigación Protocolos de Comunicación Capa de Enlace de Datos

José Ricardo León Caracas, 1 de Noviembre de 2013

Introducción El presente trabajo tiene el propósito de reflejar la investigación realizada en relación a los protocolos de comunicación capa 2 o capa de enlace de datos del modelo OSI, a lo largo del trabajo se verán reflejados los objetivos, marco teórico y conclusión con respecto a estos protocolos. Durante la lectura del documento, el lector encontrara conceptos básicos necesarios para el entendimiento del trabajo, descripciones de los principales protocolos

de

comunicación,

tanto

sincrónicos

como

asincrónicos,

sus

características, de que protocolos evolucionaron, etc. Se encontrara también con una comparación entre los modelos asíncronos y síncronos, cuando es mejor utilizar un modelo o el otro, bajo qué condiciones se utilizan los modelos y cual sería mejor que otro.

Marco Teórico Se entiende por protocolos de comunicación a las reglas o estándares que deben seguir dos o más entidades de un sistema de comunicación para permitir el intercambio de información entre estos. En estos protocolos se encuentran definidas todas las características necesarias como por ejemplo: sintaxis, semántica, sincronización, métodos de recuperación de errores, etc. Los protocolos de comunicación siempre han existido desde que las personas se comunican entre sí, ya sea pidiendo el derecho de palabra hasta el sistema de palomas mensajeras, siempre que el hombre ha tenido la necesidad de comunicarse se han creado una gran variedad de protocolos para mejorar la comunicación y asegurarse de que sea lo más efectiva y eficiente posible. Se puede decir que el primer invento que logro comunicar a las personas a distancia y en tiempo real fue el teléfono, inventado en el año 1860 por Antonio Meucci. A partir de este invento comenzaron a formarse las primeras redes de telefonía, las cuales en un principio eran una serie de cables que salían de la casa de las personas hacia las demás casas que tuvieran teléfonos. El problema con este sistema básicamente es la cantidad de cables y la falta de organización existente en ellos, por lo que se decidió centralizar la comunicación, es decir, todos los cables de una misma área salían a un cuarto central donde la operadora comunicaba a las personas para que estas pudieran hablar. En un principio esto parecía funcionar, pero poco a poco más y más personas iban adquiriendo teléfonos, por lo que llego un punto en el que la operadora no podía con el número de llamadas entrantes, es aquí cuando empiezan los multiplexores, lo que quiere decir que a través de un mismo cable se podían pasar múltiples llamadas. Con el pasar de los años se fueron mejorando las comunicaciones, hasta que llego un nuevo invento que cambio al mundo, las computadoras.

Con la llegada de las computadoras también vinieron las primeras de redes de computación, las cuales tenían la principal función de compartir recursos entre ellas para mejorar su rendimiento individual, pero al pasar los años las empresas empezaron a darse cuenta de la importancia de comunicarse a través de estos equipos, y así nacieron los primeros protocolos de comunicación entre computadoras. Para el comienzo de la década de 1980 se generó mucho desorden con el desarrollo de las redes, ya que hubo un gran crecimiento en la creación de redes cuando las empresas empezaron a darse cuenta de las ventajas que ofrecían. A medida que la tecnología de las redes iba avanzando las empresas iban expandiendo sus redes personales, y a mediados de 1980, se empezaron a apreciar las consecuencias de esta rápida expansión. Un claro ejemplo es el de dos personas que no hablan un mismo idioma tratando de comunicarse entre sí. Lo mismo ocurría con las empresas que creaban sus tecnologías privadas, es decir son protocolos de comunicación los cuales solo sirven entre equipos de la misma empresa o un grupo reducido de empresas que usaran exactamente el mismo protocolo privado. Con la intención de acabar con este problema la Organización Internacional para la Estandarización (ISO por sus siglas en inglés) realizo investigaciones de modelos de conexión como el DECnet, TCP/IP entre otros. De estas investigaciones nació lo que conocemos hoy en día como el modelo OSI (Open System Interconection). El modelo OSI, es una normativa formada por 7 capas que definen los diferentes pasos por las que deben pasar los datos que viajan a través de una red de comunicación. Las 7 capas son: 1. Capa Física. 2. Capa de enlace de datos. 3. Capa de Red. 4. Capa de Transporte.

5. Capa de Sesión. 6. Capa de Presentación. 7. Capa de Aplicación. En este trabajo de investigación solo nos concentraremos en los protocolos de la capa 2, es decir los protocolos de la capa de enlace de datos. Para empezar debemos separarlos en dos grandes grupos, los protocolos síncronos y los asíncronos. Los protocolos síncronos se diferencian ya que tienen un reloj interno que se encarga de sincronizar tanto el envío como la recepción de paquetes durante la comunicación. Por su parte los protocolos asíncronos no poseen un reloj, utiliza sus protocolos internos para determinar el envío y recepción de los paquetes. Entre los protocolos síncronos tenemos: 

SDLC



HDLC

El SDLC (Synchronous Data Link Control) es un protocolo diseñado por IBM en la década de 1970, este protocolo consta de una estación principal que controla las comunicaciones así como una o más estaciones secundarias, soporta además conexiones multipunto, es decir, más de una estación secundaria conectada al nodo principal. El funcionamiento de este protocolo es Half-duplex, lo que significa que la comunicación funciona en ambas vías, solo que antes de enviar o recibir un paquete el ente espera un aviso que le indica que puede proceder con la comunicación. El HDLC (High-Level Data Link Control) es la evolución del SDLC, es un protocolo que proporciona recuperación de datos en caso de pérdida de paquetes de datos, fallos de secuencia entre otros. El protocolo utiliza un formato único de tramas para el intercambio de información. Para la transmisión de datos el formato de las tramas consta de un preámbulo con lo que el ente receptor reconoce el paquete HDLC, luego del preámbulo vienen los campos de dirección, control, la

información que se va transmitir, el FCS (Este campo sirve de seguro en caso de pérdidas de paquetes) y por último el preámbulo para el próximo paquete. Entre los protocolos asíncronos encontramos: 

Start/Stop



ATM



Frame Relay



Ethernet



Token Ring

El protocolo Start/Stop es el protocolo asíncrono más sencillo, consta de dos bits adicionales a la trama de transmisión normal, estos bits le indican al ente receptor cuando este debe prepararse para recibir una trama de información. El ATM (Asynchronous Transfer Mode) maneja paquetes de 53 bytes, de los cuales 5 bytes corresponden al encabezado y en los 48 bytes restantes maneja los datos, informaciones de control, etc. El Frame Relay es un protocolo diseñado especialmente para la transmisión de audio y video a alta velocidad y además permite la interconexión geográfica de distintos nodos a un bajo costo. Hoy en día el protocolo Ethernet es considerado un estándar dentro de las conexiones de área local. Este protocolo comenzó utilizando cables coaxiales, los cuales poseían una velocidad de transferencia máxima de 10 Mbps, al pasar los años estos cables fueron evolucionando pasando por cables cruzados y cables de fibra óptica, alcanzando una velocidad de transferencia máxima de 10 Gbps. El protocolo Ethernet maneja paquetes con un tamaño máximo de 1542 Bytes, los cuales se dividen de la siguiente forma: 

7 Bytes de preámbulo.



1 Byte que delimita el inicio de la trama



12 Bytes de direcciones divididos en 6 Bytes para la dirección de origen y 6 bytes para la dirección de destino.



Opcionalmente vienen 4 bytes de Etiquetas para diferenciar las distintas opciones que da el protocolo Ethernet



De 46 hasta los 1500 Bytes de Payload, el cual es la sección donde viaja la información.



4 Bytes que sirven de Control



12 Bytes de espacio entre cada trama para ayudar a preparar al ente receptor a prepararse para el siguiente paquete.

Por último el protocolo Token Ring fue diseñado en el año 1969 por E.E. Newhall para IBM, consistía en sus comienzos de una arquitectura de anillo, sin embargo al pasar los años la evolución la llevo a una topología lógica de anillo pero interconectada por una topología física de estrella. Este tipo de redes alcanzaban una velocidad de transmisión de entre 4 y 16 Mbps, con el tiempo apareció el High Speed Token Ring con el cual la velocidad aumento hasta los 110 Mbps. Una vez mencionados los principales protocolos de comunicación tanto síncronos como asíncronos podemos proceder a realizar una comparación entre estos modelos de transmisión. Para empezar el modelo síncrono, como mencionamos anteriormente, requiere que tanto el transmisor como el receptor se coordinen para comenzar una transferencia de datos. Esto funciona perfectamente para equipos donde se sepa cuándo van a empezar a transmitir, por ejemplo: llamadas telefónicas, Messenger, fax, entre otros. El modelo asíncrono por su parte no necesita sincronizarse con el receptor, este debe estar preparado para recibir información en cualquier momento, por lo que debe estar siempre escuchando el canal para saber cuándo el emisor va a comenzar la transmisión de información. Para lograr esto los modelos asíncronos dependen de sus protocolos de comunicación, los preámbulos, encabezados, aquellas señales que le dicen al

receptor que se prepare para recibir algo. Las ventajas que trae esto son evidentes, se puede transmitir en cualquier momento sin tener que esperar una sincronización, no requiere un reloj interno que marque cuando puede comenzar a transmitir la información.

Conclusiones Hoy en día los modelos asíncronos son más utilizados que los síncronos, sin embargo no por eso hay que descartar a estos últimos, todo depende de las necesidades del momento. Una comunicación asíncrona te permite transferir información en cualquier momento, sin embargo si no se tienen los protocolos adecuados se pueden perder los paquetes, caer la comunicación, etc. Por su parte los protocolos síncronos no son tan veloces pero al tener una comunicación sincronizada ayuda a estabilizar el canal y garantiza los tiempos de envío y recepción de los paquetes. Para concluir este trabajo podemos afirmar que la evolución de las redes nos ha llevado a los protocolos asíncronos, los cuales nos pueden garantizar una velocidad de transmisión muy alta, pero un mayor riesgo de pérdida de información, por lo que a cerca de cual escoger todo depende de lo que se quiera hacer.

Bibliografía CONCEPTO ASÍNCRONO Y SÍNCRONO. Extraído el 30 de Octubre de 2013 desde: http://www.sites.upiicsa.ipn.mx/polilibros/portal/Polilibros/P_terminados/PolilibroFC /Unidad_II/Unidad%20II_5.htm Capa 2 Modelo OSI Enlace de Datos. Extraído el 30 de Octubre de 2013 desde: http://www.slideshare.net/dianamarcela0611/capa-2-modelo-osi-enlace-de-datos Felici, Santiago. La capa Enlace. Extraído el 28 de octubre de 2013 desde: http://informatica.uv.es/it3guia/FT/cap3-enlace-ft.pdf Licesio J. Rodríguez-Aragón. Tema 4: Internet y Teleinformática. Extraído el 30 de octubre de 2013 desde: http://www.uclm.es/profesorado/licesio/Docencia/IB/IBTema4.pdf