Transmisión de Datos en el Modelo OSI

En cada nivel se utiliza información de control que solo es interpretada por el nivel homólogo de la máquina receptora.

Proceso de Encapsulación y Desencapsulación

El proceso emisor entrega los datos a la capa de aplicación, la cual añade a la información una cabecera.

La capa de presentación transforma este bloque de distintas formas, en función del servicio solicitado, y añade una nueva cabecera.

El nuevo conjunto de datos es entregado a la capa inmediatamente inferior, la capa de sesión.

En una o varias de las capas, el conjunto de datos que recibe la capa N de la capa N+1 pueden ser fragmentados en bloques más pequeños para la capa N-1.

El proceso se repite hasta llegar a la capa física de la estación receptora, donde comenzará el proceso inverso (capa a capa se eliminan las cabeceras transmitiendo el resultado a las capas superiores hasta llegar al proceso receptor).

La comunicación funciona como si cada capa se comunicase directamente con su homóloga en la máquina de destino, gracias a que las cabeceras permiten suministrar a cada capa el servicio que le fue requerido por la capa superior.

Nivel Físico

Este es el primer nivel del modelo OSI y su objetivo final es transmitir los bits que codifican la información por el canal de comunicaciones que conecta al emisor con el receptor.

Características del Canal de Transmisión

Los bits del mensaje para ser transmitidos son convertidos en una señal de tipo físico.

• Esta señal es una variación en el tiempo de alguna de las propiedades del medio $\rightarrow f(t)$.
• El receptor de la señal la contempla atenuada y distorsionada, y se le añade el ruido captado por el medio transmisor. Por lo que estos factores hacen que a veces se pierda información al no distinguirse un 1 de un 0.
• El principal responsable de ambos fenómenos es la limitación en el ancho de banda.

Se denomina ancho de banda al rango de frecuencias que son válidas para transmitir la señal. Las componentes de la señal que están fuera de este rango son fuertemente atenuadas y la señal resulta distorsionada.

Otros Factores Relevantes:

• Atenuación del canal: Es la relación entre la potencia de la señal a la entrada del canal de transmisión y la potencia que tiene esta señal a la salida del canal, expresada en decibelios [dB].
• Velocidad de Transmisión: Es el número de elementos de señal (determinado valor de amplitud, frecuencia, etc., o combinación de ellos que codifica un determinado valor binario de uno o varios bits; puede tener N estados diferentes) o cambios de condición por segundo. Se mide en baudios (elementos de señal/segundo que se transmiten).
• Capacidad del Canal: También se la denomina velocidad de transmisión de la información. Es la velocidad máxima a la que se puede transmitir información sin errores, expresada en bits por segundo. Fórmula: $\text{Capacidad} = V_t \times \text{nº bits/elemento}$.
• El ruido: Existe siempre un nivel de ruido mínimo. Se mide en dB.
• Tasa de transferencia que soporta el canal y los tiempos en el cruce de datos.

Medios de Transmisión

No suele venir especificado en la correspondiente norma del nivel físico (aunque sí el tipo de conectores a emplear y otra serie de características mecánicas del enlace).

Modos de Transmisión

Modo analógico y modo digital.

Estándares Internacionales para el Nivel Físico

RS-232 (que comprende el RS-422 y el RS-423).

Tipos de Transmisión Estándar:

• IEEE 802.3 (Ethernet).
• IEEE 802.4 (Broadband o Token Bus).
• IEEE 802.5 (Token Ring).
• FDDI.
• ISDN.

Nivel Enlace

La transferencia de datos a través de las líneas físicas de comunicación debe seguir un procedimiento ordenado y libre de errores. Debido a que las comunicaciones se ven afectadas por ruidos y otro tipo de perturbaciones, el conjunto de protocolos del nivel de enlace debe proporcionar un método que detecte y recupere los errores que se pudieran producir.

Funciones del Nivel de Enlace

Debe suministrar funciones para que:

• Cada nodo en la red pueda enviar y recibir datos por medio del nivel físico.
• Se deben implementar mecanismos para el acceso al medio.
• Se puedan distinguir los mensajes enviados por el usuario de los mensajes de control internos.
• El nodo emisor pueda controlar el flujo de datos.
• Las estaciones receptoras puedan comprobar que los datos recibidos no han sufrido alteraciones.
• La estación receptora deberá tener la capacidad de pedir la retransmisión de los paquetes incorrectos.
• Control sobre el tráfico de mensajes.

Subniveles de IEEE 802

La norma IEEE 802 divide el nivel en dos subniveles:

• MAC: Engloba los aspectos que dependen del nivel físico.
• LLC: Proporciona estrategias de control de errores y de flujo de datos independientes del medio físico.

1 MAC (Subnivel de Control de Acceso al Medio)

Este subnivel se encarga de llevar a cabo las operaciones relacionadas con el envío y recepción de tramas de acuerdo con las reglas para el acceso al medio dictadas por el nivel físico.

El principal problema que tienen los nodos para acceder al canal de comunicaciones es que solo uno de ellos puede estar emitiendo en un instante. Para arbitrar este derecho de acceso se emplean varios métodos:

• Asignación estática de tiempos de acceso: Es similar a la multiplexación, es raramente utilizado.
• Asignación centralizada del derecho de acceso: Un nodo central adjudica los turnos de acceso al resto de nodos en la red. Se emplea en algunos buses de campo.
• Control de acceso distribuido: Es el más extendido entre las redes de comunicaciones. Comprende los métodos de contienda y los métodos libres de colisiones.

1.1 MAC (CSMA/CD; IEEE 802.3; Ethernet)

En los métodos de contienda, varios nodos intentan acceder al medio físico; si lo hacen simultáneamente se pone en marcha un mecanismo para resolver la colisión.

Cuando un nodo desea enviar una trama, primero detecta que no exista ningún otro nodo emitiendo en ese instante. A esta fase inicial se denomina detección de portadora (“Carrier Sense”).

Cuando el canal queda libre, el nodo lanza su mensaje al medio de transmisión. En este momento, el nodo emisor se queda escuchando y comprobando que está recibiendo perfectamente el mensaje que él mismo envía. Si, durante un tiempo no detecta que ningún otro nodo ha interferido su mensaje, sigue transmitiendo. Si detecta que el mensaje se ha corrompido, detiene el envío y espera un tiempo aleatorio para reintentar la transmisión. Esta fase se denomina detección de colisión (“Collision Detect”).

Ventajas CSMA/CD

• Es la más extendida en las aplicaciones ofimáticas.
• Simplicidad del algoritmo, implementación sencilla, bajo coste y fiabilidad.
• Técnica suficientemente probada.
• Buen rendimiento: Si la red no está muy cargada, la velocidad de transmisión es muy alta.
• Acceso imparcial.

Inconvenientes CSMA/CD

• Técnica LIFO ante colisiones (requiere detección de colisiones).
• Mensajes deben ser de longitud mínima.
• Difícil distinción entre ruido y colisiones.
• Atenuación implica problemas en la detección de colisión.
• No permite la gestión de prioridades (¡Importante! No daría prioridad a una alarma, por ejemplo).
• No se puede garantizar el tiempo máximo que tardará un mensaje urgente en ser transmitido (sistema no determinístico).
• Rendimiento pobre conforme aumenta la carga.
• Problemas para diagnosticar fallos.

Etiquetas: CSMA/CD, Ethernet, modelo OSI, Nivel de Enlace, Nivel Físico, Transmisión de datos