Capa d'enllaç de dades

La capa d'enllaç de dades correspon al nivell 2 del model OSI i s'encarrega de respondre a peticions de servei de la Capa de xarxa i d'entregar les peticions a la Capa física.

La capa d'enllaç de dades és la capa encarregada de transferir dades entre nodes de xarxa adjacents en una WAN o entre nodes del mateix segment de LAN. La capa d'enllaç de dades proporciona les funcions i els procediments per a la transmissió de dades entre entitats de xarxa i pot detectar i, fins i tot, corregir errors que poden ocórrer a la capa física. Exemples de protocols d'enllaç de dades són Ethernet per a xarxes d'àrea local i PPP, HDLC i ADCCP per a connexions punt a punt.

L'enllaç de dades proporciona transferència de dades al llarg de l'enllaç físic. Aquesta transferència pot ser o no fiable; molts protocols d'enllaç de dades no disposen de reconeixement de recepció i acceptació de trames amb èxit i, fins i tot, alguns protocols ni tan sols disposen de checksum per tal de comprovar errors en la transmissió. En aquests casos, protocols de més alt nivell han d'encarregar-se de proporcionar control de flux, comprovació d'errors i reconeixement i retransmissió.

Aquesta capa sovint se separa en dues subcapes. La primera subcapa és el Control d'enllaç lògic (o en anglès, Logical Link Control (LLC)). Aquesta subcapa multiplexa protocols funcionant en la capa d'enllaç de dades i, opcionalment, proporciona control de flux, reconeixement i retransmissió.

La segona subcapa és el Control d'Accés al Medi (o en anglès, Media Access Control (MAC)). Aquesta subcapa determina qui té permès accedir al medi en un moment determinat. Generalment hi ha dues formes de control d'accés al medi: distribuït i centralitzat. La subcapa de Control d'accés al medi també determina on acaba una trama de dades i on comença la següent.

Com s'ha dit abans, en les xarxes d'àrea local IEEE 802 la capa d'enllaç de dades se separa en les subcapes MAC i LLC; això vol dir que el protocol IEEE 802.2 LLC pot ser utilitzat amb tots els de la capa IEEE 802 MAC, tal com Ethernet, Token Ring, IEEE 802.11, etc., juntament amb algunes capes diferents a la 802 MAC com la FDDI. Altres protocols de la capa d'enllaç a dades, com el HDLC, inclouen totes dues subcapes, tot i que altres protocols, com el Cisco HDLC, utilitzen l'entramat a baix nivell de l'HDLC com si fos una capa MAC en combinació amb una capa LLC diferent.

Ethernet

Ethernet és el protocol més famós de la Família d'estàndards IEEE 802:

• 802.2 o Capa LLC (Logical Link Control). Interfície comuna entre el nivell de xarxa i la família de protocols.

La resta de protocols defineixen el nivell físic i el subnivell MAC:

• 802.3 Ethernet
• 802.4 Token Ring
• 802.11 Wi-FI
• 802.15 Bluetooth

Origen del nom

Al 1972 Metcalfe i els seus col·legues de Xerox PARC van crear el primer sistema experimental Ethernet per tal de connectar l'estació de treball Xerox Alto, amb una interfície gràfica d'usuari.

Aquesta interfície experimental s'utilitzava per connectar entre si estacions de treball Alto o connectar-les amb servidors o impressores laser.

S'utilitzava un rellotge sincrón amb un rellotge similar al de la estació de treball Xerox Alto, el resultat era una velocitat de 2.94 Mbps.

La primera xarxa experimental de Metcalfe es va anomenar Alto Aloha Network. Al 1973 Metcalfe li va canviar el nom a Ethernet per tal que quedes clar que podia funcionar en qualsevol màquina i que evolucionava abandonant el sistema Aloha. El nom descriu lo essencial que és el medi físic o que també els agradava anomenar ether (de luminiferous ether que en el seu moment es creia que era el que propagava les ones electromagnètiques)

• http://www.ethermanage.com/ethernet/ethername.html
• http://en.wikipedia.org/wiki/Luminiferous_aether --> The Ether
• http://www.google.es/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=11&cad=rja&ved=0CFsQtwIwCg&url=http%3A%2F%2Fwww.youtube.com%2Fwatch%3Fv%3DM013_1TQ_5g&ei=6JOvUMvyF4yW0QWbh4G4DQ&usg=AFQjCNGH8bXQ5QZTkmuB8eFo6FQSILG3EQ

Nivell LLC (Logical Link control)

És un nivell compartit per tots els protocols de la família IEEE 802. S'encarrega de la:

• Lògica de reenviaments
• Control de flux
• Comprovació d'errors

Nivell MAC

Té les següents funcions:

• Control d'accés a medi compartits (cables en bus, ràdio, etc.)
• Adreçament: Adreça MAC: Sistema adreçament de nivell 2 equivalent a les adreces IP al nivell 3

El nivell MAC no s'aplica a xarxes commutades (no hi ha medi compartit)

Protocols MAC

• CSMA/CD: Utilitzat per Ethernet
• CSMA/CA: WIFI (existeixen protocols propietaris com Airmax d'Ubiquiti o Nv2 de Mikrotik basats en TDMA)
• Aloha i Aloha ranurat
• Token Ring|Token Bus

El nivell físic Ethernet utilitza una Codificació Manchester.

Algorismes MAC

• Aloha i Aloha Ranurat (desenvolupats per la Universitat de Hawai). S'envia un paquet i si hi ha col·lisió es torna a enviar.
• CSMA/CD (Carrier sense multiple access with collision detection). Detecta si hi ha senyals utilitzant el medi i té un procediment en cas de col·lisió. Antics sistemes Ethernet funcionaven amb coaxials en bus físic i lògic.
• Actualment el problema de les col·lisions està més limitat gràcies als switches. Torna a ser un tema candent en xarxes wireless (l'aire és un medi compartit).

CSMA/CD

http://wiki.mikrotik.com/wiki/Manual:Connection_oriented_communication_%28TCP/IP%29#CSMA.2FCD

Interfícies de xarxa

Tipus:

GNU/Linux de forma universal distingueix dos tipus de interfícies de xarxa:

• physical interfaces: eth0, eth1, eth4, radio0, radio1, wlan0 ... Sempre representen un NIC o WNIC existent al ordinador. Tan aviat com el driver (mòdul del kernel) es carrega, es mostra la interfície.
• virtual interfaces o logical interfaces: lo, eth0:1, eth0.1, vlan2, br0, pppoe-dsl, tun0, imq0, teql0, ... No representen un dispositiu de xarxa real físic, però sempre estan relacionats directa o indirectament amb un dispositiu físic existent( excepte lo).

Tipus de interfícies virtuals:

• Aliases o noms IP secundaries: eth4:5, eth4:6, .. Consulteu IP Aliasing
• VLANS (fins a 4096): eth4.0, eth4.1, eth4.3, vlan0. Cal un dispositiu que suporti vlans (VLAN aware)
• Bridges: interfícies que són un enllaç o pont entre diferents interfícies físiques o virtuals. Exemples br0, br-lan
• Túnels: interfícies relacionades amb protocols de tunneling (tunneling protocols): pppoe-dsl, tun0, vpn1, ... Vegeu també tun i tap
• Bonding o link Aggregation: Dos targetes de xarxa o més es poden unir per simluar una sola targeta de xarxa virtual (aka Channel bonding). Per exemple bond0.
• Be spawned by some daemon to manipulate incoming packages: imq0, teql4, .. See imq, teql, ..
• Spawned dependent on the mode a WNICs is currently working in: TODO Exemples: ath0, ath1, ath_monitor

WIFI a més té els següents modes:

• ad-hoc (IBSS)
• managed
• AP
• WDS
• Mesh point
• Monitor

La targeta de xarxa. Network Interface Card (NIC)

La targeta de xarxa és el pont d'enllaç entre el sistema operatiu i el accés al medi de transmissió (ja sigui aquest un cable o un sistema sense fils)

• També anomenada NIC (Network Interface Card) o adaptador de xarxa.
• Dispositiu que treballa als nivell baixos d'OSI (capa 1 física i capa 2 d'enllaç)
• Cada interfície de xarxa té una adreça MAC única, com per exemple

00:0D:88:19:D2:A2

• La MAC permet adreçar i identificar de forma unívoca les targetes de xarxa
• La MAC és un identificador de 48 bits amb dos parts

• Id del venedor: 00:0D:88
• Id de la targeta de xarxa: 19:D2:A2

• Cal tenir en compte que hi han targetes de xarxa amb més d'una interfície de xarxa (i per tant amb més d'una MAC)

La ranura d'expansió (slot en anglès) és el connector físic a on es connecta la targeta

Tipus de ranures de connexió

• ISA (Industry Standard Architecture): Creat al 1981. Ja no s'utilitza en sistemes nous
• PCI (Peripheral Component Interconnect): El més utilitzat actualment
• PCI-E: Nou bus PCI, necessari per certes velocitats de targetes de xarxa i busos PCI
• PCMCIA: Utilitzat en ordinadors portàtils
• USB: Només recomanat si no hi ha un altre opció
• Actualment moltes targetes estan integrades a la placa mare (però continuen utilitzant un BUS PCI)

Fabricants

• Novell
• Intel
• Realtek

BOOT-ROM La ROM de BOOT porta el programa per arrencar des de la targeta de xarxa un sistema. Moltes targetes o plaques mare la porten integrada a la BIOS. Algunes targetes de xarxa permeten incorporar una targeta CompactFlash. Vegeu també PXE i Arrancada de xarxa.

Paràmetres habituals de la targeta de xarxa

• IRQ (Interrupt Request): Sol·licitud d'interrupció. Número de la línia d'interrupció que utilitza la NIC per avisar a la CPU que han arribat dades.
• Adreça d'E/S: Espai de memòria que utilitzen la CPU i la targeta de xarxa per comunicar-se
• DMA (Direct Memory Access)': S'utilitza poc en targetes modernes

$ ifconfig 
eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0D:88:19:D2:A2
         inet addr:192.168.1.10  Bcast:192.168.1.255  Mask:255.255.255.0
         inet6 addr: fe80::20d:88ff:fe19:d2a2/64 Scope:Link
         UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
         RX packets:957270 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
         TX packets:1254234 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
         collisions:0 txqueuelen:1000
         RX bytes:581767799 (554.8 MiB)  TX bytes:228519990 (217.9 MiB)
         IRQ     Interrupt:11 Base address:0x4000

Vegeu també ifconfig.

Per obtenir més informació sobre el maquinari de xarxa comsulteu les ordres lspci, lsusb i lspcmcia.

La configuració dels paràmetres actualment es fa per programari Abans algunes configuracions es feien utilitzant jumpers

Les targetes de xarxa modernes suporten diferents modes i velocitats.

• Auto-negociació: permet a targetes amb diferents velocitats i modes poder establir una comunicació Algunes targetes fins i tot

detecten quan un cable esta creuat i permeten treballar amb aquests tipus de cables

• Link: Índica que la targeta de xarxa esta connectada a un altre dispositiu (switch o targeta de xarxa)

$ sudo ethtool eth0
Settings for eth0:
       Supported ports: [ TP (Twisted Pair) ]
       Supported link modes:   10baseT/Half 10baseT/Full 
                               100baseT/Half 100baseT/Full 
                               1000baseT/Half 1000baseT/Full 
       Supports auto-negotiation: Yes
       Advertised link modes:  10baseT/Half 10baseT/Full 
                               100baseT/Half 100baseT/Full 
                               1000baseT/Half 1000baseT/Full 
       Advertised auto-negotiation: Yes
       Speed: 100Mb/s
       Duplex: Full
       Port: Twisted Pair
       PHYAD: 0
       Transceiver: internal
       Auto-negotiation: on
       Supports Wake-on: pg
       Wake-on: g
       Current message level: 0x00000037 (55)
       Link detected: yes

Ordre ethtool

ethtool.

Wake ON LAN

WOL.

Enllaços

• http://www.ethermanage.com/ethernet/ethernet.html
• http://acacha.org/mediawiki/index.php/Ethernet (Font de la majoría d'aquest material)