El nivel de enlace de datos (en inglés data link level) o capa de enlace de datos es la segunda capa del modelo OSI, el cual es responsable de la transferencia fiable de información a través de un circuito de transmisión de datos. Recibe peticiones de la capa de red y utiliza los servicios de la capa física.

El objetivo de la capa de enlace es conseguir que la información fluya, libre de errores, entre dos máquinas que estén conectadas directamente (servicio orientado a conexión).

Para lograr este objetivo tiene que montar bloques de información (llamados tramas en esta capa), dotarles de una dirección de capa de enlace, gestionar la detección o corrección de errores, y ocuparse del control de flujo entre equipos (para evitar que un equipo más rápido desborde a uno más lento).

Normalmente una trama constará de cabecera, datos y cola. En la cola suele estar algún chequeo de errores. En la cabecera habrá campos de control de protocolo. La parte de datos es la que quiera transmitir en nivel de comunicación superior, típicamente el Nivel de red.

Objetivo de las tramasEl tamaño de la memoria del receptor puede ser limitadoCuanto mas larga sea la transmisión mayor probabilidad de error habráEn medios compartidos no se permite que una estación ocupe el medio mucho tiempo

También hay que tener en cuenta que en el modelo TCP/IP se corresponde a la segunda capa

las principales funciones de esta capa de enlace de datos son:-Iniciación, terminación e identificación.-Segmentación y bloqueo.-Sincronización de octeto y carácter.-Delimitación de trama y transparencia.-Control de errores.-Control de flujo.-Recuperación de fallos.-Gestión y coordinación de la comunicación.

Iniciación, terminación e identificaciónLa función de iniciación comprende los procesos necesarios para activar el enlace e implica el intercambio de tramas de control con el fin de establecer la disponibilidad de las estaciones para transmitir y recibir información.Las funciones de terminación son de liberar los recursos ocupados hasta la recepción/envío de la última trama. También de usar tramas de control. La identificación es para saber a que terminal se debe de enviar una trama o para conocer quien envía la trama. Se lleva a cabo mediante la dirección de la capa de enlace.

Segmentación y bloqueoLa segmentación surge por la longitud de las tramas ya que si es muy extensa, se debe de realizar tramas más pequeñas con la información de esa trama excesivamente larga.Si estas tramas son excesivamente cortas, se ha de implementar unas técnicas de bloque que mejoran la eficiencia y que consiste en concatenar varios mensajes cortos de nivel superior en una única trama de la capa de enlace más larga.

Sincronización de octeto y carácterEn las transferencias de información en la capa de enlace es necesario identificar los bits y saber que posición les corresponde en cada carácter u octeto dentro de una serie de bits recibidos.Esta función de sincronización comprende los procesos necesarios para adquirir, mantener y recuperar la sincronización de carácter u octeto. Es decir, poner en fase los mecanismos de codificación del emisor con los mecanismos de decodificación del receptor.

Delimitación de tramaLa capa de enlace debe ocuparse de la delimitación y sincronización de la trama. Para la sincronización puede usar 3 métodos: -*El primero de ellos es "Principio y fin" (caracteres específicos para identificar el principio o el fin de cada trama). -*También puede usar "Principio y cuenta" (Utiliza un carácter para indicar comienzo y seguido por un contador que indica su longitud).-* Por último puede usar el "Guión" (se emplea una agrupación especifica de bits para identificar el principio y fin mediante banderas/flags).La transparencia se realiza mediante la inserción de bits. Consta de ir contando los unos consecutivos y cuando se encuentra con 5 unos seguidos y consecutivos introduce el bit 0 después del quinto uno. Ejemplo: Las banderas/flag suelen ser 01111110, y al aplicar la transparencia pasa a ser 011111010.

Control de erroresProporciona detección y corrección de errores en el envío de tramas entre computadores, y provee el control de la capa física. Sus funciones, en general, son:-Identificar Trama de datos-Códigos detectores y correctores de error-Control de flujo-Gestión y coordinación de la comunicación.

Correctores de error: Es opcional en esta capa, la encargada de realizar esta funcion es la capa de transporte , en una WAN es muy problable que la verificacion, la realiza la capa de enlace

Los métodos de control de errores son básicamente 2:FEC o corrección de errores por anticipado y no tiene control de flujo.ARQ: Posee control de flujo mediante parada y espera, o/y ventana deslizante.

Las posibles implementaciones son:-Parada y espera simple: Emisor envía trama y espera una señal del receptor para enviar la siguiente o la que acaba de enviar en caso de error.-Envío continuo y rechazo simple: Emisor envía continuamente tramas y el receptor las va validando. Si encuentra una errónea, elimina todas las posteriores y pide al emisor que envíe a partir de la trama errónea.-Envío continuo y rechazo selectivo: transmisión continua salvo que sólo retransmite la trama defectuosa.

Control de flujoEs un proceso que consiste en asegurar que la velocidad de la entidad transmisora no sobrecargue a la entidad receptora desbordando su capacidad de recibir datos y perdiendo los mismos.

Lo antes descrito posibilita que el receptor regule el flujo de datos enviados por el emisor permitiendo así que se realice un intercambio de datos de forma eficiente.

Control de flujo mediante parada y esperaConsiste en que el emisor envía una trama y al ser recibida por el receptor, éste (el receptor) confirma al emisor (enviándole un mensaje de confirmación) la recepción de la trama. Este mensaje recibido por el emisor es el que le indica que puede enviar otra trama al receptor. De esta forma, cuando el receptor esté colapsado (el buffer a punto de llenarse), no tiene más que dejar de confirmar una trama y entonces el emisor esperará hasta que el receptor decida enviarle el mensaje de confirmación (una vez que tenga espacio en el buffer).Este sistema es el más eficaz para que no haya errores y es el más utilizado cuando se permiten tramas muy grandes, pero es normal que el emisor parta las tramas en más pequeñas para evitar que al ser una trama de larga duración, es más probable que se produzca algún error en la transmisión. También, en LAN's, no se suele permitir que un emisor acapare la línea durante mucho tiempo (para poder transmitir una trama grande). Otro problema adicional es que se infrautiliza la línea al estar parada mientras los mensajes del receptor llegan al emisor.

- Control del flujo mediante ventana deslizanteEl problema de que sólo hay una trama cada vez en tránsito por la red se soluciona con este sistema de ventanas deslizantes.En este sistema, el receptor y el emisor se ponen de acuerdo en el número de tramas que puede guardar el receptor sin procesar (depende del tamaño del buffer). También se ponen de acuerdo en el número de bits a utilizar para numerar cada trama (al menos hay que tener un número de bits suficientes para distinguir cada una de las tramas que quepan en el buffer del receptor), Por ejemplo, si en el buffer del receptor caben 7 tramas, habrá que utilizar una numeración con 3 bits (23 = 8 > 7).El emisor transmite tramas por orden (cada trama va numerada módulo 2número de bits) hasta un máximo de el número máximo de tramas que quepan en el buffer del receptor (en el ejemplo, 7). El receptor irá procesando las tramas que le lleguen y confirmando que admite tramas a partir de una dada (hasta un máximo de 7 en el ejemplo). Por ejemplo, si ha procesado hasta la trama 5, confirmará el número 6 (es decir, que puede procesar las tramas 6, 7, 0, 1, 2, 3 y 4). Al recibir el emisor la confirmación de la trama 6, emitirá todas las que no haya transmitido desde la 6 hasta la 4 (6, 7, 0, 1, 2, 3 y 4). Por ejemplo, se ya había enviado la 6, 7, 0 y 1, sabe que puede enviar la 2, 3 y 4.Existe la posibilidad de indicarle al emisor la confirmación de tramas recibidas y prohibirle el envío de más tramas (con el mensaje de Receptor No Preparado).Cuando las dos estaciones son emisoras y receptoras, se pueden utilizar dos ventanas por estación, una para el envío y otra para la recepción. Se puede utilizar la misma trama para enviar datos y confirmaciones, mejorando así la utilización del canal.Este sistema de transmisión es mucho más eficiente que el de parada y espera, ya que pueden haber más de una trama a la vez en las líneas de transmisión (en el de parada y espera sólo puede haber una trama a la vez).

Control de flujo por hardware

El control de flujo por hardware (RTS/CTS) depende del módem para controlar el flujo de datos. Se debe usar con todos los módems de alta velocidad o con los módems que comprimen datos.

Control de flujo por software

El control de flujo por software (llamado también XON/XOFF o CTRL+S/CTRL+Q) utiliza caracteres de datos para indicar que el flujo de datos debe iniciarse o detenerse. Esto permite a un módem enviar un carácter de control para indicar a otro módem que detenga la transmisión mientras se actualiza.

El control de flujo por software es más lento y, normalmente, menos conveniente que el control de flujo por hardware. El control de flujo por software se utiliza sólo para transmitir texto. No se puede utilizar para la transferencia de archivos binarios porque éstos pueden contener caracteres especiales de control de flujo.

Detección de errores

La probabilidad de que una trama llegue sin ningún BIT erróneo disminuye al aumentar la probabilidad de que un BIT sea erróneo.

La probabilidad de que una trama llegue sin errores disminuye al aumentar la longitud de la misma; cuanto mayor es la trama, mayor número de bits tendrá, y mayor será la probabilidad de que alguno de los bits sea erróneo.

donde:F es el número de bits por tramaP es la probabilidad de error de bit

Pb: Probabilidad de un bit erróneo, también denominada tasa de error por bit BER.P1: Probabilidad de que una trama llegue sin errores.P2: Probabilidad de que una trama llegue con uno o más errores no detectables.P3: Probabilidad de que una trama llegue con uno o más errores detectables pero sin erroresIndetectables.

Las técnicas de detección de errores no identifican cuál bit (o bits) es erróneo, solamente indica que ha ocurrido un error. El propósito no es impedir que ocurran errores, pero previene que los errores no detectados ocurran.

Las técnicas de detección de errores más comunes usadas para los circuitos de comunicación de datos son:

Comprobación de paridad, redundancia ciclica, codificación de cuenta exacta, chequeo de paridad longitudinal bidireccional y vertical.

Código binarioSistema de representación numérica de base dos, es decir, que utiliza dos dígitos (el cero “0” y el uno “1”).

El código binario se utiliza con variados métodos de codificación de datos tales como cadena de caracteres o cadenas de bits. Todos los datos son transmitidos en su equivalente en binario.

Si se agrupan reciben el nombre de:Nibble: 4 bits. Byte: 8 bits.Palabra: 16 bits.

Comprobación de paridad

Este método de detección de errores es el mas sencillo y utilizado y consiste en agregar un BIT de paridad al final del bloque de datos.Paridad Par: el número de 1´ s incluyendo al BIT de paridad es PAR.

Paridad Impar: el número de 1´s incluyendo al BIT de paridad es IMPAR.

El control de errores hace referencia a los mecanismos necesarios para la detección y la corrección de errores que aparecen en la transmisión de tramas. Uno de ellos es el código Hamming.

Código Hamming

Es un código detector y corrector de errores que se usa actualmente. Consiste en agregar bits al mensaje de tal forma que permita el control de los errores.

Dentro de las características que presenta este código se pueden mencionar las siguientes:

Puede detectar errores con cambios de 1 o 2 bitsPermite corregir, cambios de un solo bit.La paridad del código puede ser par o impar

Errores simplesCorrige los datos sin necesidad de retransmisión

Errores doblesSon detectados pero no se corrigen los bits de comprobación extra