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La IEEE ha propuesto varias normas relativas a las redes de área local, conocidas como IEEE 802.

Estas normas incluyen varios tipos de acceso al medio (subcapa inferior del nivel de enlace), como son el CSMA/ CD, el acceso por paso de testigo en bus y el de paso de testigo en anillo.

Estas tres técnicas de acceso que son definidas por los estándares IEEE 802.3, IEEE 802.4 e IEEE 802.5, respectivamente, difieren en la capa física y en la subcapa de acceso al medio; sin embargo, son totalmente compatibles en la subcapa superior de la capa de enlace.

Estándar IEEE 802.3 (Ethernet)

La norma IEEE 802.3 define un modelo de red de área local utilizando el protocolo de acceso al medio CSMA/CD con persistencia de 1, es decir, las estaciones están permanentemente a la escucha del canal y cuando lo encuentran libre de señal efectúan sus transmisiones inmediatamente. Esto puede llevar a una colisión que hará que las estaciones suspendan sus transmisiones, esperen un tiempo aleatorio y vuelvan a intentarlo.

En el nivel físico, las redes IEEE 802.3 utilizan codificación Manchester diferencial, que representa cada bit, no como un estado alto o bajo, sino como la transición bajo/alto o alto/bajo, dependiendo del valor del bit. Esto tiene la ventaja de que sea cual sea la secuencia binaria a transmitir, las corrientes eléctricas son iguales en un sentido o en el otro, es decir, el valor medio de la señal en cada bit es cero (físicamente, se dice que la componente de continua se anula), lo que tiene ventajas eléctricas.

En cualquier instante el cable puede estar en alguno de estos tres estados posibles:

Transmisión de un cero lógico. El cero lógico está constituido por una señal de -0,85 voltios seguida de otra de +0,85 voltios.
Transmisión de un uno lógico. El uno lógico es la inversión del cero lógico, es decir, una señal de +0,85 voltios seguida de otra de -0,85 voltios.
Canal inactivo, sin transmisión. Se caracteriza por tener el canal a 0 voltios.

Cualquier estación conectada a una red IEEE 802.3 debe poseer un adaptador de red.

La longitud máxima permitida para el bus en que se basa una red IEEE 802.3 es de 500 metros. Sin embargo, es posible conectar varios segmentos a través de unos dispositivos especiales llamados repetidores. El repetidor opera en la capa física y se encarga de amplificar la señal eléctrica para que su amplitud sea la adecuada y llegue correctamente a posibles receptores.

Operativa de funcionamiento:
Cuando se produce una colisión, las estaciones implicadas en ella interrumpen sus transmisiones, generan una señal de ruido para alertar al resto de las estaciones de la red y esperan un tiempo pseudoaleatorio para volver a retransmitir. El sistema de asignación de tiempos de espera consiste en dividir el tiempo en ranuras temporales de valor 51,2 microsegundos.
Después de la colisión, las estaciones generan un número aleatorio que se resuelve como 0 o 1. Si el resultado es 0, se produce la retransmisión inmediatamente, mientras que si fue 1 se espera una ranura para efectuar la retransmisión. Si ambas estaciones eligieron el mismo número aleatorio, se producirá de nuevo otra colisión. La probabilidad de colisión es 1/2. En ese caso se repite el proceso, pero ahora generando números aleatorios con resultado 0, 1, 2 o 3, esperando ese número de ranuras para producir la transmisión. Puede que vuelvan a colisionar, pero ahora la posibilidad de que suceda es de ¼. Los números aleatorios que se generan están comprendidos entre 0 y 2i, siendo i el número de colisiones que ha habido.
Así se repite el proceso hasta que se consigue una retransmisión eficaz.

Versiones del estándar

10Base-5 (Thick Ethernet): sobre cable coaxial grueso de 50 Ohmios acepta hasta 100 puestos de trabajo sobre una longitud máxima de 500 metros.
10Base-2 (Thin Ethernet): sobre coaxial fino RG58, de 50 ohmios de impedancia, para transmisiones de hasta 10 Mbps. Acepta hasta 30 puestos de trabajo, espaciados un mínimo de 0,5 metros, sobre una distancia máxima de 185 metros. En este caso la conexión al bus se realiza en el propio ordenador, mediante una tarjeta adaptadora, por medio de un conector coaxial BNC en "T".
10Base-T: sobre cable de pares trenzados sin apantallar (UTP) para producir transmisiones de hasta 10 Mbps, con topología física en estrella cuyo centro es un HUB. Cada estación de trabajo, con su correspondiente tarjeta adaptadora, puede situarse a una distancia de hasta 100 metros, realizándose la conexión por medio de conectores modulares RJ45.
100Base-T: Es semejante al 10Base-T, pero con velocidades de hasta 100 Mbps.
10Base-F: sobre fibra óptica, en lugar de coaxial.

Estándar IEEE 802.4 (Token Bus)

Las redes que siguen el protocolo IEEE 802.3 se han extendido rápidamente, sobre todo por su facilidad de instalación. Sin embargo, tienen un problema que representa un escollo importante en algunas aplicaciones: su carácter probabilístico en la resolución de las colisiones puede provocar retardos importantes en las transmisiones en casos extremos. Algunas aplicaciones no soportan tales retardos, sobre todo las que son críticas en el tiempo, es decir, en aplicaciones en tiempo real, como el control de procesos industriales.

Una red que no tiene el problema de colisiones podría ser una red en anillo, corno veremos más adelante. Sin embargo, la topología física en anillo tiene desventajas importantes cuando el ámbito de la red es más amplio: es más fácil cablear un edificio con segmentos de cable longitudinales que con líneas circulares.

Estas razones pusieron en marcha que la IEEE pensara en un nuevo estándar que aglutinara las ventajas físicas de una red en bus con las lógicas de una red en anillo. El resultado fue el estándar IEEE 802.4, que define una red en bus por paso de testigo. El testigo no es más que una trama de control que informa del permiso que tiene una estación para usar los recursos de la red. Ninguna estación puede transmitir mientras no recibe el testigo que la habilita para hacerlo.

La red IEEE 802.4 está físicamente constituida como un bus, semejante al de la red IEEE 802.3, aunque desde el punto de vista lógico la red se organiza como si se tratase de un anillo. Cada estación tiene un número asociado por el que es identificada unívocamente. El testigo es generado por la estación con el número mayor cuando se pone en marcha la red. El testigo se pasa a la estación siguiente en orden descendente de numeración. Esta nueva estación recoge el testigo y se reserva el derecho de emisión. Cuando ha transmitido cuanto necesitaba, o si ha expirado un tiempo determinado, debe generar otro testigo con la dirección de la inmediatamente inferior. El proceso se repite para cada estación de la red. De este modo, todas las estaciones pueden transmitir periódicamente; se trata, por tanto, de un complejo sistema de multiplexación en el tiempo.

Evidentemente, el protocolo MAC de la IEEE 802.4 debe prever el modo en que las estaciones se incorporarán al anillo lógico cuando sean encendidas o, por el contrario, la manera en que se desconectarán, sin interrumpir por ello el procedimiento lógico de paso de testigo.

En la capa física, la red IEEE 802.4 utiliza cable coaxial de 75 ohmios por el que viajarán señales moduladas, es decir, IEEE 802.4 es una red en banda ancha que modula sus señales en el nivel físico. También se permite la utilización de repetidores con objeto de alargar la longitud de la red. Las velocidades de transferencia de datos que prevé esta norma están comprendidas entre 1,5 y 10 Mbps. Hay que hacer notar que aunque la estructura física de la IEEE 802.3 y de la IEEE 802.4 es semejante desde el punto de vista topológico, las normas son totalmente incompatibles desde el punto de vista físico: ni el medio de transmisión es el mismo, ni la codificación de las señales coinciden.

Estándar IEEE 802.5 (Token Ring)

Son muchos los tipos de anillos que se pueden construir, pero el más extendido es el recomendado por la norma IEEE 802.5 que propone una red en anillo con paso de testigo.

Desde el punto de vista del diseño, hay una serie de elementos que deben ser considerados. El primero de ellos es lo que llamaremos la «longitud de un bit» en el anillo. Al ser la topología física la de una estructura cerrada, sólo cabe un número finito de bits dentro del anillo simultáneamente.

Cada bit tarda un tiempo en recorrer el anillo, y después de conseguirlo tiene que ser drenado por la estación que lo generó. Así, en un anillo cuya velocidad de transferencia es de V bps se emitirá un bit cada 1/V segundos. Si consideramos que la velocidad de transmisión de las señales (la velocidad de la luz en el medio de transmisión) es "c", entonces cuando una estación termine de transmitir un bit, el punto inicial de ese mismo bit habrá viajado c/V metros.

Si a estas cantidades les damos valores típicos tendríamos magnitudes del siguiente orden: V=16 Mbps y 3*108 m/s. Entonces, cada bit que viaja en la red ocuparía 18,75 metros. Si la longitud de la red fuera de 1 km en un anillo cabrían sólo 53 bits.

Operativa de funcionamiento:
El interface de cada estación recoge cada bit que circula por el anillo, lo analiza y lo pasa a una memoria interna o lo reescribe en el anillo para que sea enviado a la siguiente estación. Mientras posee el bit, tiene capacidad de analizarlo, de transformarlo, etc. Este proceso de copiado genera un retardo en la comunicación de, al menos, el tiempo que tarda en transmitirse un bit, lo que provoca que en el anillo quepan más bits que los que cabrían de modo natural por la longitud de su circunferencia.
En la red se dispone de un protocolo que hace que una estación genere un testigo libre, que no es más que una trama especial de control que arbitra quién es la estación que puede transmitir. Cuando una estación recibe este testigo, adquiere los derechos de transmisión, pone en el anillo la trama de datos que desea enviar y, a continuación, genera un nuevo testigo que pasa a la siguiente estación, de modo que se anulan las posibilidades de colisión, como ocurría en el caso de la red en bus por paso de testigo.
Es evidente que por ser el testigo la trama fundamental que controla el acceso al canal, el anillo debe poseer un retardo suficiente como para contener un testigo completo, que en el caso de la IEEE 802.5 ocupa 24 bits.
Cada estación tiene dos modos de funcionamiento. En el primer modo (de escucha) se produce una copia del bit que lee en cada momento y lo regenera en el otro lado del interface para reconducirlo a la siguiente estación. En el segundo modo (de transmisión), la estación recoge cada bit e inserta sus datos al otro lado del interface, convirtiendo lo que era un testigo en una trama de datos. Cuando la trama ha dado la vuelta completa al anillo, la estación que la transmitió drena cada uno de los bits que la componían hasta que ésta desaparece totalmente, momento en que genera un nuevo testigo para habilitar la posibilidad de comunicación en la siguiente estación del anillo.
En el protocolo IEEE 802.5 no se necesitan tramas de confirmación especiales. La trama tiene un bit que el receptor pone a uno cuando ha recibido correctamente la trama. Como esta trama llegará necesariamente al emisor, éste detectará, mediante un test a este bit, si la trama llegó o no correctamente al receptor.
En las redes IEEE 802.5 se utilizan cables de pares trenzados STP operando a 16 Mbps. Admite de 70 a 260 equipos por anillo, dependiendo del tipo de cable. Como en Ethernet, también aquí la codificación es del tipo Manchester diferencial, utilizando 3 voltios positivos para el valor alto de la señal y -4.5 voltios para el valor bajo de la misma. Para marcar el inicio y el final de la trama se utilizan códigos prohibidos de esta codificación Manchester.
MultiStation Access Unit (MAU)
El principal problema de las redes en anillo se produce con la ruptura del mismo; sin embargo este problema se puede solucionar con la utilización de la MAU.
La MAU es un concentrador de cableado sobre una red Token Ring que permite a dispositivos, típicamente de ocho a doce estaciones, conectarse a un anillo.
El anillo lógico se consigue con un cableado en estrella que tiene en su centro un elemento concentrador denominado MAU (Multistation Access Unit), que puede ser activo o pasivo; el cable recomendado es el STP acabado en el conector hermafrodita, aunque también admite el UTP con RJ4

Estándar FDDI

FDDI son las siglas de Fiber Optics Data Distributed Interface, es decir, Interface de datos distribuidos por fibras ópticas. FDDI se constituye como un doble anillo de fibra óptica que utiliza la técnica de paso de testigo para establecer la contienda de acceso entre las estaciones conectadas. Permite hasta 1.000 estaciones conectadas en anillos de longitudes hasta 200 km y una velocidad de transferencia de datos de 100 Mbps.

FDDI utiliza fibras ópticas multimodo para producir sus transmisiones, aunque aquí no entraremos a analizar los distintos tipos de fibras ópticas. La fuente de luz es un diodo LED, no es necesario que sea un láser, lo que abarata el producto y simplifica la tecnología. La tasa de error exigida por FDDI es realmente baja, debe estar por debajo 1 bit erróneo por cada 2,5 x 1010 bits transmitidos, lo que hace que estas redes sean muy veloces y fiables.

Los medios ópticos de transmisión en FDDI se configuran como un doble anillo de fibra. Cada anillo transmite información en un sentido único, pero diverso. Si alguno de los anillos se desactiva, el otro puede actuar como línea de retorno que garantiza que siempre habrá un anillo en funcionamiento

Capa física

Es la que se encarga de las conexiones físicas de la computadora hacia la red, tanto en lo que se refiere al medio físico como a la forma en la que se transmite la información.

Sus principales funciones se pueden resumir como:

§ Definir el medio o medios físicos por los que va a viajar la comunicación: cable de pares trenzados (o no, como en RS232/EIA232), coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica.

§ Definir las características materiales (componentes y conectores mecánicos) y eléctricas (niveles de tensión) que se van a usar en la transmisión de los datos por los medios físicos.

§ Definir las características funcionales de la interfaz (establecimiento, mantenimiento y liberación del enlace físico).

§ Transmitir el flujo de bits a través del medio.

§ Manejar las señales eléctricas del medio de transmisión, polos en un enchufe, etc.

§ Garantizar la conexión (aunque no la fiabilidad de dicha conexión)

Capa de enlace de datos

Esta capa se ocupa del direccionamiento físico, de la topología de la red, del acceso al medio, de la detección de errores, de la distribución ordenada de tramas y del control del flujo.

Por lo cual es uno de los aspectos mas importantes a revisar el momento de conectar 2 computadores ya que esta al usar la capa 1 y 3 como parte esencial para la creacion de sus protocolos básicos (MAC, IP),para regular la forma de la conexion entre computadoras asi determinando el paso de tramas (trama = unidad de medida de la informacion en esta capa, que no es mas que la segmentacion de de los datos trasladandolos asi por medio de paquetes), y verificando su integridad, corrigiendo errores por lo cual es importante mantener una excelente adecuación al medio físico (mas usado cable UTP o par trenzado o de 8 hilos), con el medio de red que redirecciona las conexiones mediante un router. Dadas estas situaciones cabe recalcar que el dispositivo que usa la capa de enlace es el Switch que se encarga de recibir los datos del router y enviar cada uno de estos a sus respectivos destinatarios (servidor -> computador cliente o algún otro dispositivo que reciba información como celulares, etc.), dada esta situación se determina como el medio que se encarga de la corrección de errores, manejo de tramas, protocolización de datos (se llaman protocolos a las reglas que debe seguir cualquier capa del modelol OSI).

Capa de red

Se encarga de identificar el enrutamiento existente entre una o más redes. Las unidades de información se denominan paquetes, y se pueden clasificar en protocolos enrutables y protocolos de enrutamiento.

§ Enrutables: viajan con los paquetes (IP, IPX, APPLETALK)

§ Enrutamiento: permiten seleccionar las rutas (RIP,IGRP,EIGP,OSPF,BGP)

El objetivo de la capa de red es hacer que los datos lleguen desde el origen al destino, aún cuando ambos no estén conectados directamente. Los dispositivos que facilitan tal tarea se denominan encaminadores, aunque es más frecuente encontrarlo con el nombre en inglés routers. Los routers trabajan en esta capa, aunque pueden actuar como switch de nivel 2 en determinados casos, dependiendo de la función que se le asigne. Los firewalls actúan sobre esta capa principalmente, para descartar direcciones de máquinas.

En este nivel se realiza el direccionamiento lógico y la determinación de la ruta de los datos hasta su receptor final.

Capa de transporte

Capa encargada de efectuar el transporte de los datos (que se encuentran dentro del paquete) de la máquina origen a la de destino, independizándolo del tipo de red física que se esté utilizando. La PDU de la capa 4 se llama Segmento o Datagrama, dependiendo de si corresponde a TCP o UDP. Sus protocolos son TCP y UDP; el primero orientado a conexión y el otro sin conexión. Trabajan, por lo tanto, con puertos lógicos y junto con la capa red dan forma a los conocidos como Sockets IP:Puerto (191.16.200.54:80).

Capa de sesión

Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos computadores que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. En muchos casos, los servicios de la capa de sesión son parcial o totalmente prescindibles.

Capa de presentación

El objetivo es encargarse de la representación de la información, de manera que aunque distintos equipos puedan tener diferentes representaciones internas de caracteres los datos lleguen de manera reconocible.

Esta capa es la primera en trabajar más el contenido de la comunicación que el cómo se establece la misma. En ella se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos, ya que distintas computadoras pueden tener diferentes formas de manejarlas.

Esta capa también permite cifrar los datos y comprimirlos. Por lo tanto, podría decirse que esta capa actúa como un traductor.

Capa de aplicación

Ofrece a las aplicaciones la posibilidad de acceder a los servicios de las demás capas y define los protocolos que utilizan las aplicaciones para intercambiar datos, como correo electrónico (Post Office Protocol y SMTP), gestores de bases de datos y servidor de ficheros (FTP), por UDP pueden viajar (DNS y Routing Information Protocol). Hay tantos protocolos como aplicaciones distintas y puesto que continuamente se desarrollan nuevas aplicaciones el número de protocolos crece sin parar.

Cabe aclarar que el usuario normalmente no interactúa directamente con el nivel de aplicación. Suele interactuar con programas que a su vez interactúan con el nivel de aplicación pero ocultando la complejidad subyacente.