Las capas física y de enlace de datos

El modelo OSI comienza en la parte inferior, con los elementos más cercanos al hardware. La capa 1 es la capa física y la capa 2 es la capa de enlace de datos. Juntas, colocan bits sin procesar en un medio y los entregan de forma fiable al siguiente dispositivo de la misma red local. Estas dos capas son la base sobre la que se apoya todo lo demás, ya que convierten señales eléctricas o luminosas en tramas utilizables.

La capa física se ocupa de la transmisión real de bits en forma de señales. Incluye cables, conectores, niveles de voltaje, pulsos de luz y ondas de radio. Su única función es mover unos y ceros sin procesar a través de un medio; no entiende de direcciones ni de significado. Todo lo que se puede tocar físicamente, como un cable o un puerto, pertenece a la capa física.

En la capa 1, los datos son simplemente un flujo de bits codificados como señales físicas. En el cobre, los bits son cambios de voltaje; en la fibra, son pulsos de luz; en la Wi-Fi, son ondas de radio. La capa física define cómo se representan un 1 y un 0 para que ambos extremos estén de acuerdo. Si esto se hace mal, ninguna capa superior puede funcionar, porque los bits nunca llegan correctamente.

La capa de enlace de datos toma los bits sin procesar y los organiza en unidades estructuradas llamadas tramas, a las que añade direccionamiento local y comprobación de errores. Su función es entregar los datos de forma fiable entre dos dispositivos del mismo segmento de red local. Mientras que la capa 1 solo envía señales, la capa 2 proporciona estructura y un destino a esas señales, haciendo fiable la comunicación local.

Una trama es la unidad de la capa de enlace de datos. Envuelve los datos con una cabecera y una cola que incluyen las direcciones de hardware de origen y destino, así como un valor de comprobación de errores. La cabecera indica al siguiente dispositivo quién debe recibir la trama; la cola permite al receptor verificar que la trama llegó intacta. La trama es la forma en que la capa 2 empaqueta los bits para entregarlos localmente.

La capa 2 utiliza direcciones MAC (Media Access Control) para identificar dispositivos en una red local. Una dirección MAC es una dirección de hardware única grabada en un adaptador de red, escrita como seis pares de dígitos hexadecimales. A diferencia de las direcciones IP, las direcciones MAC son locales y están vinculadas al dispositivo físico. Los switches las utilizan para entregar las tramas al puerto correcto de una LAN.

La capa de enlace de datos comprueba si hay errores en cada trama mediante un valor de la cola llamado secuencia de comprobación de trama. El receptor la vuelve a calcular y la compara; si los valores difieren, la trama está dañada y se descarta. Esto detecta daños causados por ruido eléctrico o interferencias. La detección de errores en la capa 2 evita que los datos dañados contaminen silenciosamente las capas superiores.

La capa de enlace de datos se divide en dos partes: la subcapa MAC, que controla el acceso al medio y gestiona el direccionamiento de hardware, y la subcapa LLC (Logical Link Control), que gestiona la comunicación con la capa superior. Esta división permite que una misma interfaz superior funcione sobre muchas tecnologías físicas diferentes. La subcapa MAC es donde tienen lugar el direccionamiento de hardware y el acceso al medio.

Algunos dispositivos funcionan principalmente en estas capas. Los hubs y los cables básicos funcionan en la capa 1 y simplemente mueven señales. Los switches funcionan en la capa 2 y leen las direcciones MAC para reenviar las tramas al puerto correcto. Saber en qué capa funciona un dispositivo le indica qué puede hacer y qué no, algo fundamental al diseñar o reparar una red.

Las capas 1 y 2 gestionan la comunicación únicamente dentro de una misma red local. No pueden mover datos entre redes independientes, porque las direcciones MAC no están diseñadas para el enrutamiento global. Para pasar de una red a otra, necesita la capa 3 y direcciones IP. Este límite explica exactamente por qué existen las capas superiores y por qué un router, y no un switch, conecta redes diferentes.

La capa física envía bits sin procesar como señales a través de un medio, y la capa de enlace de datos empaqueta esos bits en tramas con direcciones MAC y comprobación de errores para entregarlos de forma fiable en la red local. Los hubs se sitúan en la capa 1 y los switches, en la capa 2. Juntas, estas capas inferiores convierten señales eléctricas o luminosas en una comunicación fiable entre dispositivos vecinos de la misma red.

¿Qué añade la capa de enlace de datos a los bits sin procesar de la capa física?

La capa física (capa 1) transmite bits sin procesar como señales a través de cables, fibra u ondas de radio. La capa de enlace de datos (capa 2) empaqueta los bits en tramas con direcciones MAC y una secuencia de comprobación de trama para detectar errores, lo que permite una entrega local fiable. La capa 2 tiene las subcapas MAC y LLC. Los hubs funcionan en la capa 1 y los switches, en la capa 2. Estas capas gestionan únicamente la comunicación local; para cruzar redes se necesita la capa 3.