Pugem un graó en el model OSI: la capa 2 o capa d'enllaç de dades. Si la capa física lliura un doll de bits "en brut", la capa d'enllaç és la que hi posa ordre: agrupa els bits en trames, els assigna remitent i destinatari dins de la xarxa local, decideix qui pot transmetre en cada moment i detecta quan una trama ha arribat corrupta. Al mòdul 2 (lliçó 02-02) ja vas treballar amb els seus protagonistes —la trama Ethernet, les adreces MAC, ARP i la taula del switch—, així que aquí no repetirem aquell detall: mirarem la capa 2 des del model OSI, entenent els seus serveis com a capa, les seves dues subcapes internes (LLC i MAC), i afegint una peça nova d'una enorme importància pràctica: les VLAN. Aquesta capa és el teu territori sempre que el problema sigui "dins de l'oficina": entre un equip i el seu switch, o entre equips de la mateixa xarxa local.

1. La funció de la capa d'enllaç dins del model
2. Els quatre serveis de la capa 2
3. Les dues subcapes: LLC i MAC
4. El switch, dispositiu de capa 2 per excel·lència
5. VLAN: xarxes lògiques sobre un mateix switch
6. El domini de difusió, revisitat des d'OSI

El contracte de la capa 2 amb les seves veïnes és el següent:

• Què rep de dalt (capa 3): un paquet que cal lliurar al salt següent dins de la xarxa local — sigui el destinatari final (el servidor .10, si és a la mateixa xarxa) o el router que traurà el paquet cap a una altra xarxa.
• Quin servei ofereix a la capa 3: lliurament del paquet al node veí correcte, amb els errors de transmissió detectats i les trames corruptes descartades.
• Què fa servir de baix (capa 1): la transmissió de bits pel medi, amb les seves imperfeccions.
• La seva PDU: la trama. Les seves adreces: les MAC.

La paraula clau és local. La capa d'enllaç només veu un enllaç: un tram entre nodes directament connectats (el PC de la Marta i el seu switch, el switch i el router). No sap res de xarxes remotes: quan el ping de la Marta va viatjar fins a Bilbao a 02-03, el paquet IP va ser el mateix d'extrem a extrem, però la trama es va destruir i es va reconstruir a cada salt. La trama és el sobre de repartiment de l'últim tram; el paquet és la carta que viatja sencera. Aquest repartiment —capa 2 local, capa 3 extrem a extrem— és una de les divisions més importants de tot el model OSI.

Vist com a capa del model, l'enllaç de dades ofereix quatre serveis. Els dos primers et sonaran de 02-02; ara els enunciem amb el seu nom formal:

Convertir el doll continu de bits de la capa 1 en unitats amb principi i final: les trames. Cada trama porta un delimitador d'inici, capçalera, càrrega útil i cua, de manera que el receptor sàpiga exactament on comença i acaba cada unitat. Sense entramat, els bits rebuts serien ininterpretables — com un text sense espais ni puntuació. L'estructura concreta de la trama Ethernet ja la vam desglossar a 02-02.

Cada trama porta la MAC d'origen i de destinació, cosa que permet que, en un medi on hi ha molts nodes (tots els equips de València pengen del mateix switch), cada trama arribi només a qui cal. Recorda de 02-02 que la traducció "tinc una IP destinació, necessito la seva MAC" la fa ARP, i que pots veure la memòria cau del teu equip amb arp -a. Des de la perspectiva OSI, ARP és el «ciment» entre l'adreçament lògic de la capa 3 i el físic de la capa 2.

Quan diversos nodes comparteixen un medi, algú ha d'arbitrar els torns de transmissió. Són els mecanismes CSMA/CD (Ethernet clàssic amb hubs) i CSMA/CA (Wi-Fi) que vam veure a 02-02: escoltar abans de parlar i gestionar les col·lisions. A l'Ethernet commutat modern de Meridiano les col·lisions han desaparegut (cada equip té el seu cable dedicat al switch), però al Wi-Fi de l'oficina l'arbitratge segueix plenament vigent: l'aire és un medi compartit i el punt d'accés i els portàtils es reparteixen els torns amb CSMA/CA.

Aquest servei mereix aturar-s'hi, perquè tanca el serrell pendent de la lliçó anterior: la capa 1 lliura els bits tal com arriben, inclosos els corromputs per soroll o atenuació. La capa 2 els detecta així:

• L'emissor calcula un valor matemàtic a partir de tots els bits de la trama —un CRC (comprovació de redundància cíclica)— i l'escriu a la cua de la trama, al camp FCS (Frame Check Sequence).
• El receptor refà el mateix càlcul sobre els bits rebuts i el compara amb l'FCS que va arribar.
• Si no coincideixen, algun bit va canviar pel camí: la trama es descarta silenciosament.

Conceptualment, el CRC és com el dígit de control d'un número de compte bancari o d'un DNI: un valor derivat del contingut que delata gairebé qualsevol alteració. Dos matisos importants:

• És detecció, no correcció: la capa 2 llença la trama corrupta, però no l'arregla ni en demana el reenviament. Recuperar les dades perdudes, si cal, és feina de capes superiors (TCP, capa 4, amb les seves retransmissions — mòdul 02-04).
• Els comptadors de "CRC errors" d'un switch són or per al diagnòstic: un port que acumula errors de CRC delata gairebé sempre un problema de capa 1 (cable malmès, connector brut, interferències). Si el cable avariat de la sala de reunions de València hagués estat gairebé bé en comptes de tallat, el símptoma hauria estat exactament aquest: xarxa lenta i intermitent i errors de CRC creixent al port 24.

L'estàndard divideix internament la capa 2 en dues subcapes. És un detall clàssic d'examen i ajuda a entendre el disseny:

La idea de fons: la subcapa MAC és diferent per a Ethernet i per a Wi-Fi (medis diferents, regles d'accés diferents), però la subcapa LLC presenta a la capa 3 la mateixa cara en tots dos casos. Gràcies a això, IP no necessita saber si va sobre cable o sobre ràdio: quan el portàtil de l'Ana passa del cable de la seva taula al Wi-Fi de la sala de reunions, canvia la subcapa MAC, però IP ni se n'assabenta. D'aquí ve, per cert, el nom "adreça MAC": és l'adreça de la subcapa MAC.

Si el router és el dispositiu emblema de la capa 3, el switch ho és de la capa 2. El seu funcionament ja el vas estudiar a 02-02, així que només el situem al mapa OSI: el switch rep la trama (pujant per les capes 1 i 2), llegeix la MAC de destinació, consulta la seva taula MAC (que construeix aprenent les MAC d'origen que veu per cada port) i reenvia la trama únicament pel port correcte; si no coneix la destinació, la difon per tots. Aquí s'atura: no mira la IP ni els ports TCP — això seria pujar a capes 3 i 4, que no són cosa seva.

Aquesta posició a la capa 2 explica les seves virtuts davant del hub que vam enterrar a la lliçó anterior: en entendre adreces MAC pot commutar cada trama només cap a la seva destinació, eliminant col·lisions i donant a cada port la seva amplada de banda completa. El punt d'accés Wi-Fi de València és també, essencialment, un dispositiu de capa 2: un "switch sense fil" que fa de pont entre l'aire i el cable.

Al catàleg veuràs també "switches de capa 3": equips que a més saben encaminar entre xarxes. Que no et confonguin: són un híbrid (switch + router en una caixa) habitual en empreses grans; el de Meridiano és un switch de capa 2 clàssic.

I ara, la novetat important d'aquesta lliçó. Plantegem el problema amb un cas real de Meridiano:

El cas: Grupo Meridiano rep visites de clients a l'oficina de València, i els ofereix Wi-Fi. Però hi ha un problema seriós: qualsevol dispositiu connectat a la xarxa 192.168.10.0/24 està "dins" — pot intentar accedir al servidor de fitxers .10, veure els altres equips i rebre totes les difusions. La direcció vol que el portàtil personal d'un visitant convisqui a la mateixa xarxa local que el servidor amb les dades dels clients? És clar que no.

La solució ingènua: comprar un segon switch, un segon punt d'accés i cablar una xarxa física separada per a convidats. Funciona, però duplica maquinari, cablatge i manteniment per donar servei a tres visites per setmana.

La solució de capa 2: les VLAN (Virtual LANs, xarxes locals virtuals). Una VLAN permet dividir un mateix switch físic en diversos switches lògics: s'assigna cada port a una VLAN, i el switch es comporta com si els ports de VLAN diferents fossin en aparells separats i sense cap connexió entre si.

Punts clau del concepte (ens quedem en el que és conceptual; la configuració detallada excedeix aquest curs):

• La separació és total a nivell de capa 2: ni trames adreçades ni difusions creuen d'una VLAN a l'altra. El portàtil del visitant no pot ni "veure" el servidor .10, encara que estigui endollat al mateix aparell físic.
• Cada VLAN és la seva pròpia xarxa lògica i normalment porta el seu propi rang IP (la corporativa continuaria a 192.168.10.0/24; la de convidats faria servir un altre rang amb sortida només a Internet).
• Si alguna cosa ha de creuar entre VLAN, cal un dispositiu de capa 3 (el router): passar d'una VLAN a una altra és, a tots els efectes, passar d'una xarxa a una altra. Això reforça la frontera OSI: el switch separa (capa 2), el router comunica xarxes (capa 3).
• Quan diverses VLAN han de viatjar per un mateix cable (per exemple, del switch al punt d'accés que emet el Wi-Fi corporatiu i el de convidats), les trames es marquen amb una etiqueta que indica la seva VLAN (estàndard 802.1Q); així els dispositius saben a quina xarxa lògica pertany cada trama. Queda't amb la idea de l'etiqueta; el detall de l'estàndard no cal ara.

Les VLAN són omnipresents en xarxes d'empresa: separar departaments, aïllar la telefonia IP, les càmeres de seguretat o els convidats, tot sobre el mateix maquinari. Per a Meridiano, la proposta tècnica queda: VLAN 10 corporativa i VLAN 20 de convidats sobre el switch i el punt d'accés existents, i el router controlant (i restringint) qualsevol pas entre totes dues.

A 02-02 vam definir el domini de difusió: el conjunt d'equips que reben una trama enviada a la MAC de difusió (FF:FF:FF:FF:FF:FF), com les peticions ARP o el descobriment DHCP. Ara podem enunciar-ho amb precisió OSI:

• Un switch (capa 2) NO separa dominis de difusió: reenvia les difusions per tots els seus ports... de la mateixa VLAN.
• Un router (capa 3) SÍ que els separa: les difusions no travessen la capa 3. València i Bilbao són dos dominis de difusió diferents; un ARP llançat per la Marta no arriba mai a Bilbao.
• Cada VLAN és un domini de difusió propi: aquesta és la novetat. Amb les VLAN 10 i 20 configurades, el switch de València conté dos dominis de difusió sobre un sol aparell. Les tempestes de difusió, els ARP i els DHCP dels convidats es queden a la seva VLAN.

Aquesta taula condensa mig mòdul: memoritza-la entenent-la, perquè és pregunta segura en qualsevol certificació i, més important, és la que et diu quin aparell necessites per a cada problema de disseny.

• Pensar que la trama viatja d'extrem a extrem. No: la trama viu un sol salt; a cada router es desencapsula i se'n crea una de nova per al tram següent. El que persisteix d'extrem a extrem és el paquet IP (capa 3). Confondre això arruïna qualsevol raonament de diagnòstic.
• Creure que l'FCS corregeix errors o provoca reenviaments. Només detecta i descarta. Si ningú no retransmet per sobre (UDP, per exemple), aquestes dades es perden sense més.
• Atribuir al switch intel·ligència de capa 3. Un switch estàndard no entén d'IP: si un equip té malament la màscara o el gateway, el switch continuarà lliurant les seves trames feliçment; el problema serà una capa més amunt.
• Pensar que una VLAN és "més o menys" una separació. La separació de capa 2 és absoluta: sense un router pel mig, dues VLAN no es comuniquen en absolut. És precisament el seu valor com a mesura de seguretat.
• Oblidar que el Wi-Fi també és capa 2 (i 1). El punt d'accés participa del mateix domini de difusió que el cable al qual es connecta (llevat de VLAN); els problemes d'associació Wi-Fi són problemes de capes 1-2, no d'IP.
• Consell: davant d'una xarxa local "lenta i intermitent", demana els comptadors d'errors CRC dels ports del switch. És el pont perfecte entre el diagnòstic de capa 2 i la causa de capa 1.

Exercici 1. Assigna cada tasca a un dels quatre serveis de la capa d'enllaç (entramat, adreçament físic, control d'accés al medi, detecció d'errors): (a) el portàtil de l'Ana espera que el canal Wi-Fi quedi lliure abans de transmetre; (b) el servidor .10 descarta una trama l'FCS de la qual no quadra; (c) el switch llegeix AA:BB:CC:11:22:33 com a destinació d'una trama; (d) la targeta de xarxa localitza el delimitador d'inici per saber on comença la trama.

Exercici 2. Després de configurar les VLAN 10 (corporativa) i 20 (convidats) al switch de València, un visitant connectat al Wi-Fi de convidats intenta: (a) fer ping al servidor 192.168.10.10, (b) navegar per Internet, (c) rebre IP per DHCP. Raona què passa amb cada intent i quin dispositiu hauria d'intervenir perquè (a) fos possible si algun dia calgués.

Exercici 3. El port 7 del switch de València (el de la Marta) acumula milers d'errors de CRC des d'ahir, i la Marta nota la xarxa lentíssima. (a) A quina capa OSI actua la detecció que genera aquests comptadors? (b) A quina capa és gairebé segur la causa? (c) Proposa dues comprovacions concretes. (d) Per què la navegació de la Marta "funciona però lenta" en comptes de fallar del tot? (Pista: pensa en quina capa retransmet.)

Solució 1. (a) Control d'accés al medi (CSMA/CA en Wi-Fi). (b) Detecció d'errors (comprovació FCS/CRC). (c) Adreçament físic (MAC destinació per commutar). (d) Entramat (delimitar on comença i acaba la trama).

Solució 2. (a) Falla: el ping requeriria que la trama creués de la VLAN 20 a la 10, i la separació de capa 2 és total; l'equip del visitant ni tan sols resol per ARP la MAC del servidor. (b) Funciona, si la VLAN 20 té sortida cap al router i aquest dona accés a Internet: navegar no requereix tocar la VLAN corporativa. (c) Funciona, sempre que existeixi un servei DHCP per a la VLAN 20 (recorda que DHCP fa servir difusions i aquestes no surten de la seva VLAN, així que el servei ha de ser present en aquesta VLAN o el router les ha de reenviar). Perquè (a) fos possible, hauria d'intervenir el router (capa 3): només un dispositiu de capa 3 comunica VLAN, i permetria aplicar regles (per exemple, permetre només un servei concret).

Solució 3. (a) La detecció és un servei de capa 2: l'FCS de les trames es comprova en rebre-les i les fallades es compten per port. (b) La causa és gairebé amb seguretat de capa 1: cable malmès, connector defectuós, interferència — alguna cosa corromp bits al medi. (c) Comprovacions: substituir el latiguillo de la Marta per un de conegut bo; provar la roseta/tram fix amb un comprovador o connectar la Marta a una altra roseta i veure si els errors continuen; revisar si alguna cosa va canviar ahir (obres, un cable pinçat). (d) Funciona lenta perquè TCP (capa 4) retransmet els segments les trames dels quals es van descartar: les dades acaben arribant, però cada pèrdua costa temps. És el model OSI en acció: la capa 2 descarta, la capa 4 recupera, i l'usuari només percep lentitud.

La capa d'enllaç de dades converteix el doll de bits de la capa física en comunicació ordenada dins de la xarxa local: entrama les dades, les adreça amb MAC, arbitra l'accés al medi i detecta els errors amb l'FCS, descartant el que és corrupte i deixant la recuperació a les capes superiors. Per dins es divideix en LLC (cara uniforme cap a la capa 3) i MAC (el que és específic de cada medi). El seu dispositiu estrella és el switch, i amb les VLAN has après a partir un switch físic en diverses xarxes lògiques — cadascuna el seu propi domini de difusió —, resolent l'aïllament dels convidats de Meridiano sense comprar maquinari. Però la capa 2 té una frontera infranquejable: només coneix la seva xarxa local. Perquè el ping de la Marta arribi a Bilbao, per comunicar les VLAN 10 i 20, per triar camins entre xarxes, cal pujar un esglaó: adreces lògiques, routers i encaminament. És la capa de xarxa, i és la propera lliçó.