Camada de enlace
Objetivos
Esperamos que, ao final desta aula, você seja capaz de:
entender como a camada de enlace de dados fornece um tráfego con- •
fiável de dados em uma conexão física;
funcionamento dos endereços Media Access Control (MAC). •
Pré-requisitos
Ser capaz de identificar as funções de rede que ocorrem na camada física do modelo de referência OSI estudadas na aula anterior. Essa identificação fará com que você possa compreender como a camada de enlace fornece o tráfego confiável para os dados por meio da camada física.
introdução
No processo de comunicação dentro de uma rede, todos os dados (sinal) enviados por um dispositivo de rede procedem de uma origem (emissor) e se encaminham (meio) para um destino (receptor).
A camada física trata relativamente dos meios, sinais, fluxo de bits que trafe- gam pelos meios, componentes que colocam sinais nos meios e ainda das diver- sas topologias. Ela executa um papel-chave na comunicação entre computadores, mas os seus esforços, sozinhos, não são suficientes. Cada uma de suas funções tem suas limitações. A camada de enlace trata dessas limitações (ODOM, 2002).
Nesta aula, você aprenderá como a camada de enlace fornece um trân- sito de dados confiável por meio de um link físico usando o endereço Media Access Control (MAC).
4.1 Link de dados
Segundo Odom (2002), a camada de enlace pega os pacotes de dados recebidos da camada de rede e os transforma em quadros que serão trafegados pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle e os dados em si.
O autor acrescenta que, para cada limitação encontrada na camada fí- sica, a camada de enlace oferece uma solução. Vejamos alguns exemplos.
• A camada física não pode se comunicar com as camadas de nível supe- rior; a camada de enlace faz isso por meio do Logical Link Control (LLC). A camada física não pode nomear ou identificar computadores; a ca- •
mada de enlace usa um processo de endereçamento (ou nomeação). A camada física pode descrever somente os fluxos de
• bits; a camada
de enlace usa o enquadramento para organizar ou agrupar os bits. A camada física não pode decidir que computador irá transmitir os •
dados binários de um grupo em que todos tentam transmitir ao mesmo tempo. A camada de enlace usa um sistema chamado Media Access Control (MAC).
O objetivo básico da camada de enlace é assegurar a troca confiável de dados entre dispositivos conectados diretamente por um meio físico. Contu- do existe um problema, o meio físico está freqüentemente sujeito a ruídos e às interferências das mais diversas, necessitando, dessa forma, que funções mais inteligentes venham a preencher suas limitações (ODOM, 2002).
4.2 funções da camada de enlace
Conforme Tanenbaum (2004), a camada de enlace envolve as seguintes funções:
ativação e desativação do enlace de dados; •
supervisão e recuperação em caso de anormalidades; •
sincronização; •
segmentação e delimitação das unidades de dados; •
controle de erros e seqüenciamento das unidades de dados; •
controle de fluxo. •
A função de ativação e desativação de enlaces de dados constitui normal- mente protocolos que estabelecem uma conexão para a transferência de dados. A escolha de uma conexão física segura e com taxa de erros aceitável para todas as conexões de rede que a utilizarão é a condição de sucesso desse protocolo. Em certos ambientes, isso pode implicar em estabelecer uma conexão de link de dados a cada conexão de rede, em outros não.
As funções de sincronização, delimitação das unidades de sinal, controle de erros e seqüenciamento são características da camada de enlace de dados (TANENBAUM, 2004).
4.3 Endereçamento mAC
Cada computador, conectado ou não a uma rede de computadores, tem um endereço físico. Esse endereço físico nunca é igual a outro. Ele é chama- do de endereço Media Access Control, ou endereço MAC, como é mais
conhecido. O endereço MAC está localizado na placa de rede que cada computador ou dispositivo de rede tem (ODOM, 2002).
Odom (2002) informa que, antes de sair da fábrica, o fabricante do hardware atribui um endereço físico a cada placa de rede. Esse endereço é
Figura 1 - Placa de Rede
programado em um chip na placa de rede. Se ela for trocada, o endereço físico da estação mudará para o novo endereço MAC.
Os endereços MAC são gravados usando-se números hexadecimais (base 16). Há dois formatos para os endereços MAC: 0000.0c12.3456 ou 00-00- 0c-12-34-56.
Pensando sobre o assunto
O hexadecimal é um sistema numérico de base 16 usado para
representar endereços MAC. Ele é chamado de base 16 porque usa dezesseis símbolos. As combinações desses símbolos podem, assim, representar todos os números possíveis. Como há somente dez símbolos que representam dígitos (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) e a base 16 requer mais seis símbolos, os símbolos extras são as letras A, B, C, D, E e F.
4.3.1 funcionamento do endereço mAC
Quando um dispositivo de rede deseja enviar dados para outro, ele pode abrir um caminho de comunicação com o outro dispositivo usando o seu endereço MAC.
Quando uma origem envia dados em uma rede, eles carregam o endere- ço MAC do destino pretendido. Como esses dados trafegam pelos meios físi- cos de rede, a placa de cada dispositivo (computador, por exemplo) verifica se o seu endereço MAC corresponde ao destino físico carregado pelo pacote de dados Se não corresponder, a placa de rede descarta o pacote. Se houver correspondência, ela ignora o pacote e permite que ele continue sua viagem pela rede até a estação seguinte (ODOM, 2002).
À medida que os dados trafegam pela camada física, a placa de rede faz a verificação em cada dispositivo do endereço de destino no cabeça- lho do pacote para determinar se ele está endereçado adequadamente. Quando os dados passam pela sua estação de destino, a placa dessa esta- ção faz uma cópia, retira os dados do envelope e os passa ao computador (ODOM, 2002).
Segundo Tanenbaum (2004), as placas de rede executam funções importantes da camada de enlace. Vamos examiná-las?
O controle de
• link lógico que se comunica com as camadas superiores no computador.
A nomeação dos pacotes que fornece um identificador exclusivo de •
endereço MAC.
O enquadramento dos dados que é parte do processo de encapsula- •
mento, empacotando os bits para transporte. O
• Media Access Control (MAC) que fornece acesso estruturado aos meios de acesso compartilhados.
A sinalização do tráfego dentro do meio físico que cria sinais e faz •
interface com os meios, usando transceivers embutidos.
Uma parte importante do encapsulamento e do desencapsulamento é a adição de endereços MAC de origem e de destino. As informações não po- dem ser enviadas ou entregues corretamente em uma rede sem esses ende- reços. Eles são vitais para o funcionamento de uma rede de computadores. Fornecem uma forma dos computadores se identificarem. Eles dão aos hosts um nome exclusivo e permanente (TANENBAUM, 2004).
Pensando sobre o assunto
Você pode pensar que, já que cada placa de rede tem um endereço MAC diferente, os números irão acabar, uma vez que existem tantos computadores no mundo. Mas o número de endereços possíveis não vai se esgotar tão cedo, já que há 1612, ou seja, mais de 2 trilhões de endereços MAC possíveis.
4.3.2 Enquadramento
Para Odom (2002), o enquadramento ajuda a obter as informações es- senciais que não poderiam, de outra forma, ser obtidas apenas com fluxos de bit codificados. Alguns exemplos dessas informações são:
que computadores estão se comunicando entre si
• ;
quando a comunicação entre computadores individuais começa e •
um registro dos erros que ocorreram durante a comunicação
• ;
de quem é a vez de "falar" em uma "conversa" entre computadores
• .
Uma vez que você tenha uma forma de nomear os computadores, pode passar para o enquadramento, que é a próxima etapa. O enquadramento é o processo de encapsulamento da camada de enlace. Um quadro é a unidade de dados do protocolo dessa camada (ODOM, 2002).
Pensando sobre o assunto
Os filmes e a TV funcionam projetando uma série de quadros ou imagens paradas, a uma taxa de 25 quadros por segundo para os filmes e 30 quadros por segundo para imagens de televisão. Por causa do movimento rápido de cada quadro, seus olhos vêem um movimento contínuo ao invés de quadros isolados. Esses quadros carregam informações visuais em pedaços, mas todos juntos criam a imagem em movimento.
Segundo Odom (2002), há tipos diferentes de quadros descritos por diver- sos padrões. Um único quadro genérico tem uma seção chamada de campos e cada campo é composto de bytes. Os nomes dos campos são os seguintes:
campo de início de quadro
• : é responsável por anunciar aos demais
computadores que um computador deseja transmitir informações na rede;
campo de endereço
• : contém informações de identificação, como
o endereço MAC do computador de origem e o endereço MAC do computador de destino;
campo de comprimento/tipo:
• especifica o comprimento exato de
um quadro. Alguns têm um campo de tipo, que especifica que o proto- colo da camada 3 está fazendo o pedido de envio;
campo de dados
• : contém verdadeiramente os dados que você de-
seja que cheguem ao computador de destino, juntamente com alguns bytes de controle e preenchimento do tamanho padrão do campo; campo de seqüência de verificação de quadro
• (Frame Check
Sequence ou FCS): contém um número calculado pelo computador de origem que é baseado nos dados do quadro. Quando o computador
de destino receber o quadro, ele calculará novamente o número FCS e o comparará ao número FCS do quadro. Se os dois números forem diferentes, conclui-se que há um erro, o quadro será ignorado e a re- transmissão será solicitada à origem;
campo de parada de quadro
• : tamanho do campo implica o fim
do quadro e o quadro é considerado concluído depois do FCS. Como você pôde observar, nesta aula, o objetivo básico da camada de enlace é o de garantir a troca confiável de informações entre dispositivos conectados diretamente por um meio físico e que, apesar do meio físico estar freqüentemente sujeito a ruídos e às interferências das mais diversas, as suas funções têm o papel de preencher essas limitações.
síntese da aula
Nesta aula, você conheceu mais uma das camadas do modelo de refe- rência OSI, a camada de enlace, que também é chamada de camada de link de dados. Essa camada pega os pacotes de dados recebidos da camada de rede e os transforma em quadros que serão trafegados pela rede, adicionan- do informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle e os dados em si.
O quadro criado pela camada de enlace é enviado para a camada física, que converte esse quadro em sinais elétricos para serem enviados por meio do cabo da rede. Quando o receptor recebe um quadro, a sua camada link de dados confere se o dado chegou íntegro. Se os dados es- tiverem corretos, ele enviará uma confirmação de recebimento. Caso essa confirmação não seja recebida, a camada link de dados do transmissor reenvia o quadro, já que ele não chegou até o receptor ou então chegou com os dados corrompidos.
As placas de rede executam funções muito importantes na camada de enlace, tais como: controle de link lógico que serve para se comunicar com as camadas superiores no computador; a nomeação dos pacotes que fornece um identificador exclusivo de endereço MAC; o enquadramento dos dados que é parte do processo de encapsulamento, empacotando os bits para que sejam transportados na rede; o Media Access Control (MAC) que fornece acesso estruturado aos meios de acesso compartilhados; e a sinalização do tráfego dentro do meio físico, que cria sinais e faz interface com os meios.
Atividades
1. Leia atentamente as afirmativas a seguir sobre a camada de enlace e iden-
tifique a alternativa incorreta.
a) A camada do enlace transforma os pacotes de dados em quadros, adi- cionando informações como o endereço da placa de rede de origem e destino, dados de controle e os dados em si.
b) A camada física descreve somente os fluxos de bits, enquanto a camada de enlace usa o enquadramento para organizar ou agrupar os bits. c) A camada de enlace envolve as funções de ativação e desativação do enlace
de dados, a supervisão e recuperação em caso de anormalidades, a de sin- cronização, a segmentação e delimitação das unidades de dados, o controle de erros e seqüenciamento das unidades de dados e o controle de fluxo. d) A camada de enlace não assegura a troca confiável de dados entre
dispositivos conectados diretamente por um meio físico.
2. Leia atentamente as seguintes afirmações.
I. Cada computador tem um endereço físico chamado de Media Access Control (MAC). Esse endereço físico nunca é igual a outro. O endereço MAC está lo- calizado na placa de rede que cada computador ou dispositivo de rede tem. II. Os endereços MAC são gravados em um chip nas placas de rede usan- do-se números hexadecimais (base 16), em um dos dois formatos para os endereços MAC que são 0000.0c12.3456 ou 00-00-0c-12-34-56. III. As placas de rede executam funções importantes da camada de enlace
como o controle de link lógico que se comunica com as camadas supe- riores no computador.
IV. Na função de encapsulamento e do desencapsulamento, é realizada a adição de endereços MAC de origem e de destino para acelerar o envio do pacote. Contudo esse processo não é tão importante, visto que as informações podem ser enviadas ou entregues corretamente em uma rede sem esses endereços. Assinale a alternativa correta.
a) Somente I e II estão corretas. b) I, II e III estão corretas. c) I, III e IV estão incorretas.
d) Todas as afirmativas são verdadeiras.
3. O enquadramento ajuda a obter as informações essenciais que não pode-
riam, de outra forma, ser obtidas apenas com fluxos de bit codificados. Dentro desse esquema de quadros, existem campos com finalidades específicas. Des- creva em poucas palavras a finalidade de cada campo.
4. Cite algumas funcionalidades da camada de enlace que resolvem proble-
mas presentes na camada física, que freqüentemente está sujeita a ruídos e às interferências das mais diversas.
Comentário das atividades
Na atividade 1, a opção incorreta é (d), porque uma das funções mais importantes da camada de enlace é garantir a troca de pacotes do modo mais seguro possível. Na a atividade 2, a resposta correta é a alternativa
(b). A afirmativa IV está incorreta, porque a função de encapsulamento e
desencapsulamento é uma parte muito importante, ela adiciona ao pacote os endereços MAC de origem e destino. Sem eles, as informações não po- dem ser enviadas ou mesmo entregues corretamente em uma rede. Se você acertou as repostas, parabéns! O acerto significa que você compreendeu o funcionamento da camada de enlace.
Na atividade 3, você deve ter revisado o conteúdo do item 4.3.2 desta aula. Identificou atentamente a função de cada campo do quadro de transmis- são de informações, observou sua relação com os demais campos presentes. Para responder a atividade 4, você deve ter revisado o conteúdo da aula 3 sobre o funcionamento da camada física. Observou as limitações dessa ca- mada e realizou uma comparação com as funcionalidades descritas no item 4.2 desta aula. Com mais essa atividade você conseguiu atingir o objetivo de entendimento sobre as funções da camada de enlace.
referências
MUSEU DO COMPUTADOR. Placa de rede. Disponível em: <http://www. museudocomputador.com.br/imagens/enciclo/rede1-g.jpg>. Acesso em: 10 set. 2007.
ODOM, Wendell. Cisco CCNA: Guia de certificação do exame CCNA. Rio de Janeiro: Alta Books, 2002.
TANENBAUM, Andrew. S. Redes de computadores. 4. ed. Rio de Janei- ro: Campus: Elsevier, 2004.
Anotações
na próxima aula
Você começará a entender como o roteamento e o endereçamento ope- ram na camada de rede (camada 3), conhecerá as funções da camada de transporte (camada 4) do modelo OSI. Até a próxima!