A Camada De Enlace

Introdução

A camada de enlace tem a função de fornecer serviços à camada rede. As principais funções dessa camada são:

• Arbitragem;

• Endereçamento;

• Identificação de conteúdo;

• Detecção de erros.

Ethernet

Atualmente a principal tecnologia da camada de enlace é a ethernet, ela está definida no padrão IEEE 802.3.

O nome ethernet se originou da soma de duas palavras éter (ether em inglês) e rede (net). O éter foi idealizado por cientistas antigos, após a descoberta de que a luz era uma onda eletromagnética, para explicar como a luz podia viajar pelo espaço. A teoria da propagação de ondas diz que uma onda necessita de um “meio” para se propagar. Com isso os cientistas idealizaram que o éter preenchia todo o espaço e dessa forma a luz podia viajar.

Baseado nessa idéia, os criadores da ethernet queria desenvolver um protocolo de comunicação onde vários hosts poderiam se comunicar através de um meio compartilhado qualquer sem que os dados de um host interfiram com os dados de outro host. Dessa forma fez-se necessário criar um controle de acesso ao meio.

Este foi o primeiro “draft” da ethernet:

Abaixo um diagrama “melhorado” do livro do Tanembaum.

O método de controle de acesso ao meio mais famoso da ethernet é o CSMA/CD (Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection ou Acesso Múltiplo com Sensoreamento de Portadora com Detecção de Colisão). Outro método de controle muito utilizado em tecnologias ethernet é o CSMA/CA (Collision Avoidance ou Prevenção de Colisão) que é muito utilizado em redes wireless devido ao pequenodetalhe de que em redes wireless você não tem como “ter certeza” de que alguém já está transmitindo!

Algoritmo CSMA/CD

O CSMA/CD foi idealizado para redes que utilizam barramento. As redes de barramento possuem a característica de que se um host transmite todos os outros hosts do barramento devem somente ouvir. Dessa forma há uma competição pelo meio (barramento). O algoritmo CSMA/CD visa controlar essa competição de forma a não impactar no desempenho da rede.

O algoritmo define que o host, antes de transmitir, deve ouvir o meio para constatar que ele não está em utilização. Após verificar se há ou não alguém transmitindo ele toma a decisão de aguardar ou seguir para o próximo passo. Esse algoritmo tem dois pontos muito importantes. O sub-algoritmo de colisão e a questão de ouvir durante a transmissão.

Quando o host está transmitindo ele ouve o meio para certificar-se que “o que está no meio é o que ele enviou”. Se por acaso houver uma colisão ele irá ouvir algo diferente do que ele transmitiu, detectando assim, uma colisão. “Mas como pode haver uma colisão se todos ouvem o meio antes de transmitir?”. A transmissão se propaga pelo meio com um certo retardo assim, a transmissão de um host na porta A de uma cabo pode levar um certo tempo para chegar na ponta B. Dessa forma se dois hosts distantes tentarem transmitir ao mesmo tempo, ou quase ao mesmo tempo, pode haver colisão.

O ponto mais interessante desse algoritmo é o sub-algoritmo de colisão. Esse sub-algoritmo define se esse será um algoritmo CSMA/CD ou CSMA/CA.

Em um algoritmo CSMA/CD esse sub-algoritmo ira gerar um sinal de JAM (de 32 bits) durante um certo. Esse sinal de JAM serve para avisar a todos os hosts desse barramento que houve uma colisão e que eles devem parar de transmitir. Os causadores da colisão, origem e destino, irão esperar um tempo aleatório definido pelo algoritmo de backoff. Após o tempo aleatório eles tentarão transmitir novamente.

Endereçamento MAC

Para permitir uma entrega local de quadros na Ethernet, foi criado um sistema de endereçamento, uma maneira exclusiva de identificação de computadores e interfaces. A Ethernet usa endereços MAC que têm 48 bits de comprimento e são expressos como doze dígitos hexadecimais. Ex: 00:0F:EA:28:36:6C

Os primeiros seis dígitos hexadecimais, que são administrados pelo IEEE, identificam o fabricante ou o fornecedor. Esta parte do endereço MAC é conhecida como OUI (Organizational Unique Identifier). Os seis dígitos hexadecimais restantes representam o número de série da interface ou outro valor administrado pelo fabricante do equipamento específico.

Os endereços MAC às vezes são conhecidos como burned-in addresses (BIA), porque são gravados na memória apenas de leitura (ROM) e são copiados na memória de acesso aleatório (RAM) quando a placa de rede é inicializada.

As placas de rede usam o endereço MAC para avaliar se a mensagem deve ser passada para as camadas superiores do modelo OSI. A placa de rede faz essa avaliação sem usar o tempo de processamento da CPU, proporcionando melhores tempos de comunicações na rede Ethernet.

Unicast, broadcast e multicast

O endereço MAC pode ser Unicast, Multicast e Broadcast. No caso de unicast o endereço MAC é conforme citado acima, composto por um OUI e o identificador.

O Multicast possui o bit menos significativo do byte mais significativo setado como um. Complicou?! Ok, tomamos o MAC de exemplo citado acima: 00:0F:EA:28:36:6C, ele é um endereço unicast. Vamos pegar o byte mais significativo: 00. Converte-lo para binário: 0000 0000. Qual o bit menos significativo?! O em negrito. Mas essa foi fácil ne?! Vamos pegar outro: 02:CF:1C:28:36:6C. Novamente o byte mais significativo: 02. Convertendo 0000 0010. Novamente um Unicast. “Então como seria um multicast?” Assim: 0000 0011. Convertendo para hexadecimal: 03:CF:1C:28:36:6C. “Perai, então eu vou ter que fazer isso toda vez pra descobrir se é multicast ou unicast??” Na verdade não! Pra quem está acostumado com números binário sabe a função do bit menos significativo que é tornar um número ímpar ou par. Dessa forma, se o byte mais