Camada de Enlace de Dados: PDU, MAC, LLC e Protocolos

Sinopse: O PDU (Protocol Data Unit) da camada de enlace de dados. Notação de nó: dispositivos de rede Layer 2 conectados a um meio comum.

Mídia/Meio (física): Os meios físicos para transferir informações entre dois nós. É importante compreender o significado das palavras "meio" e "mídia" no contexto deste capítulo. Aqui, essas palavras se referem ao material que realmente leva os sinais representando os dados transmitidos. A mídia é o fio de cobre, fibra óptica ou ambiente físico através do qual o sinal viaja. Neste capítulo, não significa em termos de conteúdo de programação, tais como áudio, animação, televisão e vídeo, como usado em referência aos conteúdos digitais e multimídia.

Rede (física): Dois ou mais nós conectados a um meio comum. A camada de enlace é responsável por quadros de intercâmbio entre os nós em uma rede física. Uma rede de mídia física é diferente de uma rede lógica. As redes lógicas são definidas na camada de rede, definindo o esquema de endereçamento hierárquico. Redes físicas representam a interligação de dispositivos de mídia comuns. Às vezes, uma rede física também é chamada segmento de rede.

Logical Link Control (LLC): O Logical Link Control (LLC) coloca a informação no quadro que identifica a camada de rede, indicando qual protocolo está sendo usado por parcela. Esta informação permite que múltiplos protocolos da Camada 3, como IP e IPX, utilizem a mesma interface de rede e os mesmos meios.

Media Access Control (MAC): O Media Access Control (MAC) é responsável pela camada de enlace de dados de roteamento e delimitação de dados em conformidade com os requisitos da marcação do meio físico e do tipo de link de dados protocolo de camada em uso.

ISO: HDLC (controle de enlace de dados de alto nível)

IEEE: 802.2 (LLC) / 802.3 (Ethernet) / 802.5 (Token Ring) / 802.11 (Wireless LAN)

ITU: Q.922 (Frame Relay) / ISDN Q.921 (/ HDLC)

ANSI: ADCP 3T9.5

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection): No CSMA/CD, o dispositivo monitora a mídia para a presença de um sinal de dados. Se não houver um sinal de dados, o que indica que a mídia está livre, o dispositivo transmite os dados. Se sinais são detectados depois, mostrando que outro dispositivo estava transmitindo ao mesmo tempo, todos os dispositivos param de enviar e tentam mais tarde. As formas tradicionais de Ethernet usam este método.

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance): No CSMA/CA, o dispositivo analisa os meios para detectar a presença de um sinal de dados. Se a mídia está livre, o dispositivo envia uma notificação através da mídia, da sua intenção de uso. O dispositivo envia os dados. Este método é usado por 802.11 tecnologias de rede sem fio.

O objetivo da camada física é criar o sinal ótico, elétrico ou de microondas que representam os bits em cada quadro.

Codificação: A codificação é um método utilizado para converter um fluxo de bits de dados em um código pré-definido. Os códigos são os grupos de bits usados para oferecer um padrão previsível que possa reconhecer o remetente e o receptor. O uso de padrões previsíveis para distinguir os bits de dados a partir de bits de controle fornece uma melhor detecção de erro na mídia.

Sinalização: A camada física deve gerar sinais sem fio, óptico ou elétrico representando "1" e "0" na mídia. O método de representação de bits é chamado de método de sinalização. Padrões da camada física devem definir que tipo de sinal representa um "1" e um "0". Isso pode ser tão simples como uma mudança no nível de um sinal elétrico, uma unidade óptica ou um método mais complexo de sinalização.

Largura de banda digital mede a quantidade de informação que pode fluir de um lugar para outro durante um período de tempo.

Os tipos de cabos blindados ou pares de fios trançados são projetados para minimizar a degradação do sinal devido ao ruído eletrônico.

A fibra óptica single-mode transporta um único raio de luz, normalmente emitida por um laser. Este tipo de fibra óptica pode transmitir pulsos a distâncias muito longas, uma vez que a luz do laser é unidirecional e percorre o centro da fibra.

A fibra multimodo usa frequentemente emissores LED que não geram uma onda de luz único e coerente. Em contraste, uma luz LED entra na fibra multimodo em ângulos diferentes. As linhas de fibra podem gerar pulsos grandes e claros quando recebidos no fim de recepção, pois a luz que entra na fibra em ângulos diferentes requer diferentes períodos de tempo para viajar através da fibra. Este efeito, conhecido como dispersão modal, limita o comprimento dos segmentos de fibra multimodo.

Meios de transporte sem fio sinais eletromagnéticos de frequências de microondas e RF que representam os dígitos binários de comunicação de dados. Como um meio de rede sem fio, não se limita aos condutores ou canais, como no caso dos meios de comunicação de fibra ou cobre.

Padrões IEEE:

• IEEE 802.11: Comumente chamado de Wi-Fi, é uma rede sem fio LAN (rede local, WLAN) que usa um sistema de contenção ou não-determinístico com um processo de acesso à mídia Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance (CSMA/CA).
• IEEE 802.15: Wireless Personal Area Network (WPAN) padrão, comumente chamado de "Bluetooth", usando um par de aparelhos para se comunicar em uma distância de 1 a 100 metros.
• IEEE 802.16: Conhecido como WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), usa uma topologia ponto-multiponto para fornecer acesso à banda larga sem fio.
• Global System for Mobile Communications (GSM): Inclui especificações da camada física que permitem a execução do serviço de rádio de protocolo geral (GPRS) da camada 2 para proporcionar a transferência de dados via redes móveis celulares.

A primeira rede LAN (Local Area Network) do mundo era a versão original da Ethernet. Robert Metcalfe, da Xerox, co-projetou há mais de 30 anos. O padrão Ethernet foi publicado por um consórcio da Digital Equipment Corporation, Intel e Xerox (DIX). Metcalfe queria que a Ethernet fosse um padrão comum a partir do qual todos pudessem se beneficiar, de modo que foi lançado como um padrão aberto. Os primeiros produtos desenvolvidos a partir de Ethernet padrão vendidos no início dos anos 1980. Em 1985, o Comitê de Padrões para redes locais e Metropolitan do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) publicou normas para redes locais. Esses padrões começam com o número 802. O padrão Ethernet é o 802.3. O IEEE queria garantir que suas normas sejam compatíveis com o modelo OSI da Organização Internacional para Padronização (ISO). Para garantir a compatibilidade, o IEEE 802.3 normas devem cobrir as necessidades de Camada 1 e as partes inferiores do modelo OSI Layer 2. Como resultado, algumas pequenas modificações para o padrão Ethernet original foram realizadas em 802.3.

A subcamada LLC tem o protocolo de rede de dados, que são geralmente um pacote IPv4, e acrescenta informações de controle para ajudar a entregar o pacote para o nó de destino. A Camada 2 comunica com as camadas superiores através da LLC. A LLC é executado no software e sua implementação depende de hardware. Em um computador, a LLC pode ser considerada como o controlador da placa de interface de rede (NIC). O driver do NIC (placa de interface de rede) é um programa que interage diretamente com o hardware da NIC para transmitir dados entre a mídia e a subcamada Media Access Control (MAC).

Encapsulamento de Dados: O encapsulamento de dados possui três funções principais:

1. Delimitação das parcelas
2. Roteamento
3. Encapsulamento

O processo de encapsulamento dos dados inclui a montagem da estrutura antes da transmissão e da análise do quadro ao receber um quadro. Quando você forma um quadro, a camada MAC adiciona um cabeçalho e um trailer para o PDU da camada 3. O uso de frames facilita a transmissão de bits como eles são colocados na mídia e no agrupamento de bits no nó receptor. O processo de elaboração oferece importantes âncoras que são utilizados para identificar um grupo de bits que formam um quadro. Este processo fornece a sincronização entre os nós de transmissor e receptor. O processo de encapsulamento também permite o endereçamento de camada de enlace. O cabeçalho Ethernet adicionado a cada frame contém o endereço físico (endereço MAC) que permite que o quadro a ser enviado para um nó de destino. Uma característica adicional do encapsulamento de dados é a detecção de erro. Cada frame Ethernet contém um trailer com uma verificação de redundância cíclica (CRC) do conteúdo do quadro. Uma vez que um frame é recebido, o nó receptor cria um CRC para comparação com o enredo. Se esses dois cálculos CRC corresponderem, pode-se supor que o quadro foi recebido sem erros.

A subcamada Media Access Control (MAC) controla a colocação de quadros na mídia e da eliminação dos quadros da mídia. Como o próprio nome sugere, gerencia o controle de acesso ao meio. Isso inclui o início da transmissão de quadros e de recuperação de falha de transmissão devido a colisões.