Camada de Enlace (OSI Camada 2): Funções Essenciais e Protocolos

Função da Camada de Enlace (Camada 2)

Para que os pacotes da camada de rede sejam transportados do host de origem ao host de destino, eles devem atravessar diferentes redes físicas. Essas redes físicas podem consistir de diferentes tipos de meios físicos, como fios de cobre, micro-ondas, fibras ópticas e links de satélite. Os pacotes da camada de rede não têm um caminho para acessar diretamente esses diferentes meios. O papel da camada de enlace do Modelo OSI é preparar os pacotes da camada de rede para transmissão no meio físico.

Serviços de Suporte: Conexão para Camadas Superiores

A camada de enlace fornece um meio para a troca de dados em um meio local comum. A camada de enlace realiza dois serviços básicos:

• Permite que as camadas superiores acessem o meio usando técnicas como enquadramento.
• Controla como os dados são colocados sobre o meio e são recebidos do meio usando técnicas como o controle de acesso ao meio e a detecção de erros.

Acesso da Camada Superior ao Meio

Um modelo de rede permite que cada camada funcione com preocupação mínima acerca dos papéis das outras camadas. A camada de enlace libera as camadas superiores da responsabilidade de colocar os dados na rede e recebê-los. Essa camada fornece serviços para suportar os processos de comunicação para cada meio pelo qual os dados devem ser transmitidos.

Camada de Enlace de Dados em Transições de Rede

Em qualquer troca de pacotes da camada de rede, podem haver numerosas transições da camada de enlace. Em cada salto ao longo do caminho, um dispositivo intermediário — geralmente um roteador — aceita quadros de um meio, desencapsula o quadro e, em seguida, encaminha o pacote em um novo e apropriado quadro para o meio daquele segmento de rede física.

Diferentes Tipos de Redes e Protocolos

Os protocolos da camada de enlace de dados regem como formatar um quadro para uso em meios diferentes. Protocolos diferentes podem ser usados para meios diferentes. Em cada salto ao longo do caminho, um dispositivo intermediário aceita quadros de um meio, desencapsula o quadro e, em seguida, encaminha os pacotes em um novo quadro. Os cabeçalhos de cada quadro são formatados para o meio específico que cruzará.

A Importância da Camada de Enlace

A camada de enlace isola de modo efetivo os processos de comunicação nas camadas superiores a partir das transições de meio físico que podem ocorrer de ponta a ponta. Um pacote é recebido e direcionado a um protocolo da camada superior, neste caso o IPv4 ou o IPv6, que não precisa estar a par de qual meio de comunicação será usado. Sem a camada de enlace, um protocolo da camada de rede, como o IP, teria que implementar a conexão para cada tipo de meio que poderia existir ao longo do caminho de entrega. Além disso, o IP teria que se adaptar toda vez que uma nova tecnologia ou meio de rede fosse desenvolvido. Esse processo impediria a inovação e o desenvolvimento de protocolos e meios de rede. Essa é a razão principal para o uso de uma abordagem em camadas para redes de comunicação.

Controle de Transferência Através do Meio Local

Os protocolos da Camada 2 especificam o encapsulamento de um pacote em um quadro e as técnicas para levar o pacote encapsulado em intervalos determinados para cada meio. A técnica usada para levar o quadro em intervalos determinados para o meio é chamada de métodos de controle de acesso ao meio. Para os dados serem transferidos através de vários meios diferentes, podem ser exigidos métodos de controle de acesso ao meio durante o curso de uma única comunicação.

Diferentes Tipos de Acesso ao Meio

Cada ambiente de rede que se depara com pacotes à medida que eles viajam de um host local a um host remoto pode ter diferentes características. Por exemplo, um ambiente de rede pode consistir de muitos hosts disputando o acesso ao meio de rede em uma base ad hoc. Outro ambiente de rede pode consistir de uma conexão direta entre apenas dois dispositivos, nos quais o fluxo de dados ocorre sequencialmente como bits de forma ordenada.

Adaptadores de Rede e Interfaces

Um nó, que é um dispositivo final, usa um adaptador para fazer a conexão à rede. Por exemplo, para se conectar a uma LAN, o dispositivo usaria uma Placa de Interface de Rede (NIC) para se conectar ao meio LAN. O adaptador gerencia o enquadramento e o controle de acesso ao meio. Em dispositivos intermediários, como um roteador, nos quais o tipo de meio pode mudar para cada rede conectada, diferentes interfaces físicas no roteador são usadas para encapsular o pacote dentro do quadro apropriado, e um método adequado de controle de acesso ao meio é usado para acessar cada link. A camada de enlace de dados é responsável por controlar a transferência de quadros pelos meios (mídias).

Criação de um Quadro

A descrição de um quadro é o elemento principal de cada protocolo da camada de enlace. Os protocolos da camada de enlace exigem informações de controle para possibilitar o funcionamento dos protocolos. A informação de controle pode mostrar:

• Quais nós estão em comunicação.
• Quando a comunicação entre nós individuais começa e quando ela termina.
• Quais erros ocorrem enquanto os nós se comunicavam.
• Quais os próximos nós que se comunicarão.

Encapsulamento na Camada de Enlace

A camada de enlace prepara um pacote para transporte através do meio local, encapsulando-o com um cabeçalho e um trailer para criar um quadro. O quadro da camada de enlace inclui:

• Dados: O pacote da Camada de Rede.
• Cabeçalho: Contém a informação de controle, como endereçamento, e é localizado no início da PDU.
• Trailer: Contém a informação de controle adicionada ao final da PDU.

Formatação dos Dados para Transmissão

Quando os dados viajam pelo meio, eles são convertidos em um fluxo de bits, que podem ser 1 ou 0. Se um nó está recebendo longos fluxos de bits, como ele faz para determinar onde um quadro inicia e termina, ou quais bits representam o endereço? O enquadramento quebra o fluxo em agrupamentos decifráveis, com a informação de controle inserida nos cabeçalhos e no trailer como valores em diferentes campos. Esse formato dá aos sinais físicos uma estrutura que pode ser recebida por nós e decodificada em pacotes no destino.

Tipos de Campos do Quadro

Os tipos de campos típicos incluem:

• Campos de indicadores de início e fim: Os limites iniciais e finais do quadro.
• Campos de tipo: O tipo de PDU contida no quadro.
• Campos de controle: Usados para controle de fluxo e erro.
• Um campo de dados: O payload do quadro (Pacote da Camada de Rede).

Os campos no final do quadro formam o trailer. Esses campos são usados para detecção de erro e marcam o final do quadro. Nem todos os protocolos incluem todos esses campos. Os padrões para um protocolo de enlace de dados específico definem o formato real do quadro.

Conexão de Serviços da Camada Superior ao Meio

A camada de enlace existe como uma camada que conecta os processos de software das camadas acima e da camada física, abaixo dela. Como tal, ela prepara os pacotes da Camada de Rede para a transmissão através de alguma forma de meio físico, seja ele cobre, fibra ou atmosfera. Em muitos casos, a camada de enlace é embutida como uma entidade física, como uma Placa de Interface de Rede Ethernet (NIC), que está inserida no barramento de sistema de um computador e faz a conexão entre processos de software em execução no computador e o meio físico. No entanto, a NIC não é somente uma entidade física. O software associado à NIC possibilita que ela realize suas funções intermediárias de preparação e codificação dos dados para transmissão como sinais a serem enviados pelo meio associado.

Subcamadas da Camada de Enlace de Dados

Para suportar uma ampla variedade de funções de rede, a camada de enlace é geralmente dividida em duas subcamadas: uma subcamada superior e uma subcamada inferior.

• Subcamada Superior (LLC - Logical Link Control): Define os processos de software que fornecem serviços aos protocolos da Camada de Rede. A subcamada LLC coloca a informação no quadro que identifica qual protocolo da Camada de Rede está sendo usado. Essa informação permite que múltiplos protocolos da Camada 3, como o IP e o IPX, utilizem a mesma interface e meio de rede.
• Subcamada Inferior (MAC - Media Access Control): Define os processos de acesso ao meio realizados pelo hardware. A subcamada MAC fornece o endereçamento da Camada de Enlace e a delimitação de dados de acordo com as exigências de sinalização física do meio e do tipo de protocolo da Camada de Enlace em uso.