Guia Completo: Funções e Protocolos da Camada de Enlace

Funções da Camada de Enlace

As funções da camada de enlace visam garantir a integridade do pacote recebido da camada física, realizando o controle de erros, entre outras atividades.

Enquadramento (Framing)

No enquadramento, divide-se a sequência de bits em quadros. Na transmissão do quadro, computa-se um algoritmo de checagem. Isso evita o desperdício de banda, facilita a checagem de erros e permite uma menor concorrência no meio físico.

Existem 4 formas de enquadramento:

• Contagem de caracteres: um caractere adicional é inserido para informar a quantidade de caracteres contidos no quadro.
• Inserção de caracteres de escape: são inseridos sinalizadores que indicam o início e o fim do quadro.
• Sinalizadores de início e final com inserção de bits: utilizado quando existem mensagens com um número arbitrário de bits (divisão de bits).
• Violação de código: utiliza transições (ex: alto-baixo para o bit 1 e baixo-alto para o bit 0).

Controle de Erros

O controle de erros ocorre por meio de protocolos de detecção e correção. Na detecção de dados corrompidos, é inserido um algoritmo de controle com um determinado cálculo; o receptor refaz o cálculo e verifica se o resultado é igual ao enviado pelo transmissor.

Para dados corrompidos, é possível não solicitar o reenvio, porém isso depende do caso, como em comunicações via satélite, onde a distância e a quantidade de erros são grandes. Para um melhor aproveitamento do meio, é mais interessante que a camada de enlace efetue apenas a detecção de erros; em casos onde o erro ocorre por pequenas diferenças de bits, o tempo de correção pelo algoritmo é rápido.

Para que um transmissor detecte que um quadro foi perdido, é interessante enviar um pacote de confirmação. O mesmo ocorre com quadros duplicados, onde se adicionam cabeçalhos de identificação do quadro.

Controle de Fluxo

No controle de fluxo, a recepção repete e compara o resultado com o transmitido. Um dos controles usados é a confirmação de recebimento do quadro, onde o transmissor pode aguardar o quadro chegar para encaminhar outro, evitando a sobrecarga no receptor.

• Protocolo Stop-and-Wait: o transmissor envia um quadro e aguarda o reconhecimento (ACK) por parte do receptor. Assim que recebe o reconhecimento de quadro correto, envia outro. A desvantagem é o consumo de banda, pois é sempre necessário aguardar a confirmação.
• Protocolo de Janela Deslizante de 1 Bit: tanto o transmissor quanto o receptor trocam quadros de dados e reconhecimento ao mesmo tempo. O quadro enviado pelo transmissor é aproveitado no receptor para confirmação, e esse quadro de confirmação é aproveitado pelo transmissor para envio de mais quadros. O tempo de transmissão é menor que no Stop-and-Wait.
• Protocolo Go-Back-N (Volta N): há um aumento da janela de transmissão para N bits, mas a janela de recepção continua sendo 1. Quando um quadro possui erros, todos os quadros seguintes são descartados sem reconhecimento, recomeçando a transmissão a partir do erro.
• Protocolo de Repetição Seletiva: este protocolo necessita de um buffer. Quando um quadro chega com erro, ele armazena os quadros seguintes no buffer e o transmissor envia apenas o quadro faltante. É mais eficiente que o Go-Back-N, pois evita a perda de quadros que não possuem erros.

Exemplos de Protocolos de Enlace

• HDLC: comunicação point-to-point.
• SLIP: sem detecção de erros e com segurança fraca.
• PPP: suporte a autenticação.

Protocolos de Acesso ao Meio

• Protocolo ALOHA: a transmissão é iniciada a qualquer momento; colisões ocorrem com muita frequência, sendo ineficiente.
• Protocolo Slotted-ALOHA (ALOHA com divisão de tempo): a transmissão ocorre no início de um período determinado. A estação emite um sinal de sincronização, permitindo melhor aproveitamento de banda e diminuindo colisões.
• Protocolo CSMA (Acesso Múltiplo com Detecção de Portadora): ouve o meio; se houver dados, ele espera para enviar. Pode haver colisões caso duas máquinas detectem o meio livre simultaneamente.
• CSMA 1-Persistente: ouve o meio; se estiver livre, envia com certeza.
• CSMA Não Persistente: se o meio estiver ocupado, espera um tempo aleatório; se estiver livre, envia.
• CSMA P-Persistente: utiliza um tempo aleatório e cria um intervalo de probabilidade para o envio.
• CSMA/CD (Detecção de Colisão): mais eficiente que o CSMA tradicional; se detecta colisão, aborta o envio imediatamente.
• Protocolo Bitmap: trabalha com rodadas de contenção onde todas anunciam a intenção de transmitir. O envio é feito um por vez em sequência. A eficiência cai com um número alto de máquinas.
• Protocolo de Contagem Binária: cada estação tem um endereço binário de tamanho fixo. A estação que deseja transmitir envia sua numeração binária e faz-se uma operação OR. Não possui colisões, mas a prioridade é fixa.

Vantagens e Desvantagens: Contenção vs. Sem Contenção

• Com Contenção: trabalha bem em tráfegos baixos.
• Sem Contenção: usa bem o meio com tráfego alto.

Para combinar os protocolos Bitmap com CSMA, é feita a divisão em grupos de máquinas. Exemplo: ouve-se o meio; se houver colisão, divide-se em dois grupos e entra o protocolo Bitmap.

Protocolo WDMA e Redes Sem Fio

O Protocolo WDMA trabalha de forma gerenciada para não sofrer as limitações do FDM e TDM, não alocando fixamente fatias no meio e liberando-as para quem realmente necessita.

Em redes sem fio, o CSMA enfrenta problemas como:

• Estação Oculta: C enviando para B; a colisão ocorre em A, que não ouve C enviando.
• Estação Exposta: a estação está fora da célula de alcance de sinal para A, mas não para C.

Soluções incluem os protocolos MACA, MACAW, CSMA-CA, RTS e CTS.

Padrões IEEE 802

Todos usam o protocolo LLC (Logical Link Control):

• 802.1: define primitivas de interfaces.
• 802.2: define o alto nível da camada de enlace.
• 802.3: usa CSMA/CD 1-persistente. (Ethernet: utiliza codificação Manchester).
• 802.4: especificações do método de acesso Token Bus (barramento).
• 802.5: especificações para redes Token Ring.
• 802.11: lida com mobilidade (Wi-Fi). Utiliza técnicas como Infravermelho, FHSS, DSSS, OFDM (usada no 802.11a/b/g) e HR-DSSS.
• 802.16: serviço para edifícios fixos (não móveis).

Velocidades Populares:

• 802.3 (Ethernet): 10 Mbps
• 802.3u (Fast Ethernet): 100 Mbps
• 802.3z (Gigabit Ethernet): 1 Gbps
• 802.3ae (10 Gigabit Ethernet): 10 Gbps

Meios Físicos:

• 10Base2: Coaxial fino
• 10Base5: Coaxial grosso
• 10BaseT: Par trançado
• 10BaseF: Fibra
• 100BaseT4: Par trançado
• 100BaseTX: Fast Ethernet
• 100BaseFX: Fibra óptica

As WLANs podem ser configuradas com estação base (Access Point) ou sem estação base (Ad Hoc, onde os computadores se comunicam entre si).