Detalhes da camada de enlace

Conectar um computador à Internet é fácil hoje. A camada de enlace é quem possibilita essa conexão. Uma tecnologia que nasceu nos anos 1970, tornou-se sinônimo de conexão à rede: a Ethernet. Você já parou para pensar o que é a ethernet? Como ela funciona? Quais serviços a rede ethernet oferece para que nossa Internet funcione tão bem e de maneira tão simples?

Neste texto, que trata sobre a tecnologia ethernet, você aprenderá a estrutura que permite o envio de informações: o quadro de dados. Entenderá que a ethernet pode fazer a identificação e a correção de erros nos dados transmitidos. Conhecerá o endereço físico, um número que identifica o seu computador na rede. Entenderá o que é colisão de dados e como a ethernet identifica tais colisões para descartar dados inúteis. Aprenderá por que um switch é mais inteligente que um HUB.

Introdução

O protocolo TCP/IP foi construído de forma a não se preocupar com detalhes de implementação da comunicação em nível físico. Com isso ele não se preocupa com os meios de transmissão (fibra ótica, cabo metálico, cabo coaxial, rádio, micro-ondas etc) e nem com característica destes meios (voltagem, frequência, conectores etc). É importante conhecer sobre o tema, mas nesta disciplina, deixaremos essas preocupações para os engenheiros de telecomunicação.

De todo modo, um passo antes da comunicação global entre dispositivos na Internet, precisamos fazer com que dispositivos eles comuniquem diretamente entre si. Este é um dos objetivos da camada enlace (ou interface com a rede) do modelo TCP/IP.

A camada de enlace agrupa os bits que devem ser transmitidos em uma sequência. Chamamos essa sequência de bits agrupados de quadro de dados.

Assim, a camada de enlace cuida de diversos aspectos da comunicação entre os dispositivos para a transmissão de cada um dos quadros. Os principais aspectos tratados na camada de enlace são: controle de erros e o controle de fluxo.

Controle de erros

A transmissão de dados deve ser livre de erros. No entanto isso não é possível. Durante a transmissão de dados, cada bit individual pode sofrer modificações inesperadas devido a interferências nos sinais transmitidos.

A camada de interface com a rede consegue identificar tais modificações através de mecanismos de identificação de erros e de correção de erros.

Na identificação de erros, uma informação adicional conhecida como soma de verificação é calculada a partir da mensagem original e adicionada ao final da mensagem a ser transmitida. Então, o destino recebe o quadro e dados e verifica que se a soma de verificação corresponde aos dados recebidos. Caso não exista a correspondência, o quadro é descartado.

Na correção de erros, uma informação adicional – conhecida como código de correção de erros – é calculada a partir da mensagem original e adicionada ao final da mensagem transmitida. Então, o destino recebe o quadro e dados e verifica que se o código de correção de erros corresponde aos dados recebidos. Caso não exista a correspondência, é possível tentar corrigir os bits eventualmente modificados. Com a utilização da correção de erros, o quadro será descartado apenas se não for possível corrigir os bits modificados.

A escolha por utilizar identificação de erros ou a correção de erros, depende de fatores físicos do meio de transmissão utilizado.  Meios de transmissão menos sensíveis a interferências, como fibras óticas, utilizam a identificação de erros. Meios de comunicação onde as interferências são mais comuns, como na comunicação WIFI, opta-se por utilizar a correção de erros.

Controle de acesso ao meio

Quando uma comunicação é feita entre o receptor e o transmissor e somente transmissor e receptor participam da comunicação, temos uma comunicação ponto a ponto(ou unicast).  Em outras situações, diversos dispositivos compartilham o mesmo meio para a transmissão de dados. Chamamos esta comunicação de multidifusão (ou broadcast).

Em um meio de multidifusão, se um dispositivo estiver transmitindo dados, todos os demais devem apenas escutar os dados transmitidos. Se dois dispositivos transmitem informações, ao mesmo tempo, os dados de um transmissor interferem na outra transmissão. Quando isso ocorre, temos uma colisão.

Assim, em meios compartilhados é necessário estabelecer algum controle do fluxo de comunicação. Na camada de enlace, o controle sobre o fluxo de comunicação é realizado através do controle de acesso ao meio.

O controle de acesso ao meio consiste nas técnicas utilizadas para evitar a colisão em meios de transmissão compartilhada.

Comunicação simples, half-duplex e full-duplex

A comunicação entre os dispositivos de uma rede também pode ser classificada em simplex, half-duplex e full-duplex.

A comunicação simplex ocorre na situação em que apenas um ponto de comunicação apenas transmite as informações e os demais apenas recebem informações. Receptores não são capazes de transmitir informações. Esse é o exemplo do sistema de TV e rádio FM ou AM. Esta forma de comunicação não é utilizada para a Internet.

A comunicação half-duplex ocorre em situações em que ambos os pontos da comunicação podem transmitir ou receber informações, desde que um de cada vez. Na comunicação half-duplex a transmissão e recepção não ocorrem de maneira simultânea. Como exemplo deste tipo de comunicação, podemos citar o walk-talkie e o telefone da Nextel.

Por fim, na comunicação full-duplex ocorre em situações em que ambos os pontos da comunicação podem transmitir ou receber informações simultaneamente. Os dispositivos conectados enviam e recebem dados ao mesmo tempo. Hoje em dia, praticamente todas as comunicações da internet são full-duplex.