Qual o principal protocolo da camada rede?

TCP/IP � um acr�nimo para o termo Transmission Control Protocol/Internet Protocol Suite, dois dos mais importantes protocolos que conformam a pilha de protocolos usados na Internet. O protocolo IP, base da estrutura de comunica��o da Internet � um protocolo baseado no paradigma de chaveamento de pacotes (packet-switching).

Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer estrutura de rede, seja ela simples como uma liga��o ponto-a-ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, pode-se empregar estruturas de rede como Ethernet, Token-Ring, FDDI, PPP, ATM, X.25, Frame-Relay, barramentos SCSI, enlaces de sat�lite, liga��es telef�nicas discadas e v�rias outras.

A arquitetura TCP/IP, assim como a OSI, realiza a divis�o de fun��es do sistema de comunica��o em estruturas de camadas.

Camada de Enlace:

A camada de enlace � respons�vel pelo envio de datagramas constru�dos pela camada de Rede. Esta camada realiza tamb�m o mapeamento entre um endere�o de identifica��o do n�vel de rede para um endere�o f�sico ou l�gico.

Os protocolos deste n�vel possuem um esquema de identifica��o das m�quinas interligadas por este protocolo. Por exemplo, cada m�quina situada em uma rede Ethernet, Token-Ring ou FDDI possui um identificador �nico chamado endere�o MAC ou endere�o f�sico que permite distinguir uma m�quina de outra, possibilitando o envio de mensagens espec�ficas para cada uma delas. Tais rede s�o chamadas redes locais de computadores.

Camada de Rede (ou Inter-Rede):

Esta camada realiza a comunica��o entre m�quinas vizinhas atrav�s do protocolo IP. Para identificar cada m�quina e a pr�pria rede onde essas est�o situadas, � definido um identificador, chamado endere�o IP, que � independente de outras formas de endere�amento que possam existir nos n�veis inferiores. No caso de existir endere�amento nos n�veis inferiores � realizado um mapeamento para possibilitar a convers�o de um endere�o IP em um endere�o deste n�vel.

Dentre os v�rios protocolos existentes nesta camada, tais como o ICMP e o IGMP, o protocolo IP � o mais importante pois implementa a fun��o mais importante desta camada que � a pr�pria comunica��o inter-redes. Para isto ele realiza a fun��o de roteamento que consiste no transporte de mensagens entre redes e na decis�o de qual rota uma mensagem deve seguir atrav�s da estrutura de rede para chegar ao destino.

O protocolo IP utiliza a pr�pria estrutura de rede dos n�veis inferiores para entregar uma mensagem destinada a uma m�quina que est� situada na mesma rede que a m�quina origem. Por outro lado, para enviar mensagem para m�quinas situadas em redes distintas, ele utiliza a fun��o de roteamento IP. Isto ocorre atrav�s do envio da mensagem para uma m�quina que executa a fun��o de roteador. Esta, por sua vez, repassa a mensagem para o destino ou a repassa para outros roteadores at� chegar no destino.

Camada de Transporte:

Esta camada re�ne os protocolos que realizam as fun��es de transporte de dados fim-a-fim, ou seja, considerando apenas a origem e o destino da comunica��o, sem se preocupar com os elementos intermedi�rios. A camada de transporte possui dois protocolos que s�o o UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol).

O protocolo UDP realiza apenas a multiplexa��o para que v�rias aplica��es possam acessar o sistema de comunica��o de forma coerente.

O protocolo TCP realiza, al�m da multiplexa��o, uma s�rie de fun��es para tornar a comunica��o entre origem e destino mais confi�vel. S�o responsabilidades desse protocolo: o controle de fluxo, o controle de erro, a sequencia��o e a multiplexa��o de mensagens.

Camada de Aplica��o:

A camada de aplica��o re�ne os protocolos que fornecem servi�os de comunica��o ao sistema ou ao usu�rio. Pode-se separar os protocolos de aplica��o em protocolos de servi�os b�sicos ou protocolos de servi�os para o usu�rio:

Protocolos de servi�os b�sicos, que fornecem servi�os para atender as pr�prias necessidades do sistema de comunica��o TCP/IP: DNS, BOOTP, DHCP.

Protocolos de servi�os para o usu�rio: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP, TFTP, NFS, NIS, LPR, LPD, ICQ, RealAudio, Gopher, Archie, Finger, SNMP e outros.

Vamos usar como referência nessa jornada a pilha de protocolos TCP/IP e relacionar às camadas equivalentes do Modelo OSI para comparar e entender as interações que ocorrem.

Composta pelas camadas Física e Enlace no modelo de referência OSI, esta camada TCP/IP é responsável pelo acesso dos dados ao meio físico preparando-os para tal e controlando a transmissão avaliando as necessidades que cada meio precisa para cumprir com sua função.

Para que os serviços que serão compartilhados possam ser alcançados por todos é necessário que os equipamentos envolvidos estabeleçam um vínculo físico entre si através de um meio. A escolha do meio depende do tipo de rede que precisamos, a análise das limitações físicas do ambiente onde ela será instalada, a necessidade de segurança com relação ao alcance e acesso físico que ela provê entre outros fatores.

Cada meio físico irá impor uma série de mecanismos de controle e configurações específicas para que a transmissão ocorra da melhor forma possível.

Modelo OSI: A camada física

Esta camada tem como função a codificação dos dados recebidos da camada superior (Enlace) em um sinal compatível com o meio físico. Basicamente o meio físico divide-se em três possibilidades: cabeamento metálico (sinais elétricos), cabeamento óptico (sinais luminosos) e sem fios (sinais de rádio).

A camada física consiste em circuitos eletrônicos, meios físicos e conectores desenvolvidos pelos engenheiros. Portanto, é aconselhável que os padrões que regem esse hardware sejam definidos pelas organizações de engenharia de comunicações e elétrica relevantes.

Os órgãos internacionais que respondem pela camada física são: ISO, EIA/TIA, ITU-T, ANSI, IEEE. No Brasil temos a ABNT desenvolvendo continuamente os documentos normatizadores. Recomenda-se a leitura destes documentos para o entendimento de como a instalação física da rede deve ser realizada a fim de garantir a maximização de sua capacidade e a minimização de problemas.

Nesta camada encontram-se três fatores importantes: os componentes físicos, o processo de codificação e os métodos de sinalização. Os componentes físicos são os dispositivos de hardware usados para a comunicação dos hosts. Aqui encontramos as interfaces de rede (placas de rede), o cabeamento, conectores, portas físicas dos equipamentos etc. Um bom projeto de redes prevê um sistema de cabeamento estruturado que consiga maximizar o uso da rede através das normas específicas para cada tipo de meio. Deve-se tomar muito cuidado com as peculiaridades de cada tipo de cabo e os requisitos de instalação (localização da instalação, curvaturas, proximidade de outros circuitos, distâncias entre pontos, conectorização etc.).

O processo de codificação é o método pela qual o quadro recém-chegado da camada de enlace será convertido em um sinal compatível com o meio físico. Os tipos de sinais que possuímos são elétricos (redes cabeadas metálicas), luminosos (redes cabeadas ópticas) e ondas de radiofrequência (redes sem fio). Diversos métodos são utilizados de acordo com as características destes meios como NRZ (Non Return to Zero), Manchester, 4B5B, entre outros.

O processo tem duas técnicas: a codificação em linha e a codificação em blocos. No processo de codificação em linha converte-se os dados binários em uma sequência de bits representados por ondas analógicas (pulsos). O nível de sinal é a quantidade de variações que podem representar um esquema de codificação e a quantidade de valores que estes podem representar. O clock (relógio de sincronismo) é responsável por definir o número de pulsos por segundo sendo um pulso a quantidade mínima requerida para transmitir um símbolo que no caso das redes de dados é de 1 bit. Por isso usamos como referência para medir a largura de banda os bits por segundo (bps).  O sincronismo entre os dispositivos é essencial para que a comunicação ocorra de fato e isso fica a cargo do método de sinalização que é a representação física no meio da codificação realizada sejam pulsos elétricos, pulsos luminosos ou ondas de rádio. Esses processos assemelham-se muito ao sistema de código morse, usados para comunicação onde uma sequência de tons ou luzes significam caracteres. Cada meio físico traz consigo uma série de limitações quanto a sua capacidade de transmissão. A isso damos o nome de largura de banda, a quantidade de bits por segundo que o meio é capaz de transmitir. Usando como referência a largura de banda nominal calculada através da capacidade do meio e suas características físicas, podemos averiguar a capacidade de produção do meio instalado. A isso damos o nome de Throughput que é a taxa de transferência em uso do meio levando em consideração a forma como ele foi instalado e o número de equipamentos que estão ao mesmo tempo usando-o. Cada meio físico poderá apresentar uma variação em sua capacidade de transmissão nominal e seu Throughput.

O meio físico metálico

Os dados são transmitidos por cabos de cobre como pulsos elétricos. Um detector na interface de rede de um dispositivo destino tem que receber um sinal que poderá ser decodificado com êxito para corresponder ao sinal enviado. No entanto, quanto mais o sinal viaja, mais se deteriora. Isso se chama atenuação de sinal. Por isso, todos as mídias de cobre devem seguir limitações de distância rigorosas, conforme especificado nos padrões de orientação. A temporização e a tensão (Voltagem) dos pulsos elétricos também são suscetíveis à interferência de duas fontes:

• Interferência eletromagnética (EMI) ou interferência de radiofrequência (RFI) – Os sinais de EMI e RFI podem distorcer e corromper os sinais de dados transportados pelas mídias de cobre. Possíveis fontes de EMI e RFI são dispositivos de ondas de rádio e eletromagnéticos, como luzes fluorescentes ou motores elétricos.
• Crosstalk (Diafonia) – é um distúrbio causado pelos campos elétricos ou magnéticos de um sinal em um cabo para o sinal em um cabo adjacente. Nos circuitos de telefone, o crosstalk pode fazer com que parte de outra conversa de voz de um circuito adjacente seja ouvida (linha cruzada). Especificamente, quando uma corrente elétrica flui através de um cabo, ela cria um pequeno campo magnético circular ao redor do cabo, que pode ser captado por um cabo adjacente.

Para contrabalançar os efeitos negativos da EMI e da RFI, alguns tipos de cabos de cobre têm proteção metálica e exigem conexões devidamente aterradas (cabos STP e ScTP).

Para contrabalançar os efeitos negativos do crosstalk, alguns tipos de cabos de cobre têm pares de cabos de circuitos opostos juntos, o que efetivamente cancela o crosstalk (par trançado).

A susceptibilidade dos cabos de cobre ao ruído elétrico também pode ser limitada por:

• Seleção do tipo ou categoria de cabo mais adequado para um determinado ambiente de rede.
• Elaboração de um projeto de infraestrutura de cabos para evitar fontes conhecidas e potenciais de interferência na estrutura do prédio.
• Uso de técnicas de cabeamento que incluam a correta manipulação e conexão dos cabos.

Existem três tipos de mídias metálicas, o cabeamento de par trançado UTP (sem blindagem), par trançado STP (blindado) e o cabo coaxial. As capacidades de transmissão nos cabos são determinadas por características físicas como por exemplo a espessura de cada cabo que compõe o conjunto.

Cabos coaxiais dividem-se em dois padrões nas redes de dados o Thicknet com alcance de 500 metros em um único lance e o Thinnet com alcance de 180 metros em um único lance. Ambos possuem largura de banda nominal de 10Mbps e são apresentados pela IEEE como 10Base5 e 10Base2 respectivamente.

Cabos de par trançado dividem-se em categorias de acordo com sua capacidade nominal de transmissão. Seu alcance é único em qualquer categoria, sendo 100 metros o limite estabelecido pela norma técnica. As categorias em uso hoje no mercado são:

• 5E com capacidade de 100Mbps a 125Mhz. Por possuir uma frequência de operação um pouco maior que a categoria 5, sua capacidade pode ser aumentada até próximo de 1Gbps desde que na metade do comprimento padrão de 100m.
• 6 com capacidade de 1Gbps a 250Mhz.
• 6A com capacidade de 10Gbps a 500Mhz na metade do comprimento (50m).
• As categorias 7 com capacidade de 10Gbps e 8 com capacidade de 40Gbps são categorias mais recentes ainda em absorção no mercado pois possuem valores altos de investimento e dependem de substituições de diversos equipamentos e interfaces.

Todos os três tipos de mídia de cobre são suscetíveis a incêndios e choque elétricos. O risco de incêndio existe pois os materiais que compõem o cabo podem ser inflamáveis e produzir fumaças tóxicas. Devem-se analisar padrões de segurança relacionados a passagem dos cabos, sistemas de prevenção de incêndios e isolamento de áreas letais.

Por se tratar de um meio metálico, o choque elétrico é um risco em potencial principalmente por instalações inadequadas de fontes de energia e passagem do cabeamento. Instalações inadequadas podem ocasionar transmissão de correntes inadequadas aos equipamentos em uso podendo ocasionar queima de interfaces e até mesmo dos equipamentos inteiros. Um planejamento elétrico dentro das normas é necessário para minimizar os riscos e preparar o ambiente para recuperar-se de algum acidente no menor tempo possível.

O meio físico óptico

O cabo de fibra óptica transmite dados por longas distâncias e a larguras de banda mais altas do que qualquer outra mídia de rede. Diferentemente dos fios de cobre, o cabo de fibra óptica pode transmitir sinais com menos atenuação e é completamente imune à interferência de EMI e RFI.

A fibra óptica é um fio extremamente fino e transparente de vidro muito puro e flexível, não muito maior do que um fio de cabelo humano. Os bits são codificados na fibra como pulsos de luz.

O cabeamento de fibra óptica é usado em quatro setores:

• Redes corporativas: usado para aplicações de cabeamento de backbone e interconexão de dispositivos de infraestrutura.
• Fiber-to-the-Home (FTTH): usados para fornecer serviços de banda larga sempre ativos para casas e pequenas empresas.
• Redes de longa distância: usado por provedores de serviço para conectar países e cidades.
• Redes a cabo submarinas: usados para fornecer soluções confiáveis de alta velocidade e alta capacidade, capazes de sobreviver em ambientes submarinos hostis e em distâncias transoceânicas. Visite este link (https://www.submarinecablemap.com/) e veja a passagem de cabos submarinos.

Os pulsos de luz são gerados através de lasers ou leds de acordo com o tipo de fibra a ser usados. Dispositivos semicondutores eletrônicos chamados fotodiodos detectam os pulsos de luz e os convertem em voltagens. Tome cuidado pois a luminosidade gerada pelos fotodiodos pode causar danos aos olhos, nunca olhe diretamente para a extremidade de uma fibra em funcionamento.

Os cabos de fibra óptica são amplamente classificados em dois tipos:

Fibra monomodo (SMF): consiste em um núcleo muito pequeno e tecnologia de laser para enviar um único raio de luz. Popular nas situações de longa distância que abrangem centenas de quilômetros, como aquelas necessárias na telefonia de longa distância e em aplicações de TV a cabo.

Fibra multimodo (MMF): consiste em um núcleo grande e usa emissores de LED para enviar pulsos de luz. Especificamente, a luz de um LED entra na fibra multimodo em ângulos. Popular nas LANs porque pode ser acionada por LEDs de baixo custo. Ela fornece largura de banda até 10 Gb/s por links de até 550 metros.

Uma das maiores diferenças entre a fibra multimodo e a fibra monomodo é a quantidade de dispersão. O termo dispersão se refere ao espalhamento do pulso de luz com o tempo. Quanto mais dispersão houver, maior será a perda na força do sinal.

O meio físico sem fios

O meio físico sem fio transporta sinais eletromagnéticos que representam os dígitos binários das comunicações de dados usando frequências de rádio ou de micro-ondas.

A conexão sem fio possui alguns aspectos importantes que devem ser considerados, incluindo:

• Área de cobertura: as tecnologias de comunicação de dados sem fio funcionam bem em ambientes abertos. No entanto, alguns materiais de construção utilizados em prédios e estruturas, e o terreno local, limitarão a eficácia da cobertura.
• Interferência: a tecnologia sem fio é suscetível a interferências e pode ser interrompida por dispositivos comuns, como telefones sem fio, alguns tipos de lâmpadas fluorescentes, fornos micro-ondas e outras comunicações sem fio.
• Segurança: a cobertura da comunicação sem fio não requer acesso a uma mídia física. Portanto, os dispositivos e usuários que não estão autorizados a acessar a rede podem obter acesso à transmissão. A segurança da rede é o principal componente da administração de uma rede sem fio.
• Meio compartilhado: as WLANs operam em half-duplex, o que significa que apenas um dispositivo pode enviar ou receber de cada vez. O meio sem fio é compartilhado com todos os usuários sem fio. Quanto mais usuários precisarem de acesso simultâneo à WLAN, menos largura de banda haverá para cada usuário.

Nossas redes locais sem fios (WLAN) são regidas pelas normas IEEE 802.11 e suas variações de acordo com as capacidades de transmissão, frequência e alcance que podem ter. Outros meios sem fio usados podem ser o Bluetooth (IEEE 802.15), WIMAX (IEEE 802.16).

Modelo OSI: A camada de enlace

A camada de enlace de dados é responsável por permitir que as camadas superiores acessem o meio físico. Ela prepara os dados recebidos pela camada de Rede (Pacote) para trafegarem no meio físico usado pelo dispositivo. Esta camada também define os controles de como este meio físico será acessado e as metodologias para detecção de erros.

Dentro da camada de enlace encontramos duas subcamadas: o controle de link lógico e o controle de acesso ao meio.

Controle do Link Lógico (Logical Link Control – LLC): esta subcamada é responsável pela comunicação com a camada superior (rede) identificando qual o protocolo superior que está enviando dados (IPv4, IPv6). Ela permite que diversos protocolos possam usar a mesma interface física.

Controle de Acesso ao Meio (Media Access Control – MAC): esta subcamada é responsável pelos processos de acesso ao meio físico que serão executados pelo hardware na camada física. Ela fornece as informações necessárias para o acesso a diversas tecnologias de redes físicas como o endereçamento das interfaces e os controles de acesso.

Os protocolos pertencentes à camada de enlace (camada 2) especificam o encapsulamento de acordo com o meio e as técnicas que serão aplicadas para que possam ser transmitidos. Como o nome da camada (enlace), estamos nos referindo aqui a transmissão física entre equipamentos. Numa rede pacotes podem trafegar entre diversos meios físicos entre a origem e o destino. A camada de enlace adequa este pacote para que possa trafegar em qualquer meio físico que possa existir neste caminho. Cada link físico entre equipamentos é considerado um enlace. Diferenciamos as interfaces entre suas camadas. Interfaces de camada 3 podem receber dados provenientes de uma rede (enlace) específica e encaminhá-los para outra rede (enlace) desmontando o quadro recebido, analisando o pacote e montando um novo quadro de acordo com o meio da interface por onde deverá ser encaminhado. Esse processo de encaminhamento entre redes é chamado de salto. Esse processo é conhecido por roteamento.

Alguns protocolos de enlace que podemos analisar são o Ethernet, usado por nossas redes locais cabeadas ou não; PPP, usado em conexões físicas ponto a ponto etc.

Estes protocolos agem de acordo com a topologia usada e a forma como o meio é compartilhado. Neste processo encontramos as topologias, a forma como os equipamentos de rede relaciona-se entre si. As topologias dividem-se em físicas e lógicas.

A topologia física refere-se às conexões físicas entre os equipamentos. Aqui o cabeamento estruturado é aplicado para definir a passagem dos cabos e a localização física dos equipamentos.

A topologia lógica refere-se ao modo como a rede interage. Consiste nos arranjos virtuais e a forma como os equipamentos reconhecem-se e sua hierarquia. A camada de enlace usa a topologia lógica para controlar o acesso ao meio físico.

As topologias físicas WAN (redes compostas por redes) mais comuns são:

Ponto a Ponto – topologia simples que consiste em apenas dois pontos com conexão direta entre si.

Hub e Spoke – topologia similar à topologia LAN estrela onde um ponto central interconecta diversos outros.

Mesh – topologia de alta disponibilidade oferecem vários caminhos para os destinos envolvidos. Individualmente cada conexão é um ponto a ponto que quando unidos criam uma malha de comunicação tolerante a falhas e escalável.

As topologias LAN (redes de dispositivos finais) são:

Estrela: os dispositivos finais são conectados através de um equipamento central (hub ou switch) responsável por transferir os dados entre eles.

Estendida: topologias estrelas conectadas por um barramento entre seus equipamentos centrais.

Barramento: os equipamentos finais são conectados de forma serial. As primeiras redes ethernet seguiam essa topologia. Se um equipamento no meio tivesse uma falha, isso causaria a queda de parte da rede pois todos os equipamentos depois deste perderiam a conexão.

Anel: os equipamentos finais são conectados de forma similar à topologia barramento, porém com o último host conectando-se ao primeiro novamente fechando um anel.

Dentro das topologias a camada de enlace definirá o método da transmissão dos dados podendo ser estes Simplex, onde a transmissão é realizada em um único sentido e Duplex onde a transmissão ocorre nos dois sentidos permitindo de fato a comunicação entre os dispositivos. O método duplex divide-se em:

Half-Duplex: um único canal de comunicação é usado para o recebimento e envio dos sinais. A interface que opera em Half-Duplex só consegue enviar ou receber. Em um meio compartilhado, somente um dispositivo consegue enviar dados por vez sendo que os demais ficam apenas como receptores. Para este controle ocorrer é necessário um mecanismo de controle conhecido como CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Em redes cabeadas o processo ocorre com a detecção de uma colisão (CSMA/CD) enquanto em redes sem fio o processo ocorre evitando a colisão (CSMA/CA).

Uma colisão ocorre quando sinais em sentidos opostos se encontram em um mesmo meio físico. Muito comum em redes half duplex, o CSMA/CD permanece “ouvindo” a linha e quando detecta que os dispositivos pararam de enviar dados, começa a enviar. Quando mais de um dispositivo inicia uma transmissão simultaneamente uma colisão ocorre. Ao detectarem essa colisão os envolvidos na rede param por um tempo (JAM SIGNAL). Em tempos diferentes os dispositivos retornam a ouvir a rede. O primeiro a retornar, se tiver dados a transmitir já inicia sendo que os demais já retornarão com a rede em uso e aguardarão para enviar. O CSMA/CA, usado nas redes sem fio envia antes dos dados de fato um sinal de teste. Se este sinal passar, significa que poderá enviar os dados e já os envia sequencialmente. Se este sinal colidir, a interface entende que outro equipamento também tentou enviar dados no mesmo tempo. A diferença é que a colisão neste caso não foi do dado de fato evitando que a mensagem se perca.

Full-Duplex: existem canais separados para o envio e recebimento dos dados. Neste caso não ocorrem colisões nos canais pois estes tornam-se vias de mão única permitindo que os dispositivos enviem e recebam dados simultaneamente. Para esse método o mecanismo CSMA não é necessário.

O produto que esta camada gera (PDU – Protocol Data Unit) é chamado de Quadro (Frame) que nada mais é do que o pacote (PDU da camada de Rede) somado aos cabeçalhos com as informações de controle da camada de enlace. Este processo de encapsulamento (adição de cabeçalhos) permite que o protocolo presente no outro dispositivo (destino) saiba o que fazer com os dados recebidos.

O quadro da camada de enlace é a única PDU que além do cabeçalho contém um trailer no final. É o quadro que é convertido de acordo com o sinal do meio físico e este trailer carrega o processo de checagem de erros para que o equipamento destino possa verificar se os dados não sofreram alguma alteração durante a transmissão. De forma genérica, ou seja, independente do protocolo, os campos de um quadro são:

• Flags indicadores de início e fim de quadro – Usados para identificar os limites de início e fim do quadro.
• Endereçamento – Indicam os nós origem e destino no meio físico
• Tipo – Identifica o protocolo da Camada 3 no campo de dados.
• Controle – Identifica serviços especiais de controle de fluxo, como qualidade do serviço (QoS). O QoS é usado para dar prioridade de encaminhamento a certos tipos de mensagens. Os quadros de enlace de dados que transmitem pacotes de voz sobre IP (VoIP) normalmente têm prioridade, pois são sensíveis a atrasos.
• Dados – contêm o payload do quadro (ou seja, cabeçalho do pacote, cabeçalho do segmento e os dados).
• Detecção de Erros – Esses campos do quadro são usados para detecção de erro e são incluídos depois dos dados para formar o trailer.

A camada de enlace de dados fornece o endereçamento que é usado no transporte de um quadro por meio da mídia local compartilhada. Os endereços de dispositivos nesta camada são chamados de endereços físicos. O endereçamento da camada de enlace de dados está contido no cabeçalho do quadro e especifica o nó destino do quadro na rede local. O cabeçalho do quadro também pode conter o endereço de origem do quadro quando usado em redes com múltiplos dispositivos como a Ethernet.

Diferente dos endereços lógicos de Camada 3, que são hierárquicos, os endereços físicos não indicam em qual rede o dispositivo está localizado. Em vez disso, o endereço físico é um endereço exclusivo do dispositivo específico. Se o dispositivo é movido para outra rede ou subrede, ela ainda funcionará com o mesmo endereço físico de Camada 2. Este endereço pertence ao dispositivo físico.

A Ethernet é a tecnologia de LAN que predomina atualmente no mundo. Ela opera na camada de enlace de dados e na camada física. Os padrões do protocolo Ethernet definem muitos aspectos da comunicação de rede, como o formato e o tamanho do quadro, a temporização e a codificação. Quando as mensagens são enviadas entre hosts em uma rede Ethernet, os hosts as formatam no layout de quadro que foi especificado pelos padrões. Ela opera na camada de enlace de dados e na camada física. É uma família de tecnologias de rede, definida nos padrões IEEE 802.2 e 802.3. A Ethernet suporta larguras de banda de dados de:

• 10 Mb/s
• 100 Mb/s
• 1.000 Mb/s (1 Gb/s)
• 10.000 Mb/s (10 Gb/s)
• 40.000 Mb/s (40 Gb/s)
• 100.000 Mb/s (100 Gb/s)

A subcamada LLC no padrão Ethernet trata da comunicação entre as camadas superiores e as camadas inferiores. Isso ocorre normalmente entre o software de rede e o hardware do dispositivo. A subcamada LLC pega os dados do protocolo de rede, normalmente um pacote IPv4, e adiciona informações de controle para ajudar a entregar o pacote ao nó destino. O LLC é usado para se comunicar com as camadas superiores de aplicação e mover o pacote para as camadas inferiores para entrega.

Sua implementação ocorre em software e independe do hardware. Em um computador, a LLC pode ser considerada o software de driver da placa de interface de rede (NIC). O driver da NIC é um programa que interage diretamente com o hardware nela existente para transmitir os dados entre a subcamada MAC e os meios físicos.

A subcamada MAC constitui a subcamada inferior da camada de enlace de dados. Ela é implementada pelo hardware, normalmente na interface de rede do equipamento. Os detalhes estão especificados nos padrões de IEEE 802.3. O processo de encapsulamento de dados inclui a montagem de quadros antes da transmissão e a respectiva desmontagem na recepção. Ao formar o quadro, a camada MAC adiciona um cabeçalho e um trailer à PDU da camada de rede.

A segunda responsabilidade da subcamada MAC é o controle de acesso ao meio, que é responsável pela colocação e pela remoção de quadros no meio físico. Como o nome diz, ele controla o acesso ao meio físico. Esta subcamada se comunica diretamente com a camada física.

A topologia lógica da Ethernet é um barramento multiacesso. Portanto, todos os dispositivos de um único segmento de rede compartilham o meio físico. Fisicamente, sua topologia padrão atual é estrela. A Ethernet é uma rede que usa um método baseado em contenção (CSMA/CD) quando opera em Half Duplex com Hubs. Atualmente os Hubs foram substituídos por Switches e o processo de operação passou a ser full duplex.

O endereço físico ethernet é chamado de MAC. Um endereço MAC Ethernet é um valor binário de 48 bits expresso como 12 dígitos hexadecimais (4 bits por dígito hexadecimal). O valor do endereço MAC é resultado direto de regras impostas pelo IEEE a fornecedores para garantir endereços globalmente exclusivos para cada dispositivo Ethernet. As regras estabelecidas pelo IEEE exigiam que qualquer fornecedor que vendesse dispositivos Ethernet fosse registrado no IEEE. O IEEE atribui ao fornecedor um código de 3 bytes (24 bits) chamado identificador exclusivo da organização (Organizationally Unique Identifier – OUI).

Como todos os endereços, o MAC também segue o padrão de acordo com a opção de entrega na comunicação:

Unicast: comunicação de um dispositivo para um dispositivo. O endereço Unicast usado é o endereço do dispositivo de fato.

Multicast: comunicação de um dispositivo a um grupo de dispositivos. O endereço de multicast MAC associado a um endereço de multicast IPv4 é um valor especial que começa com 01-00-5E em hexadecimal. A parte restante do endereço MAC multicast é criada com a conversão dos 23 bits inferiores do endereço IP do grupo multicast em 6 caracteres hexadecimais. Para um endereço IPv6, o endereço de multicast MAC começa com 33-33.

Broadcast: comunicação de um dispositivo a todos os demais na mesma LAN. O endereço MAC de destino é o endereço MAC de broadcast FF-FF-FF-FF-FF-FF em hexadecimal.

A camada de enlace define o endereço físico a ser usado (unicast, multicast ou broadcast) baseando-se no endereço da camada superior (IP – Camada de Rede) ao ler o pacote e identificar para qual destino lógico o pacote precisa ser levado e assim para qual equipamento físico deverá ser encaminhado no enlace local.

O cabeçalho ethernet proveniente do processo de encapsulamento no quadro na camada é o seguinte:

• Os campos de endereço carregam os MAC Address de origem e destino permitindo que os switches na rede localizem a porta física correta para onde encaminhar o quadro.
• O campo Tipo informa o protocolo da camada superior (pacote) que este quadro carrega.
• Os dados são a PDU da camada superior (pacote).
• O campo FCS possui a checagem de erros através do processo de CRC. Com isso a camada pode identificar se o quadro fora adulterado durante a transmissão e descartá-lo em caso de suspeita de quadro corrompido.

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Qual o principal protocolo da camada de rede?

Quais são os protocolos de rede?

O que é um protocolo de rede?

Quais são as camadas de rede?