Quais são as camadas do protocolo IEEE e quais são as suas funções?

A Ethernet é hoje a tecnologia mais usada para redes locais

A Ethernet opera na camada de enlace de dados e na camada física. É uma família de tecnologias de redes de comunicação definida nos padrões IEEE 802.2 e 802.3. A Ethernet suporta larguras de banda de dados de:

• 10 Mb/s

• 100 Mb/s

• 1000 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)

Como mostrado na Figura 1, os padrões Ethernet definem os protocolos de Camada 2 e as tecnologias de Camada 1. Para os protocolos de Camada 2, como em todos os padrões IEEE 802, a Ethernet se baseia em duas subcamadas separadas da camada de enlace de dados para operar, o Controle lógico de link (LLC) e as subcamadas MAC.

Subcamada LLC

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

O LLC é implementado no software, e sua implementação independe do hardware. Em um computador, o LLC pode ser considerado o software do driver para a placa de rede. O driver da placa de rede é um programa que interage diretamente com o hardware na placa de rede para transmitir os dados entre a subcamada MAC e os meios físicos.

Subcamada MAC

O MAC constitui a subcamada inferior da camada de enlace de dados. O MAC é implementado pelo hardware, normalmente na placa de rede do computador. Os detalhes estão especificados nos padrões IEEE 802.3. A Figura 2 relaciona os padrões comuns de Ethernet IEEE.

Redes Ópticas I: Redes Ethernet

O padrão Ethernet foi desenvolvido por Bob Metcalfe em 1972, seu memorando descreve o sistema de rede Ethernet e o potencial de sua tecnologia que inicialmente utilizava uma rede com uma topologia em barramento com cabos coaxiais e taxa de transmissão de 2,94 Mbps. A Figura 12 é um rascunho da primeira rede Ethernet (PINHEIRO, 2008).

Figura 12: Rascunho da primeira rede Ethernet

Fonte: (KUROSE; ROSS, 1999).

Modelo OSI

De acordo com (STALLINGS, 2007), o modelo OSI consiste em sete camadas e foi desenvolvido pela International Organization for Standardization (ISO) e teve como principal objetivo de se tornar um modelo no desenvolvimento dos protocolos de comunicação.

Camada de aplicação

A camada de aplicação corresponde às aplicações no topo da camada OSI que serão utilizadas para promover uma interação entre a máquina-usuário. Fornece acesso aos aplicativos e possibilita o acesso do usuário aos serviços de rede.

Camada de apresentação

A camada de apresentação recebe e converte os dados da camada de aplicação em um formato entendido pelo protocolo, para minimização de interferência.

Camada de sessão

A camada de sessão permite a troca de informações e transmissão de dados entre hosts, caso a rede falhar, é reiniciado a comunicação a partir da última atualização recebida pelo computador receptor.

Camada de transporte;

Responsável por receber dados da camada de sessão, a camada de transporte transforma os dados recebidos em pacotes e enviam para a camada de rede, e no receptor realiza o processo inversamente. Esse fluxo contém o controle, ordenação e correção de possíveis erros, garantido a entrega sem perdas de dados.

Camada de rede

A camada de rede é responsável pelo encaminhamento dos dados através da interligação de redes, endereçamento de pacotes de dados, e conversão de endereços lógicos (IP) em endereços físicos ou MAC. Dentro da mesma, a camada 3 (layer 3) do modelo OSI, é onde trabalham os roteadores, promovendo serviços relacionados ao processo de encaminhamento. (CISCO, 2008)

Camada de enlace de dados

A camada de enlace de dados é responsável pela conversão dos dados de segurança em bits dos pacotes recebidos pela camada de rede e transmitindo através de cabeamento. Depende dos protocolos que entregam desde o transmissor, até ao receptor, em um único enlace.

Camada física.

A camada física é responsável pelo acesso físico da rede, como especificações elétricas e mecânicas, onde é definida as taxas de dados e distancias de transmissão, nível de tensão e conectores físicos. Sua função é a transferência de dados, gerenciamento de conexões e adaptar o sinal lógico em sua transmissão.

A intenção do modelo OSI é de que protocolos sejam desenvolvidos para executar a função de cada camada. A Figura 13 ilustra o modelo OSI e descreve de forma sucinta as funções executadas por cada camada.

Figura 13: Modelo OSI

Fonte: (STALLINGS, 2007), modificado pelo autor

Padrão ETHERNET (IEEE 802.3).

O padrão Ethernet é constituído basicamente de três elementos: o meio físico, regras de controle e acesso ao meio e o quadro ethernet. O padrão define também como os dados serão transmitidos através dos cabos de rede e sua função é agrupar os dados recebidos dos protocolos de alto nível como por exemplo o protocolo TCP/IP, para então agrupá-los em quadros e transmiti-los através da rede.

É importante notar que quando os dados são transmitidos em redes locais, chama-se as unidades de dados como quadros, pois precisa-se do endereço MAC do equipamento de origem e do equipamento de destino. Entretanto, se o equipamento de destino não estiver localizado em sua rede local as unidades de dados passarão a chamar-se pacotes, pois o endereço da rede no pacote contém o endereço de destino final para qual os dados serão enviados. (PINHEIRO, 2008)

Padronização

O padrão Ethernet refere-se aos elementos descritos nas camadas 1 e 2 do modelo OSI, ou seja, a camada física e enlace respectivamente. Com o propósito de tratar da complexidade de um padrão as subcamadas podem ser incluídas, e o modelo OSI é uma ferramenta organizacional e explicativa, estão ligados em uma linha de transmissão todos os computadores de uma rede Ethernet e a comunicação faz-se um protocolo de acesso múltiplo com vigilância de portador Carrier Sense e detecção de colisão. O padrão LAN interessante a esse trabalho é IEEE 802.8 sobre fibra óptica encontrado no site IEEE. A Tabela 6 representa o padrão Ethernet.

Os dados atuais do protocolo Ethernet são:

• 10 megabits/seg: 10Base-T Ethernet (IEEE 802.3).
• 100 megabits/seg: Fast Ethernet (IEEE 802.3u).
• 1 gigabits/seg: Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z).
• 10 gigabits/seg: 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae).

Tabela 6: Ethernet

Fonte: (Próprio autor, 2016).

A arquitetura Ethernet possui a camada de link lógico, onde as informações são incluídas em alto nível do protocolo do que foi entregue ao pacote de dados transmitido; camada de acesso ao meio, onde o quadro de dados a ser transmitido é montado pela camada física e recebidos os dados da camada de controle de link lógico; e a camada física, que permite a transmissão de quadros entregas da camada de controle, definindo como será realizando a transmissão dos dados pelo cabeamento da rede. (STALLINGS, 2007)

Elementos básicos do Ethernet

Quando os blocos de montagem abaixo são combinados, criam um sistema Ethernet:

• Camada 1: o meio físico consiste em hardware usado para transporte de sinais e os componentes de sinalização que consistem em receber e enviar sinal para os dispositivos eletrônicos.
• Camada 2 o quadro (frame) Conjunto de bits padronizado para transporte de dados pelo sistema e o MAC que são as regras embutidas na Ethernet para permitir os computadores ter acesso ao canal.

Em relação com modelo OSI o controle de lógico de ligação define a transferência de dados nas camadas superiores e o controle de acesso ao meio é uma comunicação direta com a placa adaptadora de rede e o controle de enlace lógico junto com o enlace de dados que tem o controle de acesso ao meio MAC e física. A Figura 14 ilustra um controle lógico.

Figura 14: Controle lógico

Fonte: (STALLINGS, 2007), modificado pelo autor

Método de Acesso

O método de acesso é o CSMA/CD com capacidade de detectar a ocorrência de colisão durante a transmissão, estação envia a mensagem e monitora a linha para detectar a possível colisão, o procedimento de retransmissão começa no momento da detecção da colisão, utiliza processo de contenção denominada Binary Exponential Backoff e é baseado na quantidade de trafego.

O método de acesso com o CSMA/CD pode ser quando a estação ouve antes de transmitir (carrier sense), a estação ouve enquanto transmite e qualquer estação é possível transmitir caso tenha um meio livre, caso ocorra transmissões simultâneas, ocorre uma colisão e é interrompido a transmissão, portadoras retiradas e a rede liberada, tempo de espera definidos e após 16 tentativas sem sucesso há condição de erro.

Detecção de Erros

Pode-se encontrar erros durante a transmissão de dados devidos as falhas na transmissão, defeitos de componentes, ruídos eletromagnéticos entre outros problemas, para que isso o sistema gera códigos de correção ou detecção de erros, enviando informações redundantes a cada bloco de dados corrigindo os possíveis erros e incluindo informações para que o receptor detecte os erros e receba a informação correta, caso tenha erros é possível que a tenha uma nova transmissão. O erro resolve-se com um sistema de comunicação seguro.

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