Funções da Camada de Enlace

1. Posição na Pilha OSI

A Camada de Enlace (Layer 2 do modelo OSI) é a camada imediatamente acima da Camada Física e abaixo da Camada de Rede. Ela é a primeira camada que introduz inteligência de quadro — uma estrutura lógica com cabeçalho, payload e tráiler, ao contrário do mero fluxo de bits da camada física.

Sua posição estratégica cria uma dualidade funcional:

• Para cima (serviço à Camada de Rede): Recebe datagramas IP e os entrega de forma confiável (quando solicitado) entre dois nós adjacentes.
• Para baixo (uso da Camada Física): Solicita a transmissão de bits, recebendo confirmação de recepção no nível físico.

2. Funções Clássicas

2.1. Delimitação de Quadros (Framing)

A camada física fornece um fluxo contínuo de bits. A camada de enlace precisa identificar onde um quadro começa e termina. As técnicas clássicas são:

Contagem de Caracteres

Cabeçalho contém um campo de comprimento. Solução frágil: se o receptor perde sincronia, todos os quadros subsequentes são perdidos até reinício.

Flag com Byte Stuffing (PPP, HDLC)

Usa-se uma sequência especial (ex.: 0x7E em HDLC) como delimitador. Se a sequência aparece nos dados, é "escapada" por um byte especial (ex.: 0x7D em HDLC, seguido do byte original XOR 0x20). PPP também suporta stuffing de bits em modo síncrono.

Flag com Bit Stuffing (HDLC síncrono, USB)

Sequência especial de 6 bits consecutivos 1 é flag (01111110). Após 5 bits 1 consecutivos nos dados, o transmissor insere um 0 automaticamente. O receptor remove os 0 inseridos após 5 uns.

Violação de Código (4B/5B, 8B/10B)

Aproveita o fato de certos símbolos serem reservados (não-usados na codificação de dados) para marcar delimitadores. 100BASE-TX usa 4B/5B com códigos J (idle 1) e K (idle 2), T (EOF) e R (reset).

2.2. Endereçamento

A camada física não tem noção de quem envia ou recebe. A camada de enlace introduz o endereço físico (MAC em IEEE 802), permitindo que múltiplos dispositivos compartilhem o mesmo meio.

2.3. Controle de Erro

Canais físicos são ruidosos; bits podem ser invertidos. A camada de enlace adiciona:

• Detecção: FCS (Frame Check Sequence), geralmente CRC-32.
• Correção: Forward Error Correction (FEC), como Hamming ou Reed-Solomon (em alguns padrões modernos: 802.11, 802.3bt).

2.4. Controle de Fluxo

Um transmissor rápido não deve saturar um receptor lento. Mecanismos:

• Stop-and-Wait: Transmissor envia um quadro, espera ACK, envia próximo. Ineficiente em canais de alto atraso.
• Sliding Window (Go-Back-N, Selective Repeat): Múltiplos quadros em voo, ACKs numerados.

2.5. Controle de Acesso ao Meio (MAC)

Quando múltiplos dispositivos compartilham o mesmo meio físico, precisa haver um protocolo que decide quem transmite. As três famílias são:

• Contenção (CSMA/CD, CSMA/CA): Dispositivos "escutam" o meio, transmitem se livre, lidam com colisões.
• Token passing (Token Ring, FDDI): Dispositivo com token transmite, passa ao próximo.
• Polling (Bluetooth Piconet, 802.15.4 GTS): Master consulta cada slave.

3. Subcamadas IEEE 802

A IEEE divide a Camada de Enlace em duas subcamadas:

LLC (Logical Link Control — IEEE 802.2)

Subcamada superior. Provê:

• Multiplexação de protocolos superiores (protocol type / DSAP).
• Controle de erro opcional (ARQ).
• Controle de fluxo opcional.

MAC (Medium Access Control)

Subcamada inferior. Define:

• Acesso ao meio (CSMA/CD, CSMA/CA).
• Endereçamento (MAC source/destination).
• Formato do quadro (header + trailer).
• FCS (geralmente CRC-32).

Esta divisão permite que LLC seja independente do meio físico, enquanto MAC é específico (Ethernet vs Wi-Fi vs Token Ring).

4. Serviços Oferecidos à Camada de Rede

A camada de enlace pode oferecer à camada de rede três tipos de serviço:

Sem Conexão e Sem Acknowledgement (Unacknowledged Connectionless)

Mais simples. Quadros enviados sem confirmação. Erros são descartados (recuperação em camada superior).

Aplicação: Ethernet padrão. TCP recupera perdas.

Sem Conexão com Acknowledgement (Acknowledged Connectionless)

Quadros confirmados individualmente, sem estabelecer conexão prévia.

Aplicação: 802.11 Wi-Fi (fragment acknowledgements).

Orientado à Conexão (Connection-Oriented)

Estabelecimento de conexão → transferência → liberação. Cada quadro numerado, ACK seletivo, retransmissão.

Aplicação: Bluetooth L2CAP, PPP com RFC 1663.

5. Tipos de Enlace

Ponto-a-Ponto (Point-to-Point)

Um transmissor, um receptor. Sem necessidade de endereçamento (pode-se omitir MAC em protocolos como HDLC).

Broadcast (Multiponto)

Múltiplos transmissores compartilham o meio. Necessário endereçamento explícito e controle de acesso. Modalidades:

• Unicast: Um emissor, um receptor específico (MAC dst = específico).
• Multicast: Um emissor, grupo de receptores (MAC dst = endereço multicast 01:00:5E:xx:xx:xx para IP multicast).
• Broadcast: Um emissor, todos os receptores (MAC dst = FF:FF:FF:FF:FF:FF).

6. PDU em Cada Camada

A camada de enlace opera sobre quadros (frames), que são a PDU (Protocol Data Unit) L2. A nomenclatura das PDUs em cada camada:

Camada OSI	PDU	Exemplo
7 - Aplicação	Mensagem/Dados	HTTP request
4 - Transporte	Segmento (TCP) / Datagrama (UDP)	TCP segment
3 - Rede	Pacote/Datagrama	IP packet
2 - Enlace	Quadro	Ethernet frame
1 - Física	Bit	Sinal elétrico

Encapsulamento

Ao descer a pilha, cada camada encapsula a PDU da camada superior adicionando seu próprio cabeçalho (e às vezes trailer):

+---+------+----------+----------+----------+----+
|   | Ethernet Header (14B) + FCS (4B) = 18B     |
|   +------+----------+----------+----------+----+
|   | IP Header (20B) | IP Payload               |
|   +------+----------+----------+----------+----+
|   | TCP Header (20B) | TCP Payload             |
|   +------+----------+----------+----------+----+
|   | HTTP Request (data)                        |
+---+------+----------+----------+----------+----+

Total no quadro Ethernet: 14 (Ethernet hdr) + 20 (IP hdr) + 20 (TCP hdr) + N (data) + 4 (FCS) = 58 + N bytes.

7. Domínios de Colisão e de Broadcast

Domínio de Colisão (Collision Domain)

Conjunto de dispositivos que compartilham o meio e podem colidir entre si. Em switches full-duplex modernos, cada porta é seu próprio domínio (sem colisão).

Domínio de Broadcast

Conjunto de dispositivos que recebem o mesmo quadro broadcast. Delimitado por switches com VLANs e por roteadores.

Em switches modernos, cada VLAN é um domínio de broadcast separado, mesmo fisicamente no mesmo switch.

8. Camada de Enlace vs Camada de Rede

Característica	Camada de Enlace (L2)	Camada de Rede (L3)
Endereço	MAC (EUI-48)	IP (32 ou 128 bits)
PDU	Quadro (frame)	Pacote (packet)
Escopo	Local (LAN)	Global (Internet)
Roteamento	Switch/bridge	Roteador
Topologia	Plana (L2)	Hierárquica
Domínio de broadcast	Por VLAN	Por interface
Protocolos	Ethernet, Wi-Fi, PPP	IP, ICMP, ARP