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A camada ligação Wi-Fi (802.11 ou WiFi)

Fevereiro 2015

A camada da ligação de dados

A camada Ligação de dados da norma 802.11 é composta por duas sub-camadas: a camada de controlo da ligação lógica (Logical Link Control, notado LLC) e a camada de controlo de acesso ao apoio (Media Access Control, ou MAC).

A camada MAC define dois métodos de acesso diferentes :

  • O método CSMA/CA, que utiliza oDistributed Coordination Function (DCF)
  • O método Point Coordination Function (PCF)

O método de acesso CSMA/CA

Numa rede local Ethernet clássica, o método de acesso utilizado pelas máquinas é o CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect), no qual cada máquina é livre de comunicar a qualquer momento. Cada máquina que envia uma mensagem verifica se nenhuma outra mensagem foi enviada ao mesmo tempo por outra máquina. Se for o caso, as duas máquinas esperam durante um tempo aleatório antes de recomeçar a emitir.

Num ambiente sem fios, este método não é possível na medida em que as duas estações que comunicam com um receptor não se ouvem necessariamente mutuamente, devido ao seu raio de alcance. Assim, a norma 802.11 propõe um protocolo similar chamado CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance).

O protocolo CSMA/CA utiliza um mecanismo de evasão de colisão baseado num princípio de avisos de recepção recíprocos entre o emissor e o receptor:

RTS / CTS / Data / ACK


A estação que quer emitir ouve a rede. Se a rede está engarrafada, a transmissão é diferida. No caso contrário, se os meios de comunicação estiverem livres durante um tempo dado (chamado DIFS para Distributed inter Frame Space), então a estação pode emitir. O receptor (geralmente, um ponto de acesso) responde um Clear To Send (CTS, significando o campo está livre para emitir), e seguidamente a estação começa a emissão dos dados.

 

Quando recebeu todos os dados emitidos pela estação, o receptor envia um aviso de recepção (ACK). Todas as estações vizinhas então então durante um tempo que consideram ser o necessário para a transmissão do volume de informação a emitir à velocidade anunciada.

Soma de controlo

A camada MAC do protocolo 802.11 oferece um mecanismo de controlo de erro que permite verificar a integridade das tramas. Trata-se de uma diferença fundamental com o padrão Ethernet. Com efeito, o Ethernet não propõe nenhum sistema de detecção ou correcção de erros, esta tarefa é deixada para os protocolos de transportes de nível superior (TCP).

Numa rede sem fios, a taxa de erro é mais elevada, é a razão pela qual um controlo de erro foi integrado a nível da camada ligação de dados. O controlo de erro baseia-se no seguinte polinómio de grau 32:

x32+x26+x23+x22+x16+x12+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

Fragmentação e remontagem

Por outro lado, a taxa de erro de transmissão nas redes sem fios aumenta geralmente com pacotes de dimensão considerável, é a razão pela qual a norma 802.11 oferece um mecanismo de fragmentação, permitindo recortar uma trama em vários pedaços (fragmentos).

Formato das tramas

O padrão 802.11 define o formato das tramas trocadas. Cada trama é constituída por uma rubrica (chamada MAC header, de um comprimento de 30 bytes), um corpo e um FCS (Frame Sequência Check) que permite a correcção do erro.

FC
(2)
D/ID
(2)
Endereço 1
(4 octets)
Endereço 2
(4 octets)
Endereço 3
(4 octets)
SC
(2)
Endereço 4
(4 octets)

Corpo da trama
(0 à 2312 octets)
FCS
(2)



Eis a descrição destes campos :

  • FC (Frame Controlo): este campo de dois bytes é constituído pelas informações seguintes:


Versão de protocolo
(2 bits)
Tipo
(2 bits)
Subtipo
(4 bits)
To DS
(1 bit)
From DS
(1 bit)
More Frag
(1 bit)
Retry
(1 bit)
Power Mgt
(1 bit)
More Data
(1 bit)
WEP
(1 bit)
Order
(1 bit)


    • Versão de protocolo : estes campos de 2 bits permitirão ter em conta as evoluções de versão do padrão 802.11. O valor é igual a zero para a primeira versão
    • Tipo e subtipo: estes campos, respectivamente de 2 e 4 bits, definem o tipo e subtipo das tramas explicadas no quadro abaixo. O tipo gestão corresponde aos pedidos de associação bem como as mensagens de anúncio do ponto de acesso. O tipo controlo é utilizado para o acesso aos meios de comunicação para pedir autorizações para emitir. Por último, o tipo dados refere-se ao envios de dados (a maior parte do tráfego da rede).
    • To DS: esta bit vale 1 quando a trama se destina ao sistema de distribuição (DS), vale zero nos outros casos. Qualquer trama enviada por uma estação com destino a um ponto de acesso possui assim um campo To DS posicionado em 1.
    • From DS: esta bit vale 1 quando a trama provém do sistema de distribuição (DS), vale zero nos outros casos. Assim, quando os dois campos To e From estão a zero, trata-se de uma comunicação directa entre duas estações (mode ad hoc).
    • More Fragments (fragmentos suplementares): permite d indicar (quando vale 1) que ainda há fragmentos a transmitir
    • Retry : esta bit especifica que o fragmento corrente é uma retransmissão de um fragmento previamente enviado (e certamente perdido)
    • Power Gestão (gestão de energia ): indica, quando é de 1, que a estação que enviou este fragmento entra em modo de gestão de energia
    • More Datar (gestão de energia) : esta bit, utilizada para o modo de gestão de energia, é utilizada pelo ponto de acesso para especificar a uma estação que tramas suplementares estão armazenadas em espera.
    • WEP : esta bit indica que o algoritmo de codificação WEP foi utilizado para codificar o corpo da trama.
    • Order (ordem): indica que a trama foi enviada utilizando a classe de serviço estritamente ordenada (Strictly-Ordered service class)
  • Duração/ID : Este campo indica a duração de utilização do canal de transmissão.
  • Campos endereços : uma trama pode conter até 3 endereços além do endereço de 48 bits
  • Controlo de sequência : este campo permite distinguir os diversos fragmentos de uma mesma trama. É composto por dois sub-campos que permitem de reordenar os fragmentos:
    • O número de fragmento
    • O número de sequência
  • CRC : uma soma de controlo que serve para verificar a integridade da trama.



Point Coordination Function (PCF)

O Point Coordination Function (PCF) é um modo de acesso controlado. Assenta na interrogação, uma a uma, das estações, ou polling, controlada pelo ponto de acesso. Uma estação pode emitir apenas se for autorizada e pode receber apenas se for seleccionada. Este método foi concebido para as aplicações em tempo real (vídeos, vozes) que necessitam uma gestão do prazo aquando das transmissões de dados.

Para uma leitura offline, é possível baixar gratuitamente este artigo no formato PDF:
A-camada-ligacao-wi-fi-802-11-ou-wifi.pdf

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