A camada de conexão Wi-Fi (802.11 ou Wi-Fi)

Novembro 2017

A camada da conexão de dados

A camada de conexão de dados da norma 802.11 é composta por duas subcamadas, a camada de controle da conexão lógica (LLC - Logical Link Control) e a camada de controle de acesso ao suporte (MAC - Media Access Control).


A camada MAC define dois métodos de acesso diferentes: o método CSMA/CA, que utiliza a Distributed Coordination Function (DCF) e o método Point Coordination Function (PCF).

O método de acesso CSMA/CA

Numa rede local Ethernet tradicional, o método de acesso utilizado pelas máquinas é o Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD), no qual cada máquina é livre de se comunicar a qualquer momento. Toda 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 aguardam durante um tempo aleatório, antes de recomeçar a emitir.

Num ambiente sem fio, este método não é possível na medida em que duas estações que se 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 Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA). O protocolo CSMA/CA utiliza um mecanismo de anti-colisão baseado num princípio de recepção recíproca entre o emissor e o receptor:


RTS/CTS/Data/ACK
A estação que quer emitir ouve a rede. Se a rede estiver congestionada, a transmissão será diferida. Caso contrário, se os meios de comunicação estiverem livres durante um determinado tempo (chamado DIFS - Distributed inter Frame Space), então, a estação poderá emitir. A estação transmitirá uma mensagem chamada Request to send (RTS – Pedido a ser emitido) com informações sobre o volume de dados que ela quer emitir, além de sua velocidade de transmissão. O receptor (geralmente, um ponto de acesso) responderá Clear To Send (CTS - ok para emitir) e, assim, a estação começará a emissão dos dados.

Na recepção de todos os dados emitidos pela estação, o receptor enviará um aviso de recepção (ACK). Todas as estações vizinhas esperarão um tempo que consideram ser o necessário para a transmissão do volume da informação a ser emitida na velocidade anunciada.

Soma de controle

A camada MAC do protocolo 802.11 oferece um mecanismo de controle de erro que permite verificar a integridade das tramas. Trata-se de uma diferença fundamental com o padrão Ethernet. Na realidade, a Ethernet não propõe nenhum sistema de detecção ou correção 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 controle de erro foi integrado ao nível da camada de ligação de dados. O controle de erro baseia-se no seguinte polinômio 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 fio aumenta geralmente com pacotes de tamanho 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 de um cabeçalho (chamada MAC header, com um comprimento de 30 bytes), de um corpo e de um FCS (Frame Sequence Check) que permite a correção 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 a 2312 bytes)
FCS
(2)

Veja a descrição destes campos:

FC (Frame Control): 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: este campo de 2 bits permitirá considerar 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 o subtipo das tramas explicadas no quadro abaixo. O tipo gestão corresponde aos pedidos de associação assim como as mensagens de anúncio do ponto de acesso. O tipo controle é usado para o acesso aos meios de comunicação para pedir autorizações para emitir. Por último, o tipo dados diz respeito ao envio de dados (a maior parte do tráfego da rede).

To DS: este bit vale 1 quando a trama se destina ao sistema de distribuição (DS), ele 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: este bit vale 1 quando a trama provém do sistema de distribuição (DS), ele vale zero nos outros casos. Assim, quando os dois campos To e From são posicionados em zero, trata-se de uma comunicação direta entre duas estações (modo ad hoc).

More Fragments (fragmentos suplementares): permite indicar (quando vale 1) que restam fragmentos a serem transmitidos.

Retry: este bit especifica que o fragmento em curso é uma retransmissão de um fragmento previamente enviado (e certamente perdido).

Power Management (gestão de energia): indica, quando ele está em 1, que a estação que enviou este fragmento entra em modo de gestão de energia.

More Data (gestão de energia) : este bit, utilizado para o modo de gestão de energia, é usado pelo ponto de acesso para especificar a uma estação que tramas adicionais estão armazenadas esperando.

WEP : este 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 do uso do canal de transmissão.

Campo de endereços: uma trama pode conter até 3 endereços além do endereço de 48 bits.

Controle de sequência: este campo permite distinguir os diversos fragmentos de uma mesma trama. Ele é composto por dois subcampos que permitem ordenar os fragmentos novamente: o número do fragmento e o número da sequência.

CRC: é uma soma de controle que serve para verificar a integridade da trama.

A tabela abaixo resume os tipos e subtipos de tramas encapsulados no campo de controle de trama do cabeçalho MAC:



Tipo

Descrição do tipo

Subtipo

Descrição do subtipo

00

Management (gestão)

0000

Association request (pedido de associação)

00

Management (gestão)

0001

Association response (resposta de associação)

00

Management (gestão)

0010

Reassociation request (pedido de nova associação)

00

Management (gestão)

0011

Reassociation response (pedido de nova associação)

00

Management (gestão)

0100

Probe request (pedido de verificação)

00

Management (gestão)

0101

Probe response (resposta de verificação)

00

Management (gestão)

0110-0111

Reserved (reservado)

00

Management (gestion)

1000

Beacon (tag)

00

Management (gestão)

1001

Annoucement traffic indication message (ATIM)

00

Management (gestão)

1010

Disassociation (desassociação)

00

Management (gestão)

1011

Authentication (autenticação)

00

Management (gestão)

1100

Deauthentication (desautenticação)

00

Management (gestão)

1101-1111

Reserved (reservado)

01

Control (controle)

0000-1001

Reserved (reservado)

01

Control (controle)

1010

Power Save (PS)-Poll (economia de energia)

01

Control (controle)

1011

Request To Send (RTS)

01

Control (controle)

1100

Clear To Send (CTS)

01

Control (controle)

1101

ACK

01

Control (controle)

1110

Contention Free (CF)-end

01

Control (controle)

1111

CF-end + CF-ACK

10

Data (dados)

0000

Data (dados)

10

Data (dados)

0001

Data (dados) + CF-Ack

10

Data (dados)

0010

Data (dados) + CF-Poll

10

Data (dados)

0011

Data (dados) + CF-Ack+CF-Poll

10

Data (dados)

0100

Null function (no Data (dados))

10

Data (dados)

0101

CF-Ack

10

Data (dados)

0110

CF-Poll

10

Data (dados)

0111

CF-Ack + CF-Poll

10

Data (dados)

1000-1111

Reserved (reservado)

11

Data (dados)

0000-1111

Reserved (reservado)

Point Coordination Function (PCF)

O Point Coordination Function (PCF) é um modo de acesso controlado. Ele se baseia na interrogação, uma a uma, das estações, ou polling, controlada pelo ponto de acesso. Uma estação pode emitir apenas se for autorizada e só pode receber se for selecionada. Este método foi concebido para as aplicações em tempo real (vídeo ou voz) que precisam de uma gestão do prazo durante as transmissões de dados.

The Wi-Fi link layer
The Wi-Fi link layer
La capa de enlace Wi-Fi
La capa de enlace Wi-Fi
La couche liaison Wi-Fi (802.11 ou WiFi)
La couche liaison Wi-Fi (802.11 ou WiFi)
Il livello collegamento Wi-Fi (802.11 o WiFi)
Il livello collegamento Wi-Fi (802.11 o WiFi)
Última modificação: 3 de julho de 2017 às 14:56 por Pedro.CCM.
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