Ligação de dados

A camada física entrega bits; a camada de ligação de dados entrega tramas entre vizinhos diretos, com princípio, fim e garantia de que o conteúdo chegou intacto ou então volta a pedir-se. É o contrato “do próximo salto”, usado em cada cabo e em cada troço de rádio da rede.

Delimitar e proteger a trama

O recetor precisa de saber onde começa e acaba cada trama. A técnica comum é reservar sequências especiais como delimitadores e fugir dessas sequências quando aparecem nos dados (bit stuffing): depois de cinco uns seguidos, o emissor insere um zero extra, e o recetor remove-o. Assim o delimitador nunca aparece por acidente dentro dos dados.

Proteger significa detetar erros. O mecanismo de trabalho é o CRC (verificação de redundância cíclica): o emissor divide os dados por um gerador acordado e cola o resto à trama; o recetor repete a divisão e só aceita a trama se o resto der zero. Todo o cálculo é feito bit a bit com ou-exclusivo, sem empréstimos nem transportes.

Segue um exemplo completo. Dados 1010, gerador 1011 (grau 3, por isso três bits de CRC). Acrescenta três zeros aos dados: 1010000. Divide por 1011:

• Primeiros quatro bits 1010; começa por 1, faz ou-exclusivo com 1011 e dá 0001; desce o zero seguinte e fica 0010.
• Começa por 0, não faz nada; desce o zero seguinte e fica 0100.
• Começa por 0, não faz nada; desce o último zero e fica 1000.
• Começa por 1, faz ou-exclusivo com 1011 e dá 0011. Acabaram os bits: o CRC é 011.

A trama transmitida é 1010011. Confirma: dividir 1010011 por 1011 dá resto zero, por isso o recetor aceita. Se um bit se corromper pelo caminho, o resto deixa de dar zero e a trama é descartada. O CRC não corrige, só acusa, e fá-lo muito bem: com um gerador decente, erros de rajada curtos são sempre apanhados.

ARQ: pedir outra vez

Descartar não chega; alguém tem de voltar a pedir. Os protocolos ARQ numeram as tramas e usam confirmações (ACK): o recetor confirma o que chegou bem, e o emissor retransmite o que não foi confirmado dentro de um temporizador. O stop-and-wait envia uma trama e para à espera do ACK; o go-back-N e a retransmissão seletiva mantêm várias tramas em voo e só repetem as que falharam.

O stop-and-wait mostra o custo da espera. Uma trama de 1000 bits a 1 Mbps demora 1 ms a transmitir; se a ida e volta (RTT) for 20 ms, a ligação passa 1 ms a trabalhar e 20 ms à espera. A utilização é $1 / (1 + 20)$, menos de 5 por cento. Em ligações longas ou rápidas, parar à espera é um luxo, e é por isso que os protocolos reais usam janelas de várias tramas.

Controlo de fluxo

O emissor também não pode afogar o recetor. O controlo de fluxo limita quantas tramas podem estar em voo sem confirmação: a janela deslizante do emissor avança à medida que chegam ACKs, e o tamanho da janela é negociado com a capacidade do recetor. É uma ideia simples com uma consequência importante: a janela limita o débito máximo a $\text{janela} / RTT$, por muito rápida que seja a ligação. Vais reencontrar esta fração no controlo de congestionamento, onde o limite passa a ser a rede em vez do recetor.