Cisco CCNAv7 - O quadro de enlace e os endereços de camada 2

Introdução

Todo dado que sai do seu computador viaja dentro de um quadro. Ele funciona como o envelope do pacote: traz o endereço do destinatário, o do remetente e um mecanismo para verificar se o conteúdo chegou intacto. Neste post, você vai abrir esse envelope e ver cada campo do quadro, com foco no quadro Ethernet.

A estrutura geral do quadro

Embora cada protocolo tenha seu formato, quase todos os quadros têm três partes:

flowchart LR
  A["Cabeçalho"] --> B["Dados<br/>(o pacote)"] --> C["Final (trailer)"]

Parte	Conteúdo
Cabeçalho	Início do quadro, endereços, tipo do dado transportado e controle
Dados	O pacote da camada de rede (por exemplo, um pacote IP)
Final (trailer)	Verificação de erros e, em alguns protocolos, o fim do quadro

Campos mais comuns

Campo	Para que serve
Início e fim do quadro	Indicam onde o quadro começa e termina, para o receptor saber onde “cortá-lo” do fluxo de bits
Endereçamento	Origem e destino na rede local
Tipo	Informa qual protocolo da camada 3 está dentro (IPv4, IPv6…)
Controle	Informações de controle do fluxo e do enlace (varia por protocolo)
Dados	O conteúdo: o pacote encapsulado
Detecção de erros	Valor calculado a partir do quadro, para o receptor conferir

Note

Não existe um quadro único para toda a camada 2. O formato depende do protocolo (Ethernet, 802.11, PPP etc.). Mas os campos acima aparecem, de uma forma ou de outra, em todos eles.

O quadro Ethernet

O Ethernet (IEEE 802.3) é o padrão das redes locais com fio. Seu quadro tem os seguintes campos:

Campo	Tamanho	Função
Preâmbulo	7 bytes	Padrão de bits alternados (10101010) para sincronizar o receptor
SFD (Start Frame Delimiter)	1 byte	Marca o início do quadro (10101011)
MAC de destino	6 bytes	Endereço da placa que deve receber o quadro
MAC de origem	6 bytes	Endereço da placa que enviou o quadro
EtherType	2 bytes	Identifica o protocolo dentro do quadro
Dados	46 a 1500 bytes	O pacote da camada 3 (com enchimento, se for menor que 46)
FCS (Frame Check Sequence)	4 bytes	Verificação de erros (CRC de 32 bits)

Os campos aparecem nesta ordem no quadro, do primeiro bit enviado ao último: preâmbulo, SFD, MAC de destino, MAC de origem, EtherType, dados e FCS.

Valores comuns do EtherType

EtherType (hexa)	Protocolo
0x0800	IPv4
0x86DD	IPv6
0x0806	ARP

Veja como isso se liga à subcamada LLC: é o EtherType que informa quem deve receber o conteúdo na camada de rede.

Tamanhos do quadro

O preâmbulo e o SFD não são contados no tamanho do quadro. A contagem vai do MAC de destino ao FCS:

Parte	Cálculo	Resultado
Overhead (cabeçalho e final)	6 + 6 + 2 + 4	18 bytes
Tamanho mínimo do quadro	18 + 46	64 bytes
Tamanho máximo do quadro	18 + 1500	1518 bytes

Situação	O que acontece
Quadro menor que 64 bytes	É chamado de runt e é descartado
Quadro maior que 1518 bytes	É chamado de giant e é descartado (a menos que a rede esteja configurada para quadros jumbo)

Note

A tag VLAN 802.1Q, que você verá em outros módulos do CCNA, acrescenta 4 bytes ao quadro, e o máximo passa a ser 1522 bytes. Os dados continuam limitados a 1500 bytes (o MTU).

Como o FCS funciona

1. O emissor calcula um valor (o CRC) com base em todos os campos do quadro e o coloca no FCS.
2. O receptor refaz o cálculo e compara com o FCS recebido.
3. Se os valores forem diferentes, o quadro está corrompido e é descartado.

Atenção

A camada de enlace detecta o erro, mas não o corrige. A recuperação (retransmissão) fica a cargo dos protocolos das camadas superiores, como o TCP.

Endereços de camada 2

Os endereços do quadro Ethernet são endereços MAC, de 48 bits (6 bytes), escritos em hexadecimal (como 00:1A:2B:3C:4D:5E). Se precisar, revise o post sobre o sistema hexadecimal.

Tipos de destino

Tipo	Endereço de destino	Quem recebe
Unicast	O MAC de uma placa	Um único dispositivo
Broadcast	FF:FF:FF:FF:FF:FF	Todos os dispositivos da rede local
Multicast	Começa com 01:00:5E (IPv4) ou 33:33 (IPv6)	Um grupo de dispositivos

O endereço de camada 2 muda a cada salto

O endereço MAC só vale dentro da rede local. Quando o pacote atravessa um roteador, o quadro é removido e um novo quadro, com novos MACs, é criado para a próxima rede. Já o endereço IP (de origem e de destino) permanece o mesmo.

flowchart LR
  A["PC1"] --> B["Roteador 1"] --> C["Roteador 2"] --> D["Servidor"]

Trecho	MAC de origem	MAC de destino	IP de origem	IP de destino
PC1 → Roteador 1	MAC do PC1	MAC do Roteador 1 (porta voltada para o PC1)	IP do PC1	IP do servidor
Roteador 1 → Roteador 2	MAC do Roteador 1 (porta de saída)	MAC do Roteador 2	IP do PC1	IP do servidor
Roteador 2 → Servidor	MAC do Roteador 2 (porta de saída)	MAC do servidor	IP do PC1	IP do servidor

Dica

Resumo para memorizar: o MAC muda a cada salto; o IP não muda (ao longo do caminho, sem considerar NAT).

Quadros de LAN e de WAN

Rede	Protocolos de quadro	Observações
LAN com fio	Ethernet (802.3)	Endereços MAC, FCS de 32 bits
LAN sem fio	802.11 (Wi-Fi)	Quadro com mais campos (inclusive até quatro endereços), pois o ponto de acesso intermedeia a comunicação
WAN (ponto a ponto)	PPP, HDLC	Como há só dois nós, os endereços têm pouca importância
WAN (legado)	Frame Relay, ATM	Raramente vistos hoje

Mini laboratório: observando os campos de um quadro

Objetivo: ver os campos reais de um quadro Ethernet.

Parte 1: no Packet Tracer (Simulation)

1. Monte dois PCs ligados a um switch, com IPs 192.168.10.1/24 e 192.168.10.2/24.
2. Mude para o modo Simulation e envie um ping do PC0 para o PC1 (use o botão Add Simple PDU ou o ping no Command Prompt).
3. Clique no envelope que aparece e abra Inbound PDU Details e Outbound PDU Details.
4. Na aba da camada 2, anote o MAC de origem, o MAC de destino e o tipo do quadro.

Parte 2: no seu computador, com Wireshark

1. Descubra o MAC do seu gateway (roteador). No Linux:

ip neigh show

No Windows:

arp -a

2. Abra o Wireshark, escolha a interface em uso e inicie a captura.
3. Em um terminal, rode:

ping -c 4 8.8.8.8

No Windows, use ping -n 4 8.8.8.8.

4. Pare a captura e aplique o filtro icmp.
5. Clique em um pacote e expanda a linha Ethernet II. Anote:

Campo	Valor observado
MAC de destino	?
MAC de origem	?
EtherType	?

6. O MAC de destino é o do gateway, e não o do 8.8.8.8. Por quê?

Parte 3: calcule

Situação	Resultado
Dados de 100 bytes: qual o tamanho do quadro (sem preâmbulo)?	?
Dados de 20 bytes: qual o tamanho final do quadro?	?
Qual a porcentagem de dados úteis em um quadro de 1518 bytes?	?

Ver respostas

• Parte 2, item 6: o destino (8.8.8.8) está fora da rede local. O quadro vai para o gateway, que o encaminhará. O IP de destino continua sendo 8.8.8.8, mas o MAC de destino é o do próximo salto.
• EtherType: 0x0800 (IPv4).

Situação	Resultado
100 bytes de dados	100 + 18 = 118 bytes
20 bytes de dados	Complete com 26 bytes de enchimento até 46, e some 18: 64 bytes
Porcentagem de dados úteis em 1518 bytes	1500 ÷ 1518 ≈ 98,8%

Perguntas para fixar:

• Que campo do quadro Ethernet indica que o conteúdo é um pacote IPv4?
• Qual é o tamanho mínimo de um quadro Ethernet?
• O que o receptor faz se o FCS calculado for diferente do recebido?

Ver respostas

• O campo EtherType, com o valor 0x0800.
• 64 bytes (do MAC de destino ao FCS).
• Descarta o quadro. A retransmissão, se houver, é feita por protocolos das camadas superiores.

Resumo

• O quadro tem cabeçalho, dados (o pacote) e final (verificação de erros).
• O quadro Ethernet tem: preâmbulo (7 B), SFD (1 B), MAC de destino (6 B), MAC de origem (6 B), EtherType (2 B), dados (46 a 1500 B) e FCS (4 B).
• O tamanho do quadro Ethernet vai de 64 a 1518 bytes; o overhead é de 18 bytes.
• O FCS (CRC de 32 bits) detecta erros; o quadro corrompido é descartado.
• Endereços de camada 2 são MACs (unicast, broadcast, multicast) e mudam a cada salto; o IP não muda.
• LANs com fio usam Ethernet; redes sem fio usam 802.11; WANs usam PPP e HDLC, entre outros.

Próximo passo

Você concluiu o conteúdo do Módulo 6. Na próxima página, há exercícios para praticar a camada de enlace de dados.