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Camada 2 - Enlace

A principal função da Camada de Enlace é fornecer um meio confiável para a transmissão de quadros (frames) entre dois dispositivos diretamente conectados na mesma rede (normalmente, na mesma LAN). Esta camada detecta e, opcionalmente, corrige erros que possam acontecer na camada física. É responsável pela transmissão e recepção (delimitação) de quadros e pelo controle de fluxo. Ela também estabelece um protocolo de comunicação entre sistemas diretamente conectados

1. Introdução​

Essa camada se concentra na transferência de dados de forma confiável, detectando e corrigindo erros que possam ocorrer durante a transmissão, e gerencia o acesso ao meio físico.

Ela trata de:

  • Endereçamento físico (MAC Address)

  • Delimitação e estruturação de quadros

  • Detecção e controle de erros de transmissão

  • Controle de acesso ao meio de transmissão (MAC – Medium Access Control)

  • Gerenciamento do fluxo de dados

Em outras palavras, ela organiza os bits da camada física em estruturas significativas (quadros), controla quem pode usar o meio de transmissão e aplica mecanismos para garantir que os dados cheguem com integridade. Ao receber um pacote a camada de enlace precisa adicionar informação a esse pacote

Essa informação pode ser:

  • Umcabeçalho e/ou trailer
  • Cabeçalho adicionado ao início do pacote
  • Trailer adicionado ao fim do pacote

2. Subcamadas da Camada 2​

A Camada de Enlace é dividida em duas subcamadas

Enlace

O LLC atua como uma interface entre a camada de rede (camada 3 do modelo OSI) e a camada de enlace de dados (camada 2 do modelo OSI), facilitando a comunicação entre as redes. Ele fica responsável pela identificação de protocolos da camada superior(camada de rede) (ex: IPv4, IPv6, ARP).

  • Define como os dados da camada de rede são encapsulados em quadros.

  • Controla a comunicação lógica entre os dispositivos.

  • Usa mecanismos opcionais de controle de fluxo e erro (raramente usados em redes Ethernet modernas).

2.2 MAC (Medium Access Control)​

É UM conjunto de protocolos e regras que controlam como os dispositivos podem acessar e compartilhar a capacidade de transmissão em uma rede. A camada MAC garante que as transmissões de dados sejam eficientes e sem colisões, especialmente em redes compartilhadas como Ethernet.

  • Define como um dispositivo pode acessar e usar o meio físico.

  • Controla o envio e recebimento de quadros dentro de um domínio de colisão.

Responsável também pelo envio de quadros, verificação de integridade com CRC, controle de transmissão em redes compartilhadas (ex: CSMA/CD no Ethernet tradicional).

3. Endereçamento MAC​

MAC (Media Access Control) Address É um identificador físico e único atribuído a cada interface de rede (NIC) de um dispositivo.Funciona como uma placa de matrícula digital para cada dispositivo, permitindo que os switches e roteadores encaminhem corretamente os pacotes de dados para o destinatário correto.

MAC adress

Os endereços MAC são geralmente fixos e não podem ser alterados, a menos que o dispositivo seja substituído ou a placa de rede seja alterada.

Representado em hexadecimal: 00:1A:2B:3C:4D:5E

  • Os três primeiros octetos identificam o fabricante (OUI – Organizationally Unique Identifier).

  • Os três últimos identificam unicamente o dispositivo.

Funções do MAC Address:

  • Identificar o destinatário de um quadro dentro de uma LAN.

  • Permitir a filtragem e controle de acesso em switches e controladores de rede.

3.1 Switches e o MAC adress​

Os switches operam na Camada 2 encaminhando quadros com base nos MAC Addresses. Então ele:

  • Mantém uma tabela MAC para associar endereços físicos a portas.

  • Encaminha tráfego unicast de forma seletiva.

  • Cria domínios de colisão individuais por porta.

  • Pode implementar funcionalidades de segurança (ACLs, autenticação, espelhamento).

3.2 ARP — Address Resolution Protocol​

A comunicação entre duas máquinas dentro da mesma rede precisa do endereço MAC de destino. Porém, as aplicações usam IPs (camada 3). O ARP faz essa conversão então, vamos supor que:

  • Dispositivo A quer enviar dados para o IP 192.168.1.10.

  • Ele verifica se já tem o MAC correspondente em sua tabela ARP.

  • Se não tiver, envia um ARP Request (broadcast): "Quem tem o IP 192.168.1.10?"

  • O dispositivo dono desse IP responde com seu MAC.

  • A entrada é armazenada na ARP Table (cache).

3.2 Exemplo prático​

Coloque no seu terminal

arp -a

Ele exibe a tabela ARP atual. Mostra os endereços IP e seus respectivos endereços MAC, além de outras informações como o tipo de endereço (Ethernet, por exemplo) e em qual tabela o endereço está armazenado, então algo do tipo:

192.168.1.10    00-1a-2b-3c-4d-5e   dynamic

4. Estrutura de um Quadro Ethernet (Frame)​

Um quadro Ethernet (frame) é a unidade básica de dados transmitida em redes Ethernet, com uma estrutura específica para garantir a transmissão e a identificação dos dados.Ela serve para encapsular os dados e informações necessárias para a transmissão e entrega de informações em redes Ethernet. A estrutura inclui um preâmbulo para sincronização, endereços MAC de origem e destino, um campo de tipo/comprimento, dados e um CRC para detecção de erros.

  • Preâmbulo (7 bytes): Uma sequência de bits (101010...) usada para sincronizar o receptor com a transmissão.
  • SFD (Start Frame Delimiter) (1 byte): Indica o início do quadro após o preâmbulo.
  • Endereço MAC de destino (6 bytes): O endereço MAC do dispositivo que receberá o quadro.
  • Endereço MAC de origem (6 bytes): O endereço MAC do dispositivo que enviou o quadro.
  • Tipo/Comprimento (2 bytes): Indica o tipo de protocolo que está sendo usado nos dados (por exemplo, IPv4, ARP, etc.) ou o tamanho dos dados.
  • Dados (46-1500 bytes): Os dados que estão sendo transmitidos (carga útil).
  • FCS (Frame Check Sequence) (4 bytes): Um código de verificação usado para detectar erros durante a transmissão (CRC).
CampoTamanhoFunção
Preambulo7 bytesSincronização de clock
SFD (Start Frame Delimiter)1 byteIndica o início do quadro
MAC de Destino6 bytesEndereço físico do receptor
MAC de Origem6 bytesEndereço físico do remetente
Tipo / Tamanho2 bytesTipo de protocolo da camada superior (ex: 0x0800 = IPv4)
Dados (Payload)46–1500 bytesInformação útil
CRC (Frame Check Sequence)4 bytesVerificação de integridade do quadro

5. Protocolos da Camada 2​

Ethernet (IEEE 802.3)​

  • Protocolo dominante nas redes cabeadas modernas.

  • Define frame, regras de acesso ao meio (CSMA/CD), velocidades (10 Mbps até 100 Gbps+).

Wi-Fi (IEEE 802.11)​

  • Protocolo dominante em redes locais sem fio.

  • Implementa controle de acesso ao meio via CSMA/CA (Collision Avoidance).

  • Possui mecanismos de autenticação, criptografia (WPA2, WPA3), roaming e gerenciamento de rádio.

PPP (Point-to-Point Protocol)​

  • Usado em enlaces ponto-a-ponto, como conexões entre roteadores ou links WAN.
  • Protocolo da Camada 2 usado em links seriais, especialmente em infraestruturas de operadoras.

Frame Relay e ATM​

  • Protocolos legados usados em WANs. ATM (Asynchronous Transfer Mode) ainda encontra aplicação em alguns sistemas críticos.

6. Segurança na Camada 2​

A Camada de Enlace, tal qual a física, é frequentemente ignorada em implementações de segurança, mas ela é um dos alvos mais fáceis e críticos para ataques em redes locais.

Principais ameaça​

MAC Spoofing Um atacante altera o MAC Address de sua placa para se passar por outro dispositivo.

MAC Flooding Envio massivo de quadros com endereços MAC falsos, fazendo com que o switch "transborde" sua tabela CAM (Content Addressable Memory) e entre em modo de broadcast. Isso permite interceptação de tráfego.

ARP Spoofing (ou ARP Poisoning) O ARP (Address Resolution Protocol) permite que dispositivos descubram o MAC de um IP. Um atacante pode enviar respostas ARP falsas e redirecionar o tráfego para si.

DHCP Spoofing Um atacante pode simular um servidor DHCP e distribuir endereços IP falsos, redirecionando o tráfego para gateways maliciosos.

Mecanismos de Defesa​

Port Security: restringe os MACs permitidos em cada porta do switch.

Dynamic ARP Inspection (DAI): bloqueia pacotes ARP não confiáveis.

DHCP Snooping: permite apenas servidores DHCP autorizados.

VLANs: segmentam a rede logicamente, isolando domínios de broadcast.

802.1X: autenticação de dispositivos na porta antes do acesso à rede.