Curso Livre de Redes/Introdução a redes de computadores/Modelo em camadas/Caderno Colaborativo: Modelo de Referência OSI

Modelo OSI

No início das história das redes de computadores e suas respectivas evoluções, foi notado pelos desenvolvedores que era necessário que ocorresse uma padronização para as tecnologias, nesse contexto, o Modelo de Referência OSI surge com esse objetivo: padronizar internacionalmente os protocolos. Conhecido no português como Modelo OSI, o Open Systems Interconnection é responsável pela interconexão com sistemas abertos, sistemas que podem se comunicar com outros sistemas. É importante lembrar que o modelo OSI não é uma arquitetura de rede, já que não possui as ações específicas que cada camada deve seguir, ele apenas informa a cada camada qual ação deve ser realizada. Esse modelo apresenta 7 camadas, cada qual com sua importância.

História

A Organização Internacional para a Normalização (ISO) foi uma das primeiras a definir um padrão para facilitar a troca de dados entre máquinas de diferentes fabricantes. Assim, em 1984, lançou-se o padrão chamado OSI (Open Systems Interconnection).

A ISO começou a desenvolver a sua estrutura de arquitetura OSI, com quatro componentes principais: o Modelo de Referência Básico ou sete camadas do modelo, um conjunto de protocolos específicos e outros dois de menor relevância.

A parte de sete camadas foi fornecida por Charles Bachman em seu trabalho Serviços de Informação da Honeywell. Neste modelo, um sistema de rede foi dividido em camadas. Dentro de cada camada, existem entidades responsáveis por implementar as funções da camada, interagindo somente com a camada abaixo e, também possui funções para serem utilizadas de modo transparente pela camada acima. Protocolos ativam um sinal elétrico de um host para interagir com uma entidade correspondente na mesma camada em outro host.

Camada Física

A camada física, tem como principal função, a definição de certas especificações elétricas e físicas do dispositivo. Basicamente, ela é responsável por estabelecer a relação entre um dispositivo e um meio de transmissão. Layout de pinos, tensões, especificações do cabo, hubs, repetidores, adaptadores de rede, e adaptadores de barramento de host, são muito usados quando se trata da camada física, e certamente onde tiver uma necessidade desta ligação, você provavelmente encontrará componentes como os citados acima. Um dos principais pontos que você precisa saber em uma camada física, é se a conexão, a relação estabelecida está partindo dos dois pontos, de forma paralela. É a camada mais externa do Modelo OSI, e possui uma relação direta com a recepção do fluxo de bits brutos não-estruturados em um meio físico, além de fazer a descrição de interfaces elétricas, ópticas, mecânicas e funcionais transportando assim para todas as outras camadas superiores.

A camada de enlace de dados

A principal tarefa da camada de enlace de dados é converter o canal de transmissão original em uma linha que pareça estar livre de erros de transmissão não detectados pela camada de rede. Para a realização dessa tarefa, a camada de enlace de dados faz com que o transmissor divida os dados de entrada em quadros de dados (geralmente várias centenas ou vários milhares de bytes) e os envie sequencialmente. Se o serviço for confiável, o receptor confirmará a recepção correta de cada quadro, enviando de volta um quadro de confirmação.

Outro problema que surge na camada de enlace de dados (e na maioria das camadas superiores) é como evitar que os transmissores rápidos enviem muitos dados para receptores lentos. Normalmente, algum mecanismo é necessário para ajustar o fluxo para informar o emissor e o receptor quanto espaço está atualmente no buffer. Normalmente, esse controle de fluxo e tratamento de erros são integrados.

A rede de broadcast também tem um problema que precisa ser resolvido na camada de enlace: como controlar o acesso a canais compartilhados. Uma subcamada especial da camada de enlace de dados, a subcamada de controle de acesso à mídia, pode resolver esse problema.

Camada de Rede

A camada de Rede trabalha com a transferência de pacotes de uma origem para um destino, atuante sobretudo na internet. A partir de dispositivos como roteadores, ela decide qual o melhor caminho para os dados no processo de interconexão, baseados no seus critérios, endereça os dados pelas redes, e gerencia suas tabelas de roteamento. A camada de Rede já entende o endereço físico, que o converte para endereço lógico (o endereço IP).

As principais características da camada de Rede são: Não orientada a conexão, sem garantia de entrega, endereçamento lógico de pacotes e escolha do melhor caminhamento através do encaminhamento. Exemplo de protocolos de endereçamento lógico são o IP, que possui 32 bits com a função de endereçar, fragmentar, e reagrupar pacotes entre redes. É preciso que se descubra o endereço MAC do dispositivo para depois enviar o pacote endereçado para um IP. E o IPX que é um protocolo proprietário da Novell e opera na camada de rede.

Camada de Transporte

Esta camada detecta e elimina erros das camadas anteriores. Além disso, controla o fluxo de dados da origem ao destino, ordenando-os. A camada de transporte garante a confiança do pacote, o qual chegará na máquina com todos os dados necessários, sem perdas, erros ou duplicações, além de obedecerem a uma sequência.

Protocolos muito comuns dessa camada são os protocolos TCP em UDP. O primeiro garante a entrega da mensagem, diferente do segundo. Por não garantir a entrega da mensagem, o protocolo UDP é um pouco mais rápido que o TCP.

Uma conexão de transporte é definida como uma associação estabelecida entre entidades de sessão com o objetivo de transferir dados. Cada conexão de transporte é associada a uma conexão de rede - no caso das duas camadas estarem operando em modo orientado à conexão. Nessa situação, se a conexão de rede falhar, a conexão de transporte pode ser associada à outra conexão de rede; e as TPDU perdidas podem ser retransmitidas. Tal procedimento é conhecido como reassociação após falha.

O objetivo final da camada de transporte é proporcionar serviço eficiente, confiável e de baixo custo aos seus usuários, normalmente entidades da camada de sessão.

Camada de Sessão

A camada de Sessão entra em ação após a recepção dos bits, a obtenção do endereço, e a definição de um caminho para o transporte, dá inicio a sessão responsável pelo processo de troca dos dados/comunicação.

Essa é a camada 5, a qual é responsável por dar inicio, gerenciar e terminar a conexão entre os hosts. Para obter êxito total no processo de comunicação, a camada 5 (camada de sessão) tem que se preocupar com a sincronização entre os hosts, para que assim a sessão que está aberta entre eles, continue em perfeito funcionamento.

Alguns exemplos de dispositivos, ou mais especificamente, aplicativos que estão atuando na camada de sessão é o ICQ, ou o MIRC.

A partir daí, a camada de sessão e as camadas superiores vão tratar como PDU os dados.

Camada de Apresentação:

Esta camada realiza a conversão dos formatos de caracteres de forma que sejam utilizados na transmissão. Há a compressão e criptografia para que o receptor possa entender os dados.

É como se a camada de apresentação realizasse o trabalho de um tradutor, garantindo que as duas redes diferentes se comuniquem de forma efetiva, e sua unidade também são os dados.

Camada de Aplicação:

É com esta camada que nós, usuários, temos mais contato, já que funciona como uma porta de entrada da rede, dando o acesso aos serviços dessa rede.

Ela é utilizada pelos softwares que costumamos usar, como aplicativos de mensagens instantâneas, servidores de e-mails, browser etc., sendo a interface direta para inserir ou receber dados.

A unidade aqui são os dados, e alguns protocolos de aplicação são HTTP, SMTP e FTP.

Resumo das 7 camadas:

CAMADA	FUNÇÃO
7 - Aplicação	Funciona como uma porta de entrada da rede, dando o acesso aos serviços dessa rede.
6 - Apresentação	Converte os formatos de caracteres de forma que sejam utilizados na transmissão para que o receptor possa entender os dados.
5 - Sessão	Dá inicio, gerencia e termina a conexão entre os hosts.
4 - Transporte	Detecta e elimina erros das camadas anteriores. Além disso, controla o fluxo de dados da origem ao destino, ordenando-os.
3 - Rede	Trabalha com a transferência de pacotes de uma origem para um destino, atuante sobretudo na internet.
2 - Enlace	Converte o canal de transmissão original em uma linha livre de erros de transmissão não detectados pela camada de rede.
1 - Física	Define especificações elétricas e físicas do dispositivo. Estabelece a relação entre um dispositivo e um meio de transmissão.

Como os dados fluem pelo modelo OSI:

Para transmitir informações de um dispositivo a outro pela rede, os dados devem passar pelas sete camadas do modelo OSI em ordem decrescente no dispositivo que está sendo enviado e, em seguida, receber pelas sete camadas em ordem crescente no final.

Por exemplo: Paulo quer mandar um email para Maria. Ele escreve sua mensagem no aplicativo de e-mail do dispositivo e pressiona "Enviar". Seu aplicativo de e-mail passa sua mensagem de e-mail para a camada de aplicação, que seleciona o protocolo (SMTP) e passa os dados para a camada de apresentação. A camada de apresentação compacta os dados que chegam à camada de sessão para iniciar uma sessão de comunicação.

Os dados chegam então à camada de transporte do remetente, onde são segmentados; esses segmentos são separados em pacotes na camada de rede, e os pacotes que são divididos em quadros na camada de enlace de dados. A camada de enlace de dados transmite esses quadros para a camada física, que converte os dados em um fluxo de bits de 1s e 0s e os envia por meio de mídia física, como cabos.

Depois que o dispositivo de Maria recebe o fluxo de bits por meio de mídia física (como seu Wi-Fi), os dados fluirão pela mesma série de camadas em seu dispositivo, mas na ordem inversa. Primeiro, a camada física converte o fluxo de bits de 1s e 0s em quadros e os passa para a camada de enlace de dados. A camada de enlace remonta os quadros em pacotes de dados e os transmite para a camada de rede. A camada de rede cria segmentos ao recombinar pacotes de dados na camada de transporte, que remonta os segmentos em um único dado.

Em seguida, os dados fluem para a camada de sessão do receptor, que os passa para a camada de apresentação e, em seguida, encerra a sessão de comunicação. Então, a camada de apresentação remove a compactação e passa os dados originais para a camada de aplicação. A camada do aplicação fornece dados legíveis para o software de e-mail de Maria, permitindo que ela leia o e-mail de Paulo na tela do dispositivo.