Modelo OSI
Nas últimas duas décadas houve um grande aumento na quantidade e no tamanho das redes. Várias redes foram criadas, onde possuíam diferentes hardwares e softwares, tornando redes incompatíveis. Para tratar desse problema, a ISO (International Organization for Standardization, organização internacional de padronização e normas) realizou uma pesquisa sobre vários esquemas de rede. A ISO reconheceu a necessidade de se criar um modelo de rede para ajudar os desenvolvedores a implementar redes que poderiam comunicar-se e trabalhar juntas. Assim, a ISO lançou em 1984 o modelo de referência OSI.
O modelo de referência OSI permite a visualização das funções de rede que acontece em cada camada. Sobretudo, o modelo de referência OSI que é uma estrutura usada para entendermos como as informações trafegam através de uma rede. Além disso, você pode usar o modelo de referência OSI para visualizar como as informações, ou pacotes de dados, trafegam desde os programas aplicativos (por exemplo: planilhas, documentos, etc.), através de um meio de rede (cabos, etc.), até outros programas aplicativos localizados em outro computador de uma rede, mesmo se o remetente e o destinatário tiverem tipos diferentes de rede.
No modelo de referência OSI, existem sete camadas numeradas e cada uma ilustra uma função particular da rede (figura 3). Essa separação das funções da rede é chamada divisão em camadas. Dividir a rede nessas sete camadas oferece as seguintes vantagens:
- Divide as comunicações de rede em partes menores e mais simples, facilitando sua compreensão.
- Padroniza os componentes de rede, permitindo o desenvolvimento e o suporte por parte de vários fabricantes.
- Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede.
- Evita que as modificações em uma camada afetem as outras, possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento.
Camadas modelo OSI
Fonte: Cisco Systems, 1999
A seguir será demonstrada a importância das camadas de aplicação, apresentação, sessão, transporte, rede, enlace, e física dentro do modelo OSI.
Camada de aplicação
A camada de aplicação é a camada do modelo OSI mais próxima do usuário. Esta camada é a porta de entrada para a rede ou o sistema de comunicação, da forma como é vista pelos aplicativos que usam este sistema, ou seja, fornece um conjunto de funções para serem usadas pelos aplicativos que operam sobre o modelo OSI.
É a única camada que não fornece serviços para nenhuma das outras camadas OSI, com a sua ausência não haveria recursos suficientes para a comunicação entre os sistemas computacionais, pois, a mesma fornece uma interface ao resto das camadas do modelo, tendo como exemplo:
- Telnet (protocolo cliente-servidor usado para permitir a comunicação entre computadores ligados numa rede);
- Correio eletrônico (e-mail);
- FTP (File Transfer Protocol, protocolo de transferência de arquivos).
Camada de apresentação
A camada de apresentação garante que a informação seja divulgada pela camada de aplicação legivelmente para outro sistema, sendo assim, codifica e converte dados com o propósito de fazer com que os sistemas falem a mesma língua.
Suas principais funcionalidades são:
- Formatação de dados;
- Criptografia de dados;
- Compactação de dados.
Antes de receber e enviar os dados, a camada 6 (apresentação) do modelo OSI executa uma ou todas suas funcionalidades sobre os dados antes de encaminhá-los a próxima camada (camada de sessão).
Camada de sessão
A camada de sessão é responsável pela inicialização, gerenciamento e finalização de sessões entre o transmissor e receptor. Suas funcionalidades são fornecer seus serviços à camada de apresentação, manter os dados de diferentes aplicações separados uns dos outros, ou seja, oferecer recursos e serviços eficientes nos diálogos e conversações sobre a camada de sessão.
Camada de transporte
Está camada segmenta os dados e reconstruí os fluxos de dados provenientes de camadas superiores. Também provêm de comunicação ponto a ponto, onde estabelece uma conexão lógica entre aplicações origem e destino em uma rede.
A camada de transporte estabelece, mantém e termina corretamente os circuitos virtuais, e controle de fluxo de informação, detecção e recuperação de erros de transporte, garantindo qualidade nos serviços e confiabilidade. Ela oculta os detalhes das informações relacionadas às camadas superiores de rede, oferecendo transparência na transmissão dos dados.
Dentro desta camada contém um conjunto de protocolos, mais conhecidos como pilha de protocolos ou TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, é um conjunto de protocolos de comunicação). Os protocolos de referência dentro da pilha de protocolos são:
- TCP (Transmission Control Protocol) –responsável por verificar se os dados estão sendo enviados corretamente, ou seja, sem erros e na sequência certa, é o protocolo de controle de transmissão que fornece um circuito virtual entre as aplicações e o usuário final, com as seguintes características:
- Orientado a conexão;
- Confiável a entrega de dados;
- Divide as mensagens enviadas em segmentos;
- Reagrupa as mensagens na estação de destino;
- Reenvia tudo o que não foi recebido;
- Organiza as mensagens a partir do segmento recebido.
- UDP (User Datagram Protocol) – é o protocolo de datagramas (ou pacotes) que transporta dados sem confiabilidade entre receptor e transmissor, possuindo as seguintes características:
- Não orientado a conexão;
- Não confiável a entrega de dados;
- Transmite mensagens em datagramas;
- Não verifica conexão antes de enviar a mensagem;
- Não reagrupa as mensagens de entrada;
- Não fornece controle de fluxo.
O TCP/IP possui uma arquitetura própria de camadas, onde possui quatro camadas (figura 1). O modelo TCP/IP é composto pelas camadas de aplicação, transporte, Internet, e interface com a rede.
Camadas modelo TCP/IP
Fonte: Cisco Systems, 1999
- Aplicação – usada pelos programas para comunicação em rede, alguns protocolos pertencentes a camadas são: HTTP (HyperText Transfer Protocol Secure, protocolo de transferência de hipertexto), FTP, SMTP (Simple Mail Transfer Protocol protocolo de transferência de mensagens eletrônicas – e-mail), e outros.
- Transporte – cria e faz manutenções de conexões realizando o controle de erros e fluxo de dados. A transmissão dos dados é feita através dos protocolos TCP e UDP.
- Internet – responsável por entregar, endereçar e reconstruir os pacotes. Tendo o protocolo IP (Internet Protocol) como referencia. Todo host (dispositivo conectado em uma rede)recebe um endereço lógico de 32 bits, ou seja, um IP.
- Interface de rede – interliga as camadas superiores com a rede. As principais funções executadas dentro desta camada são encapsulamento (proteção dos dados na rede), mapeamento, e endereçamento de endereços IP aos endereços físicos (endereços MAC, ex.: 0080.77d0.cd65).
Camada de rede
A camada de rede é responsável pelo encaminhamento dos dados através da interligação de redes, endereçamento de pacotes de dados, e conversão de endereços lógicos (IP) em endereços físicos ou MAC. Dentro da mesma, a camada 3 (layer 3) do modelo OSI, é onde trabalham os roteadores, promovendo serviços relacionados ao processo de encaminhamento.
Quando os pacotes são recebidos pelo roteador o dispositivo verifica o endereço IP de destino, caso o pacote não for destinado ao roteador citado, o roteador verifica em sua tabela de encaminhamento (base de dados armazenada em sua memória RAM).
As principais funções da camada de rede são:
- Não orientada a conexão;
- Sem garantia de entrega;
- Endereçamento lógico (IP) de pacotes;
- Escolha do melhor caminhamento através do encaminhamento.
Dentro desta camada destaca-se o protocolo IP, por este motivo será descrito suas funcionalidades a seguir:
- IP - O protocolo de Internet (IP) é um endereço lógico de 32 bits com a função de endereçar, fragmentar, e reagrupar pacotes entre redes. É preciso que se descubra o endereço MACdo dispositivo para depois enviar o pacote endereçado para um IP (RFC 791).
O ele possui um cabeçalho que contem varias informações detalhadas (figura 5) como:
- Versão (IPV4 – atual, ou IPV6 – nova versão) – o IPV4 é a versão que é utilizada atualmente, e o IPV6 é uma versão atualizada. O IPV6 será utilizado quando houver o esgotamento de endereços IP válidos na Internet, ou seja, da versão 4 do protocolo IP.
- Comprimento do cabeçalho – tem a finalidade de mostrar o tamanho do cabeçalho IP, que podem variar de acordo com as opções incluídas juntamente com o IP, como: criptografia, compressão, etc.
- Tipo de serviço (ToS) – neste campo é onde acontece a definição de priorização de pacote e tratamento, se preocupando com a qualidade de serviço (QoS).
- Comprimento total – totaliza o tamanho do pacote, incluído seu cabeçalho.
- Identificação – identifica a fragmentação do pacote, caso o mesmo precisou ser fragmentado devido seu tamanho original ultrapassou a unidade máxima de transmissão (MTU), ou seja, o tamanho do pacote ser maior que o caminho a onde irá trafegar.
- Flags – sinaliza como deve ser o tratamento a ser dado ao pacote, como exemplo: o pacote não deverá ser fragmentado, ou, o pacote não tem prioridades.
- Fragment Offset – neste campo é onde acontece o reagrupamento dos fragmentos.
- TTL (Tempo de vida) – está função existe dentro do cabeçalho IP, afim de, prevenir loops dentro da rede, ou seja, eliminá-lo da rede quando não encontrar o dispositivo de destino.
- Protocolo – funcionalidade de identificar o protocolo que está sendo utilizado para a comunicação entre dois dispositivos na rede. Podemos exemplificar alguns protocolos como: IP, TCP, UDP, etc.
Cabeçalho IP
Fonte: Diógenes, 2004, p. 95
Camada de enlace:
Está camada oferece aos dados segurança, conversão em bits dos pacotes vindos da camada de rede, realizando em seguida a transmissão através de um link físico (cabeamento). Os serviços prestados pela camada de enlace são dependentes dos protocolos que provêm entrega garantida entre enlaces, ou seja, desde o transmissor, passando por um único enlace, ate chegar ao receptor.
Os protocolos que trabalham dentro da camada de enlace possuem características importantes, como:
- Encapsular datagramas da camada superior (camada de rede);
- Enviar e receber quadros (unidades de dados);
- Detectar erros;
- Retransmissão dos dados;
- Controle de fluxo.
Alguns exemplos de protocolos de enlace são: Ethernet (padrão de transmissão de redes locais), Frame Relay e PPP (protocolo ponto a ponto de comunicação entre redes WAN).
Camada de física
Nesta camada são definidas especificações elétricas, mecânicas, funcionais e de procedimentos. Onde é definida a transmissão de bitspor um canal de comunicação, nível de voltagem, taxas de dados físicos, distância máxima de transmissão, conectores físicos.
A camada física do modelo OSI é a única que possui acesso físico ao meio de transmissão da rede, tendo como principal função adaptar o sinal lógico ao meio de transmissão.
Outras características importantes da camada física são:
- Estabelecimento e encerramento de conexões: ativa e desativa conexões físicas de acordo com as solicitações feitas pela camada de enlace
- Transferência de dados: a transmissão dos dados é realizada em bits de acordo com a ordem de chegada dos dados vindos da camada de enlace, e são devolvidos a camada de enlace na mesma ordem que chegaram.
- Gerenciamento de conexões: verifica o nível de qualidade das conexões físicas estabelecidas, monitorando taxas de erro, disponibilidade de serviço, taxa de transmissão, etc.
