A camada de rede

OSI
Durante as últimas duas décadas houve um grande aumento na
quantidade e no tamanho das redes. Várias redes, no entanto, foram criadas
através de implementações diferentes de hardware e de software.
Como
resultado, muitas redes eram incompatíveis, e a comunicação entre redes com
diferentes especificações tornou-se difícil. Para tratar desse problema, a
International Organization for Standardization (ISO) 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 (interoperabilidade). Assim, a ISO lançou em 1984 o modelo de
referência OSI.
O conceito de camadas vai ajudar você a entender a ação que ocorre
durante a comunicação de um computador com outro. Na figura acima são
mostradas questões que envolvem o movimento de objetos físicos, como no
tráfego em estradas, ou no caso dos dados eletrônicos.
Nos referimos a
esse deslocamento de objetos, físico ou lógico, como fluxo. Existem muitas
camadas que ajudam a descrever os detalhes do processo de fluxo. Outros
exemplos de sistemas com fluxo são o sistema público de abastecimento de
água, o sistema rodoviário, o sistema postal e o sistema telefônico.
Agora, examine o esquema "Comparando redes".
Que rede você está examinando? O que está em fluxo? Quais são as
diferentes formas do objeto em fluxo? Quais são as regras do fluxo? Onde
acontece o fluxo? As redes listadas nesse esquema fornecem a você mais
analogias para ajudá-lo a entender redes de computadores.
As sete camadas do modelo OSI
A
camada
de
aplicação
A camada de aplicação é a camada OSI
mais próxima do usuário; ela fornece serviços de
rede aos aplicativos do usuário. Ela se diferencia
das outras por não fornecer serviços a nenhuma
outra camada OSI, mas apenas a aplicativos fora do
modelo OSI. Os programas de planilhas, os
programas de processamento de texto e os
programas de terminal bancário são exemplos desses processos de aplicativos.
A camada de aplicação estabelece a disponibilidade dos parceiros de
comunicação pretendidos, sincroniza e estabelece o acordo sobre os
procedimentos para a recuperação de erros e o controle da integridade dos
dados. Para definir em poucas palavras a camada 7, pense em navegadores.
A camada de apresentação
A camada de apresentação assegura que a
informação emitida pela camada de aplicação de um
sistema seja legível para a camada de aplicação de
outro sistema. Se necessário, a camada de
apresentação faz a conversão de vários formatos de
dados usando um formato comum. Se você quiser
pensar na camada 6 com o mínimo de palavras,
pense em um formato de dados comum.
A camada de sessão
A camada de sessão, como está implícito no
nome, estabelece, gerencia e termina sessões entre
dois hosts que se comunicam. A camada de sessão
fornece seus serviços para a camada de
apresentação. Ela também sincroniza o diálogo entre
as camadas de apresentação dos dois hosts e gerencia a troca de dados entre
eles. Além da regulamentação básica das sessões, a camada de sessão oferece
recursos para transferência eficiente de dados, classe de serviço e relatórios de
exceção sobre a camada de sessão, a camada de apresentação e a camada de
aplicação. Para definir em poucas palavras a camada 5, pense em diálogos e
conversações.
A camada de transporte
A camada de transporte segmenta os dados do sistema host que está
enviando e monta os dados novamente em uma seqüência de dados no sistema
host que está recebendo. O limite entre a camada de sessão e a camada de
transporte pode ser comparado ao limite entre os protocolos.
de camada de meios e os protocolos da camada de host. Enquanto as camadas
de aplicação, de apresentação e de sessão estão relacionadas a problemas de
aplicativos, as três camadas inferiores estão relacionadas a problemas de
transporte de dados.
A camada de transporte tenta fornecer um serviço de transporte de
dados que isola as camadas superiores de detalhes de implementação de
transporte. Especificamente, questões como, por exemplo, como realizar
transporte seguro entre dois hosts, dizem respeito à camada de transporte.
Fornecendo serviços de comunicação, a camada de transporte estabelece,
mantém e termina corretamente circuitos virtuais. Fornecendo serviço confiável,
são usados o controle do fluxo de informações e a detecção e recuperação de
erros de transporte. Para definir em poucas palavras a camada 4, pense em
qualidade de serviços e confiabilidade.
A camada de rede
A camada de rede é uma camada complexa que fornece conectividade e
seleção de caminhos entre dois sistemas hosts que podem estar localizados em
redes geograficamente separadas. Se você desejar lembrar da camada 3 com o
menor número de palavras possível, pense em seleção de caminhos, roteamento
e endereçamento.
A camada de enlace
A camada de enlace fornece trânsito seguro de dados através de um
link físico. Fazendo isso, a camada de enlace trata do endereçamento físico (em
oposição ao endereçamento lógico), da topologia de rede, do acesso à rede, da
notificação de erro, da entrega ordenada de quadros e do controle de fluxo. Se
você desejar se lembrar da camada 2 com o mínimo de palavras possível, pense
em quadros e controle de acesso ao meio.
A camada física
A camada física define as especificações elétricas, mecânicas, funcionais e de
procedimentos para ativar, manter e desativar o link físico entre sistemas finais.
Características como níveis de voltagem, temporização de alterações de
voltagem, taxas de dados físicos, distâncias máximas de transmissão, conectores
físicos e outros atributos similares são definidas pelas especificações da camada
física. Para definir em poucas palavras a camada 1, pense em sinais e meios.
Encapsulamento
Como você sabe, todas as comunicações em uma rede têm uma origem
e são enviadas para um destino, e as informações emitidas em uma rede são
chamadas de dados ou pacote de dados. Se um computador (A) desejar enviar
dados para outro computador (B), os dados devem primeiro ser empacotados
através de um processo chamado encapsulamento.
O encapsulamento
empacota as informações de
protocolo necessárias antes
do trânsito pela rede. Assim,
à medida que o pacote de
dados desce pelas camadas
do modelo OSI, ele recebe
cabeçalhos, trailers e outras
informações. (observação: A
palavra "cabeçalho" significa
que
informações
de
endereço
foram
adicionadas.)
Para ver como o encapsulamento ocorre, vamos examinar a forma
como os dados viajam pelas camadas como ilustrado na figura. Uma vez que o
dado é enviado da origem, como ilustrado na figura, ele viaja através da camada
de aplicação para baixo através das outras camadas. Como você pode ver, o
empacotamento e o fluxo dos dados que são trocados passam por alterações à
medida que as redes executam seus serviços para os usuários finais. Como
ilustrado nas figuras, as redes devem efetuar as seguintes cinco etapas de
conversão para encapsular os dados:
1 - Compilar os dados.
Quando um usuário envia uma mensagem de correio eletrônico, os
seus caracteres alfanuméricos são convertidos em dados que podem
trafegar na internetwork.
2 - Empacotar os dados para transporte ponto a ponto.
Os dados são empacotados para transporte na internetwork. Usando
segmentos, a função de transporte assegura que os hosts da mensagem em
ambas as extremidades do sistema de correio eletrônico possam comunicarse com segurança.
3 - Anexar (adicionar) o endereço da rede ao cabeçalho.
Os dados são colocados em um pacote ou datagrama que contém um
cabeçalho de rede com endereços lógicos de origem e destino. Esses
endereços ajudam os dispositivos da rede a enviar os pacotes através da
rede por um caminho escolhido.
4 - Anexar (adicionar) o endereço local ao cabeçalho do link de dados.
Cada dispositivo da rede deve colocar o pacote dentro de um quadro. O
quadro permite a conexão com o próximo dispositivo da rede diretamente
conectado do link. Cada dispositivo no caminho de rede escolhido requer
enquadramento em seqüência para conectar-se ao dispositivo seguinte.
5 - Converter em bits para transmissão.
O quadro deve ser convertido em um padrão de 1s e 0s (bits) para
transmissão no meio (normalmente um cabo). Uma função de sincronização
permite que os dispositivos distingam esses bits conforme eles trafegam no
meio. O meio na conexão física das redes pode variar de acordo com o
caminho usado. Por exemplo, a mensagem de correio eletrônico pode ser
originada em uma LAN, atravessar um backbone do campus e sair por um
link da WAN até alcançar seu destino em outra LAN remota. Cabeçalhos e
trailers são adicionados conforme os dados descem pelas camadas do
modelo do OSI.
TCP/IP
O Departamento de Defesa dos Estados Unidos desenvolveu o modelo
de referência TCP/IP porque queria uma rede que pudesse sobreviver a qualquer
condição, mesmo a uma guerra nuclear. Para ilustrar melhor, imagine um mundo
em guerra, entrecruzado por diferentes tipos de conexões: cabos, microondas,
fibras óticas e links de satélites. Imagine, então, que você precise que
“informações/dados” trafeguem, independentemente da condição de qualquer nó
ou rede particular na internetwork (que, nesse caso, pode ter sido destruída pela
guerra).
O Departamento de Defesa dos Estados Unidos quer que seus pacotes
cheguem, todas as vezes, em qualquer condição, de um ponto a qualquer outro.
Foi esse complexo problema de projeto que levou à criação do modelo TCP/IP e
que tornou-se, desde então, o padrão no qual a Internet se desenvolveu.
O modelo TCP/IP tem quatro camadas: a camada de aplicação,
transporte, Internet, e a host a rede. É importante notar que algumas das
camadas do modelo TCP/IP têm o mesmo nome das camadas no modelo OSI.
Não confunda as camadas dos dois modelos, porque a camada de aplicação
tem funções diferentes em cada modelo.
Camada de Aplicação
Os projetistas do TCP/IP decidiram que os protocolos de mais alto nível
deviam incluir os detalhes da camada de apresentação e de sessão. Eles
simplesmente criaram uma camada de aplicação que trata de protocolos de alto
nível, questões de representação, codificação e controle de diálogo. O TCP/IP
combina todas as questões relacionadas a aplicações em uma camada e
presume que esses dados estejam empacotados corretamente para a próxima
camada.
Camada de transporte
A camada de transporte lida com questões de qualidade de serviços de
confiabilidade, controle de fluxo e correção de erros. Um de seus protocolos, o
Transmission Control Protocol (TCP), fornece formas excelentes e flexíveis de se
desenvolver comunicações de rede confiáveis com baixa taxa de erros e bom
fluxo. O TCP é um protocolo orientado a conexões. Ele mantém um diálogo entre
a origem e o destino enquanto empacota informações da camada de aplicação
em unidades chamadas segmentos. Orientado a conexões não significa que
exista um circuito entre os computadores que se comunicam (o que poderia ser
comutação de circuitos). Significa que segmentos da camada 4 trafegam entre
dois hosts para confirmar que a conexão existe logicamente durante um certo
período. Isso é conhecido como comutação de pacotes.
Camada de Internet
A finalidade da camada de Internet é enviar pacotes da origem de
qualquer rede na internetwork e fazê-los chegar ao destino, independente do
caminho e das redes que tomem para chegar lá. O protocolo específico que
governa essa camada é chamado protocolo de Internet (IP). A determinação do
melhor caminho e a comutação de pacotes acontecem nessa camada. Pense
nisso em termos do sistema postal. Quando você envia uma carta, você não
sabe como ela vai chegar ao seu destino (existem várias rotas possíveis), mas, o
que realmente importa é que ela chegue.
Camada de Rede
O significado do nome dessa camada é muito amplo e um pouco
confuso. É também chamada de camada host a rede. É a camada que se
relaciona a tudo aquilo que um pacote IP necessita para realmente estabelecer
um link físico e depois estabelecer outro link físico. Isso inclui detalhes de
tecnologia de LAN e WAN e todos os detalhes nas camadas física e de enlace do
OSI.
Gráfico do Protocolo TCP/IP
O diagrama mostrado na figura é chamado gráfico do protocolo, ele
ilustra alguns dos protocolos comuns especificados pelo modelo de referência
TCP/IP. Na camada de aplicação, você vai ver diferentes tarefas de rede que
talvez não reconheça, mas que, como usuário da Internet, provavelmente usa
todos os dias. Esses aplicativos incluem:
FTP - File Transport Protocol / HTTP - Hypertext Transfer Protocol
SMTP - Simple Mail Transport Protocol / DNS - Domain Name Service
TFTP - Trivial File Transport Protocol
O modelo TCP/IP enfatiza a máxima flexibilidade, na camada de
aplicação, para desenvolvedores de software. A camada de transporte envolve
dois protocolos - transmission control protocol (TCP) e user datagram protocol
(UDP). A camada mais baixa, a camada de rede, refere-se à tecnologia de LAN
ou WAN específica que está sendo usada.No modelo TCP/IP, não importa que
aplicativo solicite serviços de rede, nem que protocolo de transporte seja usado,
haverá apenas um protocolo de rede, o internet protocol, ou IP. Isso é uma
decisão deliberada de projeto. O IP serve como um protocolo universal que
permite que qualquer computador, em qualquer lugar, comunique-se a qualquer
momento.
Comparando o TCP/IP com o OSI
Se você comparar o modelo OSI e o modelo TCP/IP, vai notar que eles
têm semelhanças e diferenças. Exemplos:
Semelhanças
• Ambos têm camadas
• Ambos têm camadas de aplicação, embora incluam serviços muito
diferentes
• Ambos têm camadas de transporte e de rede comparáveis
• A tecnologia de comutação de pacotes (e não comutação de circuitos) é
presumida por ambos
• Os profissionais da rede precisam conhecer ambos
Diferenças
• O TCP/IP combina os aspectos das camadas de apresentação e de sessão
dentro da sua camada de aplicação
• O TCP/IP combina as camadas física e de enlace do OSI em uma camada
• O TCP/IP parece ser mais simples por ter menos camadas
• Os protocolos do TCP/IP são os padrões em torno dos quais a Internet se
desenvolveu, portanto o modelo TCP/IP ganha credibilidade apenas por
causa dos seus protocolos. Em contraste, nenhuma rede foi criada em
torno de protocolos específicos relacionados ao OSI, embora todos
usem o modelo OSI para guiar seu raciocínio.
Embora os protocolos do TCP/IP sejam os padrões com os quais a
Internet cresceu, este curso vai usar o modelo OSI pelas seguintes razões:
• É um padrão de alcance mundial, genérico, independente de protocolos.
• Tem mais detalhes, o que o torna de maior ajuda para o ensino e a
aprendizagem.
• Tem mais detalhes, o que pode ser útil ao se solucionar problemas.
Muitos profissionais da rede têm opiniões diversas sobre que modelo
usar. Você deve familiarizar-se com ambos. Você vai usar o modelo OSI como o
microscópio através do qual vai analisar as redes, mas também vai usar os
protocolos do TCP/IP em todo o curso. Lembre-se de que há uma diferença entre
um modelo (ou seja, camadas, interfaces e especificações de protocolo) e um
protocolo de fato que é usado em redes. Você vai usar o modelo OSI, mas os
protocolos TCP/IP.
Você vai focalizar o TCP como um protocolo da camada 4 do OSI, o IP
como um protocolo da camada 3 do OSI e a Ethernet como uma tecnologia da
camada 2 e da camada 1. O diagrama na figura mostra que, mais tarde no curso,
você vai examinar um link de dados e uma tecnologia da camada física em
particular dentre as muitas opções disponíveis.