Você sabe o que é o Modelo OSI?

Quando houve o surgimento das Redes de Computadores, não havia uma padronização de dispositivos e de protocolos. Entre as décadas de 70 e 80 e em decorrência das vantagens de utilização das tecnologias de redes e seus benefícios, as empresas perceberam a necessidade de realizar interligações com outras empresas e filiais.

Nessa época, cada fabricante tinha as suas tecnologias, topologias e protocolos. Com tantas diferenças e características haviam problemas na interoperabilidade entre equipamentos. As redes de computadores tornaram-se incompatíveis para se comunicarem entre elas pelo motivo de utilizarem diferentes tecnologias e especificações para poderem trocar informações. Existiam ainda empresas que possuíam tecnologias proprietárias que não eram compatíveis com tecnologias de outros fabricantes.

Com o evoluir desta, em meados da década de 80, os fabricantes de equipamentos chegaram a conclusão que o caminho a ser seguido deveria basear-se em normas (Padrões ou Standards). Surgiu então, o modelo que veio para solucionar o problema de incompatibilidades entre as tecnologias de diferentes fabricantes dando início ao surgimento do Modelo de Referência ISO (International Standards Organization) “OSI” (Open System Interconnection), isto devido esse modelo basear-se em uma proposta desenvolvida pela ISO. Este modelo propiciou às empresas e fabricantes uma padronização a fim de garantir compatibilidade coerente e ininterrupta entre as diversas tecnologias de rede construídas por diversas empresas em todo o mundo e garantindo a comunicação end-to-end (fim-a-fim).

O modelo de camadas OSI foi desenvolvido para acabar com o bloqueio de comunicação entre redes de diferentes propriedades, permitindo a interoperabilidade independentemente de qual seja o fabricante de um ou outro dispositivo que compõe uma mesma rede ou, de um sistema que esteja sendo utilizado (FILIPPETTI, 2002).

O “Modelo OSI”, como chamaremos deste ponto em diante, é composto por 7 camadas, onde cada camada realiza funções específicas. Vale ressaltar que:

o “Modelo OSI” propriamente dito não é uma arquitetura de rede, pois não especifica os serviços e os protocolos exatos que devem ser usados em cada camada. Ele apenas informa o que cada camada deve fazer. No entanto, a ISO também produziu padrões para todas as camadas, embora esses padrões não façam parte do próprio modelo de referência. Cada um foi publicado como um padrão internacional distinto. (TANENBAUM, 2003).

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Camadas do Modelo OSI

Fonte da Imagem: Google

• Aplicação (Application)
• Apresentação (Presentation)
• Sessão (Session)
• Transporte (Transport)
• Rede (Network)
• Dados / Enlace (Data Link)
• Física (Physical)

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Por que um modelo formado por camadas?

As camadas do Modelo OSI, representam como os dados são tratados, desde os pulsos elétricos do cabo, até a aplicação que é exibida na tela do usuário. Com a criação deste modelo, diversas vantagens podem ser apontadas em relação ao que uma rede de computadores era antes (FILIPPETTI, 2002):

• Particionamento de diversas operações (decomposição das partes) de redes complexas em camadas, simplificando o gerenciamento e tornando mais acessível o entendimento de cada parte;
• Possibilidade de efetuar uma alteração em qualquer uma das camadas, sem a necessidade de que as outras sejam alteradas;
• Estabelecimento de um padrão de interfaces, possibilitando a interoperabilidade (plug-and-play), viabilizando o desenvolvimento, suporte e compatibilidade por conta dos diversos tipos de fabricantes existentes no mercado;
• Viabiliza uma comunicação íntegra entre tipos diferentes de hardware e de software de rede, tornando a comunicação sincronizada entre si;
• Simplifica o ensino e o aprendizado sobre redes de computadores a partir da fragmentação do conhecimento em pequenas partes;
• Acelera a evolução.

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Principais Funções de Cada Camada

Cada camada superior faz uso dos serviços da camada diretamente inferior e presta serviços à camada diretamente acima.

Cada uma delas tem a capacidade de se comunicar com a mesma no computador de destino, ou seja, não é possível para a camada dois ler dados que foram gerados na camada três. Isto origina uma comunicação virtual entre as camadas em computadores diferentes. Cada camada precisa apenas ser capaz de comunicar com as camadas imediatamente superiores e inferiores. (DIOGENES, 2004).

Fonte: (Cisco NETWORKING ACADEMY PROGRAM)

Para descobrir como a comunicação entre dois computadores é feita, é necessário saber a funcionalidade e característica de cada camada deste Modelo:

• Camada de Aplicação (Application Layer)
  • Fornece serviços às aplicações do usuário.
  • Possibilita que o usuário possa obter informações de sua rede através de um aplicativo, como navegador, também conhecido browser (Ex.: Mozilla Firefox, Google Chromium, Google Chrome…), Clientes de E-mail (Ex.: Thunderbird e Outlook Express), além de muitos outros.

Esta camada é responsável diretamente pela interface entre o usuário do computador e a rede. Acesso a softwares que transmitem e recebem dados da rede, como softwares de e-mail e navegadores (FILIPPETTI, 2002).

• Camada de Apresentação (Presentation Layer)
  • Encriptação e compressão de dados.
  • Cuida da tradução dos dados da camada de aplicação em dados legíveis (que sejam entendidos) pelos protocolos. Cuida também da formatação dos dados, e da representação destes.
  • Assegura a compatibilidade entre camadas de aplicação de sistemas diferentes, ou seja, é  responsável por fazer com que duas redes diferentes se comuniquem, transformando os dados no processo de comunicação.

Camada responsável por apresentar os dados à camada de aplicação. Ela é encarregada de codificar e decodificar os dados, de maneira que se tornem legíveis na camada de aplicação, assim como criptografia e descompressão. Esta camada pode ser conhecida também como “camada tradutora” (DIOGENES, 2004).

• Camada de Sessão (Session Layer)
  • Controla (estabelece, faz a gestão e termina), as sessões entre aplicações.

Responsável por controlar a comunicação entre dois computadores. A camada de sessão gerencia o estabelecimento e finalização de uma conexão entre dois computadores, assim como as formas em que uma conexão pode ser feita: simplex (um computador apenas transmite, o outro apenas recebe), half duplex (somente um computador por vez transmite dados) ou full duplex (ambos os computadores podem transmitir e receber dados ao mesmo tempo) (FILIPPETTI, 2002).

• Camada de Transporte (Transport Layer)
  • Controle de fluxo de informação, segmentação e controle de erros.
  • Garante a comunicação fim-a-fim (end-to-end).
  • Se responsabiliza pela entrega e recebimento dos dados.
  • O protocolo de transporte pode operar em 2 modos, Orientados à Conexão ou Não.
    • Modo Não Orientado a Conexão: serviço de transporte não confiável. A camada de transporte somente mapeia o pedido de transmissão de dados em pacotes para a transmissão pela camada de rede. Um exemplo de um protocolo não orientado a conexão é o protocolo UDP (User Datagram Protocol).
    • Modo Orientado a Conexão: serviço de transporte confiável. O transporte orientado a conexões consiste em ocultar as imperfeições do serviço de rede, de modo que os processos do usuário possam simplesmente supor a existência de um fluxo de bits livre de erros. Um exemplo de um protocolo orientado a conexão é o TCP (Transmission Control Protocol).

É responsável por agrupar os dados em seguimentos e fragmentar estes seguimentos de forma que se encaixem na tecnologia física de redes da qual está sendo utilizada. Algumas características fazem parte desta camada, como garantir que os seguimentos foram entregues ao destino, controlar se houve erro na transmissão, controlar o fluxo de seguimentos em transmissão, garantir a seqüência correta destes seguimentos e, caso haja em algum momento, erro na transmissão ou, algum seguimento não seja entregue, a camada de transporte se encarrega de re-transmitir o seguimento perdido e/ou corrompido (DIOGENES, 2004).

• Camada de Rede (Network Layer)
  • Encaminhamento (routing) de pacotes e fragmentação.
  • Esquema de endereçamento lógico dos pacotes, convertendo endereços lógicos em físicos (IP Address em MAC Address), fazendo com que os pacotes cheguem corretamente ao seu destino.
  • Interconexão de Redes.
  • Tratamento de Erros.
  • Fragmentação de Pacotes.
  • Controle de Congestionamento.
  • Sequenciamento de Pacotes.

Trata-se de uma camada onde, são encaminhados os dados na rede, verificando a melhor rota a ser seguida. É nesta camada que o endereçamento IP é atribuído ao pacote de dados (FILIPPETTI, 2002).

• Camada de Enlace ou Link de Dados (Data Link Layer)
  • Controla o acesso ao meio físico de transmissão.
  • Controlo de erros da camada física.
  • É responsável por fornecer meios funcionais para a transferência de dados entre os dispositivos da rede.
  • O exemplo mais conhecido desta camada é a Ethernet. Outros são 802.11 (WiFi), Frame Relay e ATM. Na família TCP/IP temos o PPP e o SLIP.

Esta camada é responsável por traduzir os dados vindos da camada anterior (Rede) em bits e prover a transferência dos dados no meio (DIOGENES, 2004).

• Camada Física (Physical Layer)
  • Define as todas as características técnicas do meio físico de transmissão da rede, conectores, interfaces, codificação ou modulação de sinais, incluindo o layout de pinos, voltagens e especificações de cabos.

Está é a camada do meio em si. Fazem parte desta camada o cabeamento, os conectores, voltagem, bits, entre outros dispositivos (DIOGENES, 2004).

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 Dispositivos de Rede X Camadas

• Camada 1 – Física:
  • Cabos e Fios (Ex.: Cabo UTP / Coaxil, Fibra Óptica);
  • HUBs (concentradores);
  • Repetidores / Conversores;
  • Os adaptadores de rede também fazem parte desta camada.
• Camada 2 – Enlace:
  • Bridges (pontes);
  • Switches Comuns (comutadores). Há alguns switches, capazes de funcionar também na Camada 3;
  • Placas de Rede (MAC).
• Camada 3 – Rede:
  • Routers (roteadores);
  • Switches Gerenciáveis, muitas vezes também conhecido por “Switch de Camada 3” ou “Switch Layer 3”.
• Demais Camadas (da 4 até a 7):
  • Daqui em diante podem existir equipamentos específicos, mas basicamente são Computadores com Sistema Operacional Embarcado; Equipamentos para Firewall, DNS, Roteadores mais poderosos. Todos estes podem ir desde a camada 2 até a 7.

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Modelo OSI – Protocolos

Protocolo é o conjunto de regras sobre o modo como se dará a comunicação entre as partes envolvidas. (Wikibooks)

Protocolo é a “língua” dos computadores, ou seja, uma espécie de idioma que segue normas e padrões determinados. É através dos protocolos que é possível a comunicação entre um ou mais computadores.

A seguinte figura, ilustra em que camada funciona um determinado protocolo.

Por exemplo, quando falamos a nível de TCP/UDP estamos mais especificamente a falar da camada de transporte.

Fonte da Imagem: Wikipédia

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Analogia do Modelo OSI com a Comunicação Via Carta

Uma das técnicas mais comuns para exemplificar o funcionamento destas camadas é através da “Analogia”, e um ótimo exemplo é a “Comunicação Via Carta”.

Por coincidência, esta foi uma das formas que meu professor desta disciplina utilizou em um curso de Redes de Computadores, realizado no Instituto Federal do Pará – Campus Castanhal (IFPA-Castanhal), no ano de 2014. E posso afirmar, que fora um dos melhores cursos que já realizei.

Para ilustrar como tudo isto funciona, observem a imagem abaixo.

Fonte da Imagem: Wikipédia

Primeiro, vamos deixar claro como funciona o acesso a uma página Web, através de seu navegador (browser), demonstrando como tudo se encaixa neste modelo de camadas, iniciando a partir da Camada de Cima (7) para a Camada Física (1):

• Na camada de aplicação, o browser (aplicação) serve de interface para apresentação da informação ao utilizador. Para este pedido (cliente-> servidor), foi usado o protocolo HTTP
• O formato dos dados é tratado na camada de apresentação. Os formatos tradicionais da Web incluem HTML, XML, PHP, GIF, JPG, etc. Adicionalmente são usados mecanismos de encriptação e compressão para a apresentação da informação.
• Na camada de sessão é estabelecida a sessão entre o computador cliente (onde estamos a fazer pedido via browser) e o servidor web (que aloja a página requisitada).
• O protocolo TCP  fornece garantia na entrega de todos os pacotes entre um PC emissor e um PC receptor (neste caso, a entrega de toda a informação da página web do servidor para o cliente). Isso é uma funcionalidade da camada de transporte.
• Tanto o PC cliente como servidor possuem um endereço lógico (endereço IP neste caso). Isso é uma funcionalidade da camada de rede. Adicionalmente os routers determinam qual o melhor caminho para que os pacotes possam fluir (encaminhamento) entre cliente e servidor web.
• O endereço IP (endereço lógico) é então “traduzido” para o endereço físico (endereço MAC da placa de rede. Isto é funcionalidade da camada da dados
• Cabos de cobre, fibra óptica, placas de rede, hubs e outros dispositivos, ajudam na ligação física entre o cliente e o servidor que acontece na camada física.

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Fontes

Livros

• DIOGENES, Yuri. Certificação Cisco. Rio de Janeiro: Axcel Books, 2004.
• FILIPPETTI, Marcos A. CCNA 3.0 – Guia Completo de Estudo. Florianópolis: Visual Books, 2002.
• TANENBAUM, Andrew S. – Redes de Computadores – 4ª Ed., Editora Campus (Elsevier), 2003.
• STALLINGS, William. – Redes e Sistemas de Comunicação de Dados – 5ª Ed., Editora Campus (Elsevier), 2005.

Internet

• PPLWare
• iMasters
• Flávio Mackenzi e Unit
• Microsoft BR