Resumo

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OSI: Um Modelo de Referência

Para satisfazer as necessidades e solicitações das novas redes de comunicação, os fabricantes de equipamentos e sistemas desenvolveram soluções proprietárias para as várias arquiteturas de sistemas. Conseqüentemente, várias redes foram criadas a partir de diferentes implementações de hardware e de software. Essas soluções passaram, então, a definir o inter-relacionamento dos sistemas com os usuários. Entretanto, muitas redes eram incompatíveis entre si, com diferentes especificações, impossibilitando a interoperabilidade e a comunicação entre elas. Essa situação levou a elaboração de um modelo que servisse como referência para que todos os fabricantes desenvolvessem soluções capazes de interagir entre si. A arquitetura RM-OSI (Reference Model for Open Systems Interconnection) foi criada pela ISO (International Standards Organization) com a finalidade de padronizar o desenvolvimento desses produtos para redes de comunicação de dados, em resposta ao crescente número de arquiteturas proprietárias. Seu objetivo é permitir a interligação de equipamentos e sistemas distintos sem problemas de compatibilidade. É uma referência que mostra sempre o que fazer, mas não como fazer.

1. Estrutura do Modelo OSI

A ISO lançou o modelo de referência OSI em 1984. Trata-se de uma descrição ou modelo de referência e não um novo padrão estabelecendo o modo como a informação deve ser transmitida entre os pontos de uma rede. Esse modelo propõe uma estrutura em camadas para o desenvolvimento de soluções que funcionem sob qualquer plataforma, independentemente do hardware ou software utilizado.

Para que os pacotes de dados trafeguem de uma origem até um destino, através de uma rede, é importante que todos os dispositivos da rede usem a mesma linguagem, o mesmo protocolo. Logo, podemos definir o protocolo como sendo um conjunto de regras, ou um acordo, que determina o formato e como ocorrerá a transmissão de dados. A camada n em um computador se comunica com a camada n em outro computador.

No modelo de referência OSI, existem sete níveis numerados e cada nível representa uma função particular da rede. Essa separação das funções da rede é chamada divisão em camadas. Dividir a rede nessas sete camadas oferece uma solução para os problemas de interoperabilidade apresentados anteriormente, pois oferece como vantagens:

Decompor as comunicações de rede em partes menores e mais simples, facilitando sua análise;

Padronizar os componentes de rede, permitindo o desenvolvimento e o suporte por parte de vários fabricantes;

Possibilitar a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede;

Evitar que as modificações em uma camada afetem as outras, possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento;

2. As Sete Camadas

O modelo de referência OSI (RM-OSI) está dividido em sete camadas verticais (Física, Enlace de Dados, Rede, Transporte, Sessão, Apresentação e Aplicação), cada uma com sua função específica e funcionando independente uma das outras (Figura 1). As sete camadas por sua vez, se dividem em dois grupos. As quatro camadas superiores são usadas quando a informação passa de ou para o próprio elemento de rede, enquanto as últimas três camadas são usadas quando a informação é destinada a outro elemento na rede. Esta divisão possibilita uma melhor compreensão do modelo como um todo e a otimização de cada tarefa.

Entre as camadas, a comunicação se dá apenas com a imediatamente inferior ou superior àquela que deseja estabelecer a comunicação. Para que isso ocorra são necessários, no mínimo, dois sistemas com um mesmo conjunto de camadas.

Figura 1 - Estrutura do Modelo de Referência OSI

2.1. Camada Física ou de Acesso ao Meio

A Camada Física é responsável pela interface física entre os equipamentos e os protocolos a serem seguidos para a transmissão das informações entre os diversos sistemas de informação e gerencia a transferência física da informação sobre os meios de transmissão possíveis. Com esta camada, o modelo OSI permite a flexibilidade do uso de vários meios físicos para interconexão, com procedimentos de controle diferentes.

A camada física define as características mecânicas, elétricas, funcionais e os procedimentos para ativar, manter e desativar conexões físicas para a transmissão de dados entre as entidades da camada seguinte. Ela envolve a definição de todos os aspectos relacionados com as características físicas (tipos de cabos e conectores), elétricas (níveis de tensão dos sinais, tipos de codificação etc.), funcionais e procedurais do sistema.

2.2. Enlace de Dados ou de Ligação Lógica

A Camada de Enlace gerencia a transferência da informação através do canal de transmissão. É responsável pelo controle do fluxo da informação na rede, bem como sua sincronização e garantia de entrega. Proporciona ainda, a detecção e correção de erros de transmissão.

Sua principal função é tornar o meio físico mais confiável e isento de erros para as camadas superiores, fornecendo mecanismos para ativar, manter e desativar a conexão. Para cumprir sua função, nesta camada são implementados instrumentos de controle e detecção de erros. Nesta camada, os bits de informação são agrupados em unidades chamadas "frames". O Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) divide a camada de Enlace de Dados em duas subcamadas: LLC e MAC.

A subcamada LLC é responsável por fornecer às camadas superiores um meio de transmissão que pareça livre de erros. Sua implementação independe da subcamada MAC.

Na subcamada MAC estão os métodos de acesso com os endereços de hardware de cada sistema, também conhecidos como MAC Address e o CRC. Um dos seus objetivos é ocultar das camadas superiores o tipo de meio físico que está sendo usado, assim como o método de acesso.

No processo de transmissão, esta camada acrescenta suas próprias informações de controle como o endereço de origem e de destino, o comprimento do frame, os protocolos das camadas superiores envolvidos na comunicação e um protocolo responsável pela verificação de erros conhecido como "Cyclic Redundancy Check" (CRC).

2.3. Camada de Rede

A camada de rede é responsável pelo gerenciamento do transporte das informações entre uma rede composta de múltiplos segmentos. Proporciona o encaminhamento e endereçamento da informação, quer na origem, quer no destinatário da transmissão. Na arquitetura de sistemas abertos, alguns sistemas são destinatários terminais de dados, enquanto outros funcionam apenas como nós intermediários que repassam as informações para outros sistemas.

A camada de rede tem como função favorecer uma trajetória de conexão de rede entre um par de entidades da camada de transporte, inclusive passando por nós intermediários. É o protocolo voltado para a operação da rede propriamente dita. Algoritmos de roteamento e de controle de congestionamento são agrupados nessa camada.

2.4. Camada de Transporte

Proporciona a interface entre as três camadas superiores e as três camadas inferiores, isolando o utilizador dos aspectos funcionais e físicos da rede. Garante ainda, a comunicação ponto-a-ponto, define e controla a qualidade da transmissão. A ISO conjectura que há a necessidade de controlar o transporte de dados do sistema fonte para o destino para que o serviço de transporte atinja sua totalidade. Por esse motivo há uma camada de transporte sobre a camada de rede para aliviar as entidades de camadas superiores das tarefas do transporte de dados entre elas.

O propósito principal da camada de transporte é oferecer serviço de transferência de dados de forma transparente entre as entidades da camada de sessão. O termo "transparente" refere-se ao fato de que as entidades de sessão não têm a necessidade de conhecer os detalhes da transferência dos dados. Os usuários da camada de transporte são identificados pelos seus endereços.

A Camada de Transporte fornece uma comunicação ponto a ponto confiável e transparente, através de mecanismos de seqüenciamento, controle de fluxo e confirmação / negação do recebimento de pacotes. Normalmente é usada para compensar a falta de confiabilidade das camadas inferiores.

2.5. Camada de Sessão

A Camada de Sessão fornece uma estrutura de controle para a comunicação entre aplicações. Cuida do mecanismo conhecido como "name-to-station address translation" (NAT), ou seja, a tradução de endereços para o nome de uma estação de rede específica. Gerencia a transferência organizada da informação, desde o modo como se processa o diálogo até o gerenciamento da troca de dados entre as entidades de apresentação. Para isso, a camada de sessão fornece serviços para o estabelecimento de uma conexão de sessão entre duas entidades de apresentação através do uso de uma conexão de transporte.

A camada de sessão tem como serviços a administração da sessão (login / autenticação e logoff) e o diálogo da sessão, controlando a troca de dados, delimitando e sincronizando operações entre duas entidades.

2.6. Camada de Apresentação

A Camada de Apresentação realiza a conversão do formato de dados de forma que eles sejam entendidos por todos os sistemas envolvidos na comunicação. Esta camada também faz a compressão / descompressão e criptografia / descriptografia.

A Camada de Apresentação também resolve problemas de diferenças de sintaxe entre sistemas abertos comunicantes. Através dos serviços da camada de apresentação, as aplicações no ambiente OSI podem estabelecer a comunicação sem custos excessivos oriundos de variações de interfaces, transformações ou modificações das próprias aplicações.

2.7. Camada de Aplicação

Na Camada de Aplicação está o suporte das aplicações do usuário do sistema. Sua função é definir a semântica da informação a transmitir/receber. Os serviços desta camada são usados pelos próprios usuários do ambiente OSI. Essa camada serve de "janela" entre usuários comunicantes, através da qual ocorre a troca das informações entre esses usuários. Cada usuário é representado para os demais por sua entidade de aplicação devida. É importante salientar que a totalidade de uma aplicação não se encontra nesta camada, apenas uma parte, que precisa se comunicar com entidades remotas.

É a responsável ainda pela negociação do modo como a informação a transmitir é representada (sintaxe). A camada de apresentação fornece os serviços que podem ser selecionados pela camada de aplicação para a interpretação da sintaxe dos dados trocados. Gerencia a entrada, troca, amostra e controle de dados estruturados.

Sob a responsabilidade da Camada de Aplicação estão os serviços como transferência de arquivos, gerenciamento de redes e emulação de terminais.

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##### Atualizado em Agosto de 2017 ######

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4. SLIDES DE AULAS DE REDES DE COMPUTADORES II

Material com nível introdutório, disponibilizado para livre acesso pela Universidade Federal de Campina Grande, elaborado pelo professor Prof. Pedro Sergio Nicolletti (Peter). São, ao todo, mais de 200 páginas de conteúdo.

MÓDULO	ASSUNTO	MATERIAL
0	Apresentação	Apresentação
1	Introdução	Introdução
2	Arquitetura de Redes	Camada Física Camada de Enlace Camada de Rede Camada de Transporte Camada de Aplicação
3	Estudo de Casos	Rede DSC Rede UFPB Rede RPP e RNP
4	TCP/IP	Introdução Endereçamento Roteamento

5. SLIDES DE AULAS DE REDES DE COMPUTADORES III

Material do Professor Fabrício Breve (+ de 300 slides). Aproveite para conhecer o site dele, é muito bom.

Lista de apostilas (slides) de redes de computadores:

6. SLIDES DE AULAS DE REDES DE COMPUTADORES IV

Material disponibilizado livremente pelo Professor Adriano Mauro Cansian (cerca de 400 páginas). Ótimo conteúdo.

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Slides Capítulo 1 - Introdução

Material didático baseado no Cap. 1 do Livro-texto (Kurose & Ross). Tópicos principais: O que que é a Internet; O que é um protocolo; A borda (edge) da rede; O núcleo (core) da rede; Rede de acesso, meio físico. Desempenho: perdas, retardo; Camadas de protocolo e modelos de serviço; Backbones, PTTs, provedores; Breve História da Internet.

Slides Capítulo 2 - Camada de Aplicação

Os Principais Serviços e aplicações na Internet; Paradigma Cliente-servidor; O protocolo FTP; A World Wide Web e o Protocolo HTTP; Mensagens eletrônicas, SMTP, POP3 e IMAP; Formatos de mensagens; Mensagens MIME; Protocolos de conexão seguros; DNS - Domain Name Service; Aplicações P2P (Napster, Gnutela, Kazaa e Bittorrent); Sockets.

Slides Capítulo 3 - Camada de Transporte

A camada de transporte; Modelos de serviço de transporte; Máquinas de estado RDT em canais não confiáveis; Protocolos dutados; Go Back N; Transporte confiável; Controle de Fluxo; Controle de congestionamento; TCP; UDP.

Slides Capítulo 4 - Camada de Rede

7. VÍDEO AULAS COMPLEMENTARES

Vídeoaulas gratuitas Redes de Computadores ministradas pelos professores Cláudio de C. Monteiro, Alex Coelho, Evanderson Alex Almeida e Vinícius de M. Rios. São ao todo 19 módulos. Considero um conteúdo complementar, embora não seja tão completo quanto o primeiro curso de redes referenciado.