REDES DE COMPUTADORES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar

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1 - Aula Complementar - MODELO DE REFERÊNCIA OSI Este modelo se baseia em uma proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization) como um primeiro passo em direção a padronização dos protocolos empregados nas diversas camadas. O modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection) trata da interconexão de sistemas abertos ou seja, sistemas que estão abertos a comunicação com outros sistemas. O modelo OSI tem 07 (sete) camadas, como na figura a seguir: Princípios aplicados para se chegar às sete camadas: 1. Uma camada deve ser criada onde houver necessidade de um grau de abstração adicional; 2. Cada camada deve executar uma função bem definida; 1

2 3. A função de cada camada deve ser escolhida tendo em vista a definição de protocolos padronizados internacionalmente. 4. Os limites de camadas devem ser escolhidos para minimizar o fluxo de informações pelas interfaces; 5. O número de camadas deve ser grande o suficiente para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e pequenas o suficiente para que a arquitetura não se torne difícil de controlar. Observe que o modelo OSI não é uma arquitetura de rede, pois não especifica os serviços e os protocolos que devem ser usados em cada camada. Ele apenas informa o que cada camada deve fazer. A ISO produziu alguns padrões para todas as camadas, embora esses padrões não façam parte do próprio modelo de referência. Camada Física A camada física trata da transmissão de bits brutos por um canal de comunicação. O projeto da rede deve garantir que, quando um lado enviar um bit 1, o outro lado o receberá como um bit 1, não como um bit 0. Neste caso, as questões mais comuns serão a voltagem a ser usada para representar um bit 1 e um bit 0, a quantidade de nanossegundos que um bit deve durar, o fato de a transmissão poder ser ou não realizada nos dois sentidos simultaneamente, a forma como a conexão iniciada será estabelecida e de que maneira ela será encerrada quando ambos os lados tiverem terminado, e ainda quantos pinos o conector de rede reta e qual será a finalidade de cada um. Nesta situação, as questões de projeto lidam em grande parte com interfaces mecânicas, elétricas e de sincronização, e com o meio físico de transmissão que se situa abaixo da camada física. 2

3 Exemplo: RS 232, V35, ETH (RJ 45) Camada de Enlace de Dados Sua principal tarefa é transformar um canal de transmissão bruto em uma linha que pareça livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. Para executar essa tarefa, a camada de enlace de dados faz com que o transmissor divida os dados de entrada em quadros de dados (com milhares de bytes), e transmita os quadros seqüencialmente. Se o serviço for confiável, o receptor confirmará a Recepção correta de cada quadro, enviando de volta um quadro de confirmação. Outra questão que surge é como impedir que um transmissor rápido envie uma quantidade excessiva de dados a um receptor lento. Com freqüência, é necessário algum mecanismo que regule o tráfego para informar ao transmissor quanto espaço o buffer do receptor tem no momento. Na maioria das vezes o tratamento de erro e o controle de fluxo são interligados. As redes de difusão têm uma questão adicional a ser resolvida nesta camada: como controlar o acesso ao canal compartilhado. Uma subcamada especial da camada de enlace de dados, a subcamada de controle de acesso ao meio, cuida desse problema. Verifica a presença de erros e adiciona o Frame Control Sequence (FCS), conhecido como checksum, podendo executar a correção de erro usando o procedimento de retransmissão. Acessa o meio usando o endereço MAC. Exemplo: Ethernet, PPP, HDSL Camada de Rede É a camada que controla a operação da sub-rede. Uma questão fundamental de projeto é determinar a maneira como os pacotes são roteados da origem até o destino. As rotas ordem se basear em tabelas estáticas à rede e raramente alteradas. Elas também podem ser determinadas no início de cada conversação, como uma sessão de terminal (logon em uma 3

4 máquina remota). Ou podem ser altamente dinâmicas, sendo determinadas para cada pacote, com o objetivo de refletir a carga atual da rede. O controle de congestionamento também pertence a essa camada, pois se houver muitos pacotes na sub-rede ao mesmo tempo, eles dividirão o mesmo caminho causando gargalos. Dessa forma, a qualidade do serviço fornecida (retardos, tempo em trânsito, instabilidade) é uma questão da camada de rede. Cabe ainda a camada de rede superar problemas como tamanho excessivo de pacotes, protocolos diferentes, de forma a permitir que redes heterogêneas sejam interconectadas. Esta camada administra o roteamento de pacotes usando o endereço lógico, decidindo por qual caminho o pacote tem que percorrer para alcançar o destino. O nível três usa tabela de roteamento para otimizar o tráfego da rede. Exemplo: IP, IPX Camada de Transporte A função desta camada é aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em unidades menores caso necessário, repassar essas unidades à camada de rede e assegurar que todos os fragmentos chegarão corretamente à outra extremidade. Tudo isso deve ser feito de modo que as camadas superiores fiquem isoladas das inevitáveis mudanças na tecnologia de hardware. Ela também determina que tipo de serviço deva ser fornecido à camada de sessão e aos usuários da rede. O tipo de conexão de transporte mais popular é um canal ponto a ponto livre de erros que entrega a mensagens ou bytes na ordem em que eles foram envidados. No entanto, outros tipos possíveis de serviço de transporte são as mensagens isoladas sem nenhuma garantia relativa à ordem de entrega e à difusão de mensagens para muitos destinos. O tipo de serviço é determinado quando a conexão é estabelecida. É uma verdadeira camada fim a fim que liga origem a destino. Em outras palavras, um programa da máquina de origem mantém uma conversação com um programa semelhante instalado na máquina de destino, utilizando os cabeçalhos de mensagens e as mensagens de controle. É importante observar que nas camadas inferiores 1 à 3, a comunicação é encadeada e a partir da camada 4 até a 7 são chamadas fim a fim. (Observe a figura acima) 4

5 Fornece serviços para transferir dados fim a fim (independente das camadas inferiores). O nível 4 pode: Fragmentar segmentos para adaptá-los ao nível 3; Encontrar e corrigir erros; Checar o fluxo de dados (seqüenciamento) e congestão. A camada de Transporte é responsável pela confiabilidade dos dados transmitida na rede. Exemplo: TCP, UDP, SPX. 1 Camada de Sessão A camada de sessão permite que os usuários de diferentes máquinas estabeleçam sessões entre eles. Uma sessão oferece diversos serviços, inclusive o controle de sessões entre eles. Uma sessão oferece diversos serviços, inclusive o controle de diálogo (mantendo o controle de quem deve transmitir em cada momento), o gerenciamento de token (impedindo que duas partes tentem executar a mesma operação crítica ao mesmo tempo) e a sincronização (realizando a verificação periódica de transmissões longas para permitir que elas continuem a partir do ponto em que estavam ao ocorrer uma falha. Em suma, esta camada é responsável por estabelecer o diálogo entre sistemas de sincronização e suas trocas de dados; estabelecer sessões de comunicação entre as aplicações nos computadores que estão se comunicando; e separar dados que pertencem a aplicações diferentes. Exemplo: Sistema Operacional. 1 Estes protocolos só são montados e desmontados na origem e destino 5

6 Camada de Apresentação Diferente das camadas mais baixas, que se preocupam principalmente com a movimentação de bits, a camada de apresentação está relacionada à sintaxe e à semântica das informações transmitidas. Para tornar possível a comunicação entre computadores com diferentes representações de dados, as estruturas de dados a serem intercambiadas podem ser definidas de maneira abstrata, juntamente com uma codificação padrão que será usada durante a conexão. A camada de apresentação gerencia essas estruturas de dados abstratas e permite a definição e o intercâmbio de estruturas de dados de nível mais alto. Esta camada assegura que os dados sejam apresentados para as aplicações em formatos compreensíveis, uma vez que as informações são representadas em diferentes máquinas sobre diferentes caminhos. Gerencia a criptografia e a compressão dos dados. Exemplo: ASCII, EBCDIC, JPEG Camada de Aplicação Esta camada contém uma série de protocolos comumente necessários para os usuários. Um protocolo de aplicação amplamente utilizado é o HTTP (HiperText Transfer Protocol), que constitui a base para a WWW (Word Wide Web). Quando um navegador deseja uma página Web, ele envia o nome da página desejada ao servidor, utilizando o HTTP. Então, o servidor transmite a página de volta. Outros protocolos de aplicação são usados para transferência de arquivos (FTP), correio eletrônico (POP, SMTP) e transmissão de notícias pela rede. A camada de aplicação é a interface entre as aplicações no sistema (software que pertence ao sistema operacional ou software necessário para usar a rede), que oferece uma interface de rede para as aplicações e dá suporte às aplicações de redes para transferência de arquivos, comunicação, controle. Exemplo: Telnet, FTP, HTTP, SMTP 6

7 As subcamadas de Enlace Quando o modelo OSI é aplicado em LAN s ao contrário das WAN s a camada de Enlace é dividida em duas subcamadas. A Camada de Controle de Link Lógico (LLC) define os tipos de dados contidos nos quadros. A Camada de Acesso ao Meio (MAC) define endereçamento, enquadramento e método de acesso ao meio (controle de compartilhamento do meio de transmissão). Em redes baseadas no modelo broadcast existem dois problemas principais: - Na transmissão (TX), é necessário decidir qual estação está autorizada usar o meio físico no caso de competição entre mais de uma estação. - Na recepção (RX), é necessário determinar qual é o destino da mensagem e quem a está enviando. No primeiro caso, é necessário evitar a transmissão por mais de uma estação ao mesmo tempo. O protocolo que administra a transmissão em um canal broadcast (também chamado canal de multiacesso ou canal com acesso randômico) pertence a este sub-nível MAC. Eles são usados principalmente em redes locais (LAN s). 7

8 O CSMA/CD 2 é o algoritmo usado para resolver este problema nas redes ethernet, a rede local mais utilizada atualmente. No segundo caso, a solução deste problema necessita da presença de endereços em nível de MAC (não são endereços IP) para transformar a transmissão em: - Ponto a ponto; - Uma real difusão, se a mensagem é dirigida a todas as estações. 2 Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect 8

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