Modelo OSI

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OSI (Open Systems Interconnection), Camadas OSI ou Interconexão de Sistemas Abertos, é um conjunto de padrões ISO relativo à comunicação de dados. Um sistema aberto é um sistema que não depende de uma arquitetura específica.

[editar] Propósito

Para facilitar o processo de padronização e obter interconectividade entre máquinas de diferentes sistemas operativos, a Organização Internacional de Padronização (ISO - International Organization for Standardization) aprovou, no início dos anos 80, um modelo de referência para permitir a comunicação entre máquinas heterogêneas, denominado OSI (Open Systems Interconnection). Esse modelo serve de base para qualquer tipo de rede, seja de curta, média ou longa distância.

[editar] Descrição das camadas

Este modelo é dividido em camadas hierárquicas, ou seja, cada camada usa as funções da própria camada ou da camada anterior, para esconder a complexidade e transparecer as operações para o usuário, seja ele um programa ou uma outra camada.

[editar] Camada física

A camada física está directamente ligada ao equipamento de cabeamento ou outro canal de comunicação (ver modulação), e é aquela que se comunica diretamente com o controlador da interface de rede. Preocupa-se, portanto, em permitir uma comunicação bastante simples e confiável, na maioria dos casos com controle de erros básico:

• Move bits (ou bytes, conforme a unidade de transmissão) através de um meio físico.
• Define as características elétricas e mecânicas do meio, taxa de transferência dos bits, voltagens, etc...
• Controle de acesso ao meio. (não pertence à camada física)
• Controle lógico de enlace. (não pertence à camada física).
• Confirmação e retransmissão de quadros.
• Controle da quantidade e velocidade de transmissão de informações na rede.

[editar] Camada de ligação de dados

Esta camada também se designa por Camada de enlace de dados ou por Camada de link de dados.

• camada que detecta e, opcionalmente, corrige erros que possam acontecer no nível físico. Responsável pela transmissão e recepção (delimitação) de quadros e pelo controle de fluxo.
• Estabelece um protocolo de comunicação entre sistemas diretamente conectados. O endereçamento é físico, embutido na interface de rede.
• Exemplo de protocolos nesta camada: PPP, LAPB (do X.25),NetBios
• Tambem está inserida no modelo TCP/IP (apesar de TCP/IP não ser baseado nas especificações do modelo OSI)

Na rede ethernet cada placa de rede possui um endereço físico, que deve ser único na rede.

Em redes do padrão IEEE 802, e outras não IEEE 802 como a FDDI, esta camada é dividida em outras duas camadas: Controle de ligação lógica (LLC), que fornece uma interface para camada superior (rede), e controle de acesso ao meio físico (MAC), que acessa diretamente o meio físico e controla a transmissão de dados.

[editar] Topologia de Redes

Ver artigo principal: Topologia (informática).

• Ponto-a-ponto
• Anel
• Estrela
• Barramento
• Árvore

[editar] Controle de acesso

• Centralizado: Uma máquina é responsável por controlar o acesso ao meio. EX: estrela, antena de celular.
• Distribuído: Todas as máquina fazem o controle de acesso. Ex: Anel, ethernet.
• Veja logo abaixo

[editar] Protocolos de acesso

• Existe dois tipos de Enlace(segunda camada do modelo ISO/OSI ). O Enlace ponto a ponto e o Enlace broadcast.
• No enlace ponto a ponto, um único remetente numa extremidade do enlace se comunica com outro remetente na outra extremindade do enlace. Protocolos que utilizam esse tipo de comunicação: PPP e HDLC.
• No enlace broadcast vários nós (computador, servidor etc ), remetentes e receptores, estão conectados em um único canal de transmissão. Um exemplo deste tipo de comunicação é a televisão tradicional. A TV é um enlace unidirecional. Como uma analogia, imagine você na sala de aula, onde o meio de transmissão é o ar, os nós receptores e remetentes são seus colegas. Para que não exista problema na comunicação, algumas regras são seguidas.
• Ex:
• "Não fale até que alguém fale com vc."
• "Levante a mão se tiver alguma pergunta a fazer."
• "Não interrompa uma pessoa quando esta estiver falando."
• As redes de computadores possuem regras como essa, as quais são denomindas protocolos de acesso múltiplo. *Dezenas desses protocolos foram implementados na camada de enlace, de fato que podemos dividi-los em três *categorias.
• Protocolos de Divisão do Canal;
• Protocolos de Acesso Aleatório; e
• Protocolos de Revezamento.

[editar] Protocolos de divisão do canal

[editar] TDM e FDM

• Uma forma simples para a comunicação sair perfeita (sem colisões ), seria dividir o tempo de comunicação e entregar para cada um dos nós. Imagine uma rede com 10 computadores e um tempo de 20 segundos para comunicação, por rodada. Assim, poderíamos dividir o numero de tempo pelo numero de computadores e entregar esse tempo para cada um dos computadores. então ficaria 20(tempo)/10(computadores), que é igual a 2 segundos por computador, em cada rodada.
• Esse tipo de divisão é feita pelo protocolo TDM( multiplexação por divisão de tempo ). Esse protocolo divide o tempo em quadros temporais, dentro desses quadros existem N compartimentos, onde N é igual ao número de computadores.
• O protocolo FDM( multiplexação por divisão de freqüência ), uma divisão semelhante é feita, porém, em vez de espaços iguais de tempo, ele divide espaços iguais de freqüência. Esses são dois protocolos eficientes, levando em consideração que todos os nós transmitem informações freqüentemente. Porém, se em momentos freqüentes, apenas um nó transmitir informações, este somente o poderá através de seu compartimento, mesmo que ninguém mais transmita absolutamente nada. Dessa forma o canal broadcast fica ocioso em grandes períodos de tempo.

[editar] Protocolos de acesso aleatório

O protocolo de acesso aleatório e multi-ponto.

[editar] Slotted ALOHA, ALOHA Puro e CSMA

• Um dos protocolos mais simples é o slotted ALOHA.
• Para iniciar nossos estudos, entenda que nesse protocolo, o tempo de transmissão é dividido pelo numero de quadro formando intervalos, de fato que um intervalo é igual ao tempo de transmissão de um quadro. Cada nó conhece o início do intervalo. Em cada colisão, todos os nós identificam a mesma antes mesmo do término do intervalo. Quando um nó tem algum quadro para enviar, ele espera até o início do próximo intervalo e o envia, se for detectada colisão, ele espera um tempo aleatório e envia novamente. Note que quando um nó quer enviar um quadro ele o envia no primeiro intervalo que aparecer e, se não tiver colisão e for preciso o envio de outro quadro, o nó o fará no próximo intervalo, até que termine os quadros ou que haja uma colisão e tenha que esperar um tempo aleatório. O "Lula" desse protocolo é que se vários nós estiverem enviando, os intervalos que houverem colisões serão desperdiçados e certos intervalos não serão utilizados, porque o tempo aleatório que vos falei tem um caráter probabilístico, ou seja, é como jogar a moeda, se der cara ele envia, se der coroa ele espera mais um tempo. Portanto este não é um protocolo tão eficiente para uma rede com muitos nós enviando, sempre, informações.
• ALOHA Puro
• O Slotted ALOHA precisa que seus nós sincronizem as transmissões de acordo com os intervalos. Porém o primeiro protocolo ALOHA, chamado de ALOHA Puro era descentralizado. Quando um quadro chega à camada Física para ser enviado, ele o é imediatamente. Então, se houver colisão, um tempo aleatório é esperado para enviar novamente.
• CSMA
• Esses protocolos anteriores são, analogicamente falando, muito mal educados. Por exemplo, imagine uma mesa com pessoas conversando. Tanto o Slotted ALOHA quanto ALOHA Puro não verificam se alguém está falando. Eles transmitem e se algum outro nó estiver se comunicando, aí, então eles param um tempo aleatório com uma certa probabilidade, e iniciam novamente. O CSMA é diferente, ele escuta o canal(detecção de portadora) antes de enviar as informações. Caso algum outro nó o esteja fazendo ele espera um tempo para então voltar a escutar o canal broadcast. Outra característica importante é, se quando o canal estiver ocioso e o nó for transmitir e outro o fizer no mesmo momento, o CSMA realiza a detecção de colisão, fazendo com que pare a transmissão, até que algum protocolo determine quando deve tentar transmitir novamente.

[editar] Protocolos de revezamento

[editar] Pooling e token

• O protocolo de pooling requer que um dos nós seja nomeado o nó mestre. Esse nó escolhe de forma circular os nós que precisam transmitir. Quando o nó 1 for transmitir, o nó mestre o concede um determinado número de quadros para transmitir, acabando essa transmissão, o nó 2 inicia e assim sucetivamente. Os intervalos vazios que atormentam os protocolos de acesso aleatório já não existe mais, porém não é seguro colocar as transmissões da rede nas mãos de um nó. Porque se este falhar, toda a rede para. Outro problema é o tempo de escolha do nó que deverá transmitir. Esse tempo é bastante significativo.
• Token( protocolo de passagem de permissão ). Essas passagens de permissão são distribuídos por todos os nós. Por exemplo, o nó 1 poderá enviar permissão ao nó 2, o nó 2 poderá enviar permissão ao nó 3, o nó N poderá enviar permissão ao nó 1. Quando um nó recebe a permissão, ele a segura se precisar enviar alguma informação, se não, ele passa para o próximo nó.

[editar] Camada de rede

A camada de Rede é responsável pelo endereçamento dos pacotes, convertendo endereços lógicos em endereços físicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino. Essa camada também determina a rota que os pacotes irão seguir para atingir o destino, baseada em fatores como condições de tráfego da rede e prioridades.

Essa camada é usada quando a rede possui mais de um segmento e, com isso, há mais de um caminho para um pacote de dados trafegar da origem ao destino.

Encaminhamento, endereçamento, interconexão de redes, tratamento de erros, fragmentação de pacotes, controle de congestionamento e sequenciamento de pacotes são funções desta camada.

• Movimenta pacotes a partir de sua fonte original até seu destino através de um ou mais enlaces.
• Define como dispositivos de rede descobrem uns aos outros e como os pacotes são roteados até seu destino final.

[editar] Camada de transporte

A camada de transporte é responsável por pegar os dados enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão transmitidos para a camada de Rede. No receptor, a camada de Transporte é responsável por pegar os pacotes recebidos da camada de Rede, remontar o dado original e assim enviá-lo à camada de Sessão.

Isso inclui controle de fluxo, ordenação dos pacotes e a correção de erros, tipicamente enviando para o transmissor uma informação de recebimento, informando que o pacote foi recebido com sucesso.

A camada de Transporte separa as camadas de nível de aplicação (camadas 5 a 7) das camadas de nível físico (camadas de 1 a 3). A camada 4, Transporte, faz a ligação entre esses dois grupos e determina a classe de serviço necessária como orientada a conexão e com controle de erro e serviço de confirmação, sem conexões e nem confiabilidade.

O objetivo final da camada de transporte é proporcionar serviço eficiente, confiável e de baixo custo. O hardware e/ou software dentro da camada de transporte e que faz o serviço é denominado entidade de transporte.

A entidade de transporte comunica-se com seus usuários através de primitivas de serviço trocadas em um ou mais TSAP, que são definidas de acordo com o tipo de serviço prestado: orientado ou não à conexão. Estas primitivas são transportadas pelas TPDU.

Na realidade, uma entidade de transporte poderia estar simultaneamente associada a vários TSA e NSAP. No caso de multiplexação, associada a vários TSAP e a um NSAP e no caso de splitting, associada a um TSAP e a vários NSAP.

A ISO define o protocolo de transporte para operar em dois modos:

• Orientado a conexão.
• Não-Orientado a conexão.

Como exemplo de protocolo orientado à conexão, temos o TCP, e de protocolo não orientado à conexão, temos o UDP. É obvio que o protocolo de transporte não orientado à conexão é menos confiável. Ele não garante - entre outras coisas mais, a entrega das TPDU, nem tampouco a ordenação das mesmas. Entretanto, onde o serviço da camada de rede e das outras camadas inferiores é bastante confiável - como em redes locais, o protocolo de transporte não orientado à conexão pode ser utilizado, sem o overhead inerente a uma operação orientada à conexão.

O serviço de transporte baseado em conexões é semelhante ao serviço de rede baseado em conexões. O endereçamento e controle de fluxo também são semelhantes em ambas as camadas. Para completar, o serviço de transporte sem conexões também é muito semelhante ao serviço de rede sem conexões. Constatado os fatos acima, surge a seguinte questão: "Por que termos duas camadas e não uma apenas?". A resposta é sutil, mas procede: A camada de rede é parte da sub-rede de comunicaçoes e é executada pela concessionária que fornece o serviço (pelo menos para as WAN). Quando a camada de rede não fornece um serviço confiável, a camada de transporte assume as responsabilidades; melhorando a qualidade do serviço.

[editar] Camada de sessão

A camada de Sessão permite que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. Nesta sessão, essas aplicações definem como será feita a transmissão de dados e coloca marcações nos dados que estão sendo transmitidos. Se porventura a rede falhar, os computadores reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marcação recebida pelo computador receptor.

• Disponibiliza serviços como pontos de controle periódicos a partir dos quais a comunicação pode ser restabelecida em caso de pane na rede.

[editar] Camada de apresentação

Esta camada provê independência nas representações de dados (por exemplo a criptografia) ao traduzir os dados do formato do aplicativo para o formato da rede e vice-versa. A camada de apresentação trabalha transformando os dados em um formato no qual a camada de aplicação possa aceitar. Esta camada formata e encripta os dados para serem transmitidos através da rede, evitando problemas de compatibilidade. Às vezes é chamada de camada de Tradução

• Define como inteiros, mensagens de texto e outros dados são codificados e transmitidos na rede de computadores.
• Permite que computadores com arquitetura de hardware e SOs diferentes troquem informação.

[editar] Camada de aplicação

A camada de aplicação faz a interface entre o protocolo de comunicação e o aplicativo que pediu ou receberá a informação através da rede. Por exemplo, ao solicitar a recepção de e-mails através do aplicativo de e-mail, este entrará em contato com a camada de Aplicação do protocolo de rede efetuando tal solicitação. Tudo nesta camada é direcionada aos aplicativos. Telnet e FTP são exemplos de aplicativos de rede que existem inteiramente na camada de aplicação.

[editar] Paralelo

[editar] Tabela de exemplos