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O que cada camada do modelo OSI determina?
Camada física
A camada física é a primeira camada do modelo OSI. Possui como PDU os bits que definirão o formato do sinal digital. Será responsável por definir as interfaces elétricas, ópticas e/ou mecânicas com o meio físico. Definirá ainda a forma em que esses bits utilizarão o meio, vamos a elas:
• Simplex – Define uma via unidirecional entre origem e destino.
• Half duplex – Neste caso, o fluxo de bits acontece nos dois sentidos, porém, não
de forma simultânea.
O padrão Ethernet de 10Mbps funciona no sistema Half Duplex.
• Full duplex – Neste caso, o fluxo de bits funciona nos dois sentidos de forma
simultânea. Entretanto, é importante mencionar que se necessita usar 2 canais
diferentes, ou seja, 2 canais operando em modo simplex para cada sentido.
As evoluções do padrão Ethernet, como o FastEthernet e o GigabitEthernet utilizam essa forma de alocação do canal.
Camada de Enlace
A camada de enlace utiliza o quadro como PDU, derivado do inglês frame. É responsável por prover um meio confiável entre os dispositivos. Para isso, utiliza técnicas de detecção e correção de erros que podem ocorrer no meio físico.
O meio físico estará sempre sujeito a interferências, implicando em quadros perdidos ou corrompidos, logo, não podemos dizer que o meio está livre de erros. Entretanto, a camada de enlace utiliza técnicas que permitem a detecção e a possibilidade de correção desses erros, sendo transparente à camada superior.
Sob a ótica da camada superior, ela simplesmente assume a condição que opera em um meio confiável.
A camada de enlace é responsável ainda pelo sequenciamento dos quadros a serem transmitidos. Devemos lembrar que os quadros nada mais são do que uma forma de segmentar a sequência de bits que trafegam na camada física. Assim, surge uma questão. Como delimitar cada quadro?
Nesse sentido, surgem quatro técnicas que pode sem utilizadas, vamos a elas:
1. Contagem de Caracteres – Por ser extremamente sensível a erros, não é mais utilizado hoje em dia.
2. Bytes de flags, com inserção de bytes – Sensíveis a uma sequência de dados repetidos que surgem de padrões acidentalmente. Assim, o método se perde e gera flags que não deveriam existir.
3. Flags iniciais e finais, com inserção de bits – Menos sensível ao problema da repetição devido à inserção de “stuffed bits”. É o método utilizado pelo padrão Ethernet.
4. Violações de codificação da camada física – Método aplicável somente a redes nas quais a decodificação no meio físico contém algum tipo de redundância.
Comutação
Um conceito importante para a camada de Enlace é o de comutação. Entendemos por comutação a capacidade de um equipamento receber a informação em uma porta ou interface e repassá-la a uma ou várias portas do mesmo dispositivo.
Existem 2 técnicas principais de comutação: de circuitos e por pacotes.
• Comutação de Circuitos:
Nesta forma, os dispositivos que intermediam a comunicação entre a origem e destino devem definir o caminho físico ou lógico fim a fim para que a comunicação ocorra. Quando o dispositivo de origem deseja iniciar o envio da informação, estabelece-se previamente o circuito. Após o término de uso, o circuito é fechado. Um exemplo clássico de comutação de circuito que temos é o circuito telefônico analógico.
Possui como principais vantagens:
- Garantia de Recursos já que o meio não é compartilhado;
- Uma vez conseguido acesso ao meio para o estabelecimento de conexão, não há mais concorrência ao meio;
- As extremidades possuem o devido controle do circuito;
- Não depende de processamento nos nós intermediários para definição e controle dos circuitos;
Possui como desvantagens:
- Os erros só podem ser tratados e recuperados nas extremidades;
- Nos períodos de ociosidade, isto é, em que não há dados trafegando, ocorre desperdício de banda uma vez que o circuito continua estabelecido;
- Caso não seja possível estabelecer o circuito antes da comunicação, ela simplesmente não ocorrerá, gerando um bloqueio;
• Comutação por Pacotes:
A comutação por pacotes não depende do estabelecimento prévio de um caminho dedicado. É caracterizado pelo compartilhamento dos recursos através do meio. O pacote com a informação é transmitido nó-a-nó de forma que estes vão definindo as rotas segundo diversos critérios, podendo ser fixos ou dinâmicos.
Possui como principais vantagens:
- Maior eficiência em termos de utilização e aproveitamento do meio compartilhado;
- Capacidade de tratamento de erros nos nós intermediários;
Possui como principais desvantagens:
- Geralmente a informação demora mais tempo até o destino;
- Não garante a taxa de transmissão em condições nativas;
Subdivisão da camada de enlace
A camada de enlace do modelo OSI é dividida em duas subcamadas:
• Media Access Control (MAC): É a subcamada inferior da camada de enlace. Possui como responsabilidade o fornecimento dos recursos necessários para que o
dispositivo possa acessar o meio físico de rede. As tecnologias de acesso ao meio para evitar colisões são aplicadas nessa subcamada, como o CSMA/CA e o CSMA/CD.
• Logical Link Control (LLC): Responsável por controlar a checagem e correção de erros dos quadros, bem como realizar a sincronia dos pacotes recebidos da
camada de rede. Como o próprio nome diz, é responsável por manter as relações lógicas entre os dispositivos.
O serviço LLC pode ser dividido em 3 tipos:
- Não orientado à conexão e sem confirmação de entrega;
- Realiza conexão lógica com confirmação de entrega;
- Serviço não orientado à conexão com confirmação de entrega.
Camada de Rede
A PDU da camada de rede, que é o pacote, também chamada de DATAGRAMA. Possui como característica a capacidade de encaminhar os datagramas entre dois dispositivos que se encontrem em redes distintas, diferentemente da camada de enlace que interliga pontos em uma mesma rede.
Ela é capaz de aplicar diversas técnicas de roteamento e encaminhamento de pacotes, podendo ou não garantir um nível mínimo de qualidade de serviço.
Possui como característica a capacidade de fragmentar pacotes e remontá-los entre os nós de forma a adequá-los às capacidades do enlace, o qual chamamos de MTU (Max Transfer Unit). Essa unidade define a quantidade de bytes o enlace suporta desconsiderando o cabeçalho da camada de enlace apenas.
Possui a capacidade de trocar mensagens de controle entre os nós. São os roteadores que atuam nessa camada que permitem a interligação entre as diversas redes através da utilização de endereços lógicos (IP), premissa para que os roteadores sejam capazes de identificar os pontos na rede e realizar o roteamento.
E aqui podemos definir então o conceito de Internet. A Internet pode ser objetivamente descrita como a rede das redes, um sistema global. Utiliza-se de diversos padrões, protocolos, serviços e dispositivos para formar uma grande rede interligada para o compartilhamento de recursos.
Podemos ainda definir o conceito de Intranet e Extranet:
Intranet – Rede interna e privada de determinada organização com serviços próprios e locais;
Extranet – Extensão da rede interna ou intranet. Viabiliza-se a comunicação de
parceiros externos à rede como se estivessem localizados dentro da própria rede, ou seja, como se fizessem parte da Intranet. Esse serviço é seguro e totalmente
independente dos demais usuários externos sem permissão de acesso. Tal recurso
pode ser implementado via protocolo VPN.
Diversas são as técnicas de roteamento, com características distintas que podem ser exploradas de acordo com os perfis das redes. Entretanto, todas elas possuem em comum a utilização de tabelas de roteamento, que nada mais é do que uma tabela de informações que mapeiam os dispositivos e as redes.
Quando um roteador precisa encaminhar um pacote para algum destino, este realiza uma consulta à sua tabela para obter informações de qual interface deve ser usada para o encaminhamento do pacote.
A montagem das tabelas de rotas podem utilizar diversos parâmetros como a qualidade do link, critérios de congestionamento, fatores relacionados à distância (geográfica ou quantidade de enlaces), e outros ainda.
Por esse motivo, dizemos que a camada de rede provê uma comunicação ponto-a-ponto, ou seja, nó-a-nó. Esses pontos são os roteadores espalhados pela rede ou Internet que fazem o roteamento dos pacotes.
Camada de transporte
O PDU é o segmento. Estes são definidos através da segmentação dos dados recebidos da camada de sessão, ou seja, dos respectivos processos abertos em um terminal. Nesse contexto, tem-se o conceito de multiplexação de demultiplexação dos processos em relação às portas utilizadas para comunicação.
Essa camada permite recursos de controle de fluxos, ordenação de pacotes, detecção e correção de erros e detecção de perda de pacotes. Para tanto, ela utiliza características que são orientadas à conexão, como o protocolo TCP.
Em diversas ocasiões os serviços pretendem apenas que a informação seja entregue o mais rápido possível e por esse motivo podem optar por uma funcionalidade que não sejam orientadas à conexão, como o protocolo UDP. Nesses casos não há controle de erro de conteúdo e serviço de confirmação de recebimento por parte do destinatário.
Assim como a camada de rede trabalha com o parâmetro MTU, conforme vimos anteriormente, a camada de transporte possui uma unidade semelhante, chamada de MSS (Max Segment Size). Esse parâmetro define o tamanho máximo do segmento conforme informações obtidas do MTU da camada inferior.
A principal função do MSS é evitar a fragmentação dos pacotes por parte da camada de rede de forma que os segmentos já estejam devidamente ajustados às capacidades dos enlaces, otimizando assim a comunicação e envio dos pacotes pela rede. Nesse caso, não há necessidade de consumo de recursos nos roteadores intermediários para fragmentação e remontagem dos pacotes.
Camada de Sessão
Como PDU temos os dados. Provê recursos para o estabelecimento e suporte das sessões dos serviços requisitados pelas camadas superiores. Diz-se que essa camada gerencia a comunicação entre as aplicações nos dispositivos após o estabelecimento da sessão.
Segundo Tanenbaum:
“Uma sessão oferece diversos serviços, inclusive o controle de diálogo (mantendo o controle de quem deve transmitir em cada momento), o gerenciamento de símbolos ou tokens (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).”
Camada de Apresentação
Tem como PDU os dados. É responsável pela formatação dos dados recebidos da camada de aplicação em um formato comum e compreensível pelos protocolos utilizados por ambos, origem e destino. Possui recursos de compressão e criptografia.
Camada de Aplicação
Possui como PDU os dados. Esta camada é a que atua de forma mais próxima do usuário, permitindo a comunicação dos processos de aplicações e usuários com os serviços de rede. Todos os recursos dessa camada atuam no âmbito de software. Possui diversas funcionalidades que são definidos pelos seus diversos protocolos como: Acesso remoto, terminais virtuais, mensagens eletrônicas (e-mail), serviços de diretório, compartilhamento de recursos, entre outros.
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