Aula 4 – Modelo OSI
Introdução
Para o presente livro, é de suma importância localizar no modelo OSI aonde se encontra cada um dos equipamentos e protocolos utilizados em redes remotas.
O modelo OSI (Open Systems Interconnect, modelo aberto de interconexão) é um modelo de referência desenvolvido pela ISO (International Organization for Standardization - Organização Internacional de Padronização) tendo como principais objetivos:
1. Garantir a comunicação fim-a-fim.
2. Permitir a comunicação entre dispositivos Heterogêneos.
3. Definir regras para a construção de redes de computadores independente do seu alcance geográfico e tecnologia aplicada.
4. Facilitar o aprendizado da arquitetura das redes.
5. Permite que novas tecnologias sejam facilmente implantadas e atualizadas.
O modelo OSI é dividido em 7 camadas como ilustrado na figura 9. Cada camada fornece um conjunto de serviços para a camada superior, utilizando funções executadas na mesma camada, além de serviços executadas por camadas inferiores, com exceção da camada de aplicação.
Figura 9: Modelo de Referência OSI. 7 Aplicação
6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte
3 Rede
Em um sistema em camadas, a comunicação entre camadas de dispositivos distintos não é dada diretamente. Isso significa que se tivermos uma máquina A que deseja transmitir dados, ela percorrerá o modelo OSI da camada de Aplicação até a camada Física, transmitindo os dados pelo meio de transmissão e posteriormente subir novamente o modelo OSI na máquina B, da camada Física até a camada de Aplicação.
Unidade de Dados de Protocolo (PDU)
A PDU (Protocol Data Unit, Unidade de Dados de Protocolo) é um processo de encapsulamento que ocorre a partir da camada de aplicação até a camada Física. A esses encapsulamentos são adicionados cabeçalhos contendo informações específicas de cada camada, por exemplo, o endereço IP na camada de Rede, para formar o Pacote IP. A PDU de cada camada é mostrada na figura 10
Figura 10: Camadas do modelo OSI e suas respectivas PDUs.
Camada Física
A camada física do modelo OSI define as especificações elétricas, mecânicas e com será dada a representação elétrica ou óptica dos bits provenientes da camada de Enlace. Além disso, a camada Física especifica:
Modelo OSI PDU
7 Aplicação
Dados 6 Apresentação
5 Sessão
4 Transporte Segmento
3 Rede Pacote
2 Enlace de Dados Quadro
A quantidade de pinos de um conector.
A voltagem necessária para representar o bit 0 ou 1. A duração em microssegundos de um bit.
A distância máxima de transmissão.
Camada de Enlace de Dados
A camada de Enlace de Dados é responsável por controlar o acesso ao meio físico, detectar e opcionalmente corrigir de erros. A camada de Enlace de Dados é dividida em duas subcamadas:
Subnível superior - controle lógico do enlace (LLC - Logical Link Control) - O protocolo LLC pode ser usado sobre todos os protocolos IEEE do subnível MAC, como por exemplo, o IEEE 802.3 (Ethernet), IEEE 802.4 (Token Bus) e IEEE 802.5 (Token Ring). Ele oculta as diferenças entre os protocolos do subnível MAC. Usa-se o LLC quando é necessário controle de fluxo ou comunicação confiável.
Usa-se o LLC quando é necessário controle de fluxo ou comunicação confiável. Ele oferece três opções de transmissão: serviço de datagrama não-confiável, serviço de datagrama com confirmação e serviço orientado à conexão confiável.
O LLC consegue isso dividindo a mensagem a transmitir em quadros com algumas centenas de bytes de dados e alguns bytes de controle (como CRC, por exemplo). Enquanto transmite sequencialmente os quadros de dados, o transmissor deve tratar os quadros de reconhecimento (ACK), que são enviados pelo receptor a fim de indicar se a transmissão ocorreu com ou sem erros. Caso algum quadro não tenha chegado corretamente, o transmissor deve retransmiti-lo, e o receptor deve descartar o quadro errado.
802.3 (Ethernet), IEEE 802.4 (Token Bus) e IEEE 802.5 (Token Ring). O protocolo de nível superior pode usar ou não o subnível LLC, dependendo da confiabilidade esperada para esse nível.
Esse subnível fica muito próximo ao nível físico, não existindo confirmações de mensagens (ACK) nem controle de fluxo. Caso a mensagem chegue errada no receptor (detectado através do CRC), ele simplesmente descarta o quadro.
Alguns outros protocolos e padrões desta camada são definidos por diferentes órgãos de comunicação como mostrado na tabela 3. É importante citá-los devido a sua utilização direta em redes remotas. Cabe acrescentar que tais protocolos serão estudados com profundidade posteriormente.
Organização Protocolo
ISSO HDLC (High Level Data Link Control)
ITU
Q.922 (Frame Relay Standard), Q.921 (ISDN Data Link Standard), HDLC (High Level Data Link Control)
ANSI 3T9.5, ADCCP (Advanced Data Comunications Control Protocol)
Tabela 3: Protocolos utilizados para acesso a grande rede.
Camada de Rede
Outras especificações dessa camada estão associadas com definição das regras de endereçamento IPV4 e IPV6.
Resumindo, as principais funções do nível de rede são as seguintes:
Roteamento dos pacotes entre fonte e destino, mesmo que tenha que passar por diversos nós intermediários durante o percurso;
Controle de congestionamento;
Contabilização do número de pacotes ou bytes utilizados pelo usuário, para fins de tarifação;
Exemplos de protocolos desse nível são o IPX, usado pelo Netware até a versão 5.0, o IP (Internet Protocol), que pertence à família de protocolos TCP/IP, e o PLP (Packet Layer Protocol), referenciado no modelo OSI e utilizado nas redes X.25. A principal diferença entre o protocolo IP e o PLP é que a transmissão de dados no protocolo IP é orientada a datagramas (sem conexão), e no PLP é orientada à conexão (onde um caminho virtual é estabelecido antes de iniciar a comunicação propriamente dita).
Nas aulas que se seguem serão feitas a associações entre as camadas do modelo OSI e os recursos de hardware e protocolos utilizados para o acesso as redes remotas.
Referências:
Microsoft Suporte. Definição das sete camadas do modelo OSI e explicação de suas funções. Disponível em: http://support.microsoft.com/kb/103884/pt-br. Acessado em jan/2015.
Redes de computadores. ANDREW S. TANENBAUM (Pearson - Prentice Hall) MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes de computadores: Fundamentos. 3 ed. São Paulo: Érica, 2004.
Aula 5 – Modelo OSI II
Camada de Transporte
A camada de transporte tem por finalidade garantir o transporte confiável e eficiente entre os dispositivos fins, permitindo que os dados cheguem íntegros e sem erros.
A camada de Transporte possui duas classes de protocolos, o UDP (User Datagram Protocol, Protocolo de Datagrama de usuário) e TCP (Transmission Control Protocol, Protocolo de controle de Transmissão). Em outras palavras, a camada de Transporte é dividida em protocolos orientados a conexão (TCP) e não orientados a conexão (UDP). Abaixo são detalhadas as principais funções da camada de transporte:
Segmentação dos dados: A camada de Transporte recebe os dados da camada de sessão e segmenta-os em pequenas partes (máximo 65525 bytes) para forma o segmento. Isso permite que a largura de banda seja otimizada e compartilhada entre diferentes aplicações.
Figura 11: Exemplo da Multiplexaçao da conversação.
Controle de Fluxo: Por meio das janelas móveis, a camada de Transporte especifica a quantidade de segmentos que o dispositivo fim é capaz de receber. Isso permite que diversos clientes se conectem a um determinado serviço, com o objetivo de garantir que todos os clientes tenham a possibilidade de receber dados. Isso que dizer que, à medida que o número de clientes solicitantes desse serviço aumenta, a janela para cada cliente diminui, o contrário também é verdadeiro.
Controle de sequência e controle de erros: Cada segmento é numerado para que seja reordenado no dispositivo fim, além cada segmento possuí um cabeçalho (header) contento uma soma verificadora (checksum). Essa implementação tem como objetivo garantir que os segmentos cheguem ordenados e livres de erros.
contrapartida, o UDP é muito utilizado quando se rapidez no transporte de dados como, por exemplo, uma transmissão de VOIP (voz sobre IP).
Camada de Sessão
Esta camada tem por finalidade iniciar, manter e encerrar sessões. Ela controla, por exemplo, de quem é a vez de falar, “grava” em qual ponto a conversão terminou com o objetivo de reiniciá-la. Exemplos de protocolos dessa camada são: SQL, ASP e RPC.
Camada de Apresentação
A camada de Apresentação pode executar basicamente três funções:
Apresentação dos dados: Converte o formato de dados vindos da camada de Aplicação em um formato que seja compatível com um dispositivo fim. Um exemplo comum é a conversão do padrão de página quando um transmissor utiliza um padrão diferente do ASCII, como para EBCDIC.
Compactação: Os dados podem também passar pela compressão dos dados com o objetivo de aproveitar de forma eficiente a largura de banda disponível.
Criptografia: com objetivo de aumentar a segurança, o dispositivo transmissor realizar a criptografia dos dados, sendo decodificados na camada 6 do dispositivo receptor.
Camada de Aplicação
A camada de Aplicação prover a interface de interação entre o usuário e máquina por meio de programas (aplicações). Algumas das funções que podem ser necessárias são:
Redirecionamento de dispositivo e o compartilhamento de recursos Acesso remoto a arquivos
Comunicação entre processos Gerenciamento de rede
Serviços de diretório
Mensagens eletrônicas (como email) Terminais de rede virtuais
Protocolos dessa camada: HTTP, SMTP, FTP, SSH, Telnet, SIP, RDP, IRC, SNMP, NNTP, POP3, IMAP, DNS.
RFCs: Request For Comments
As RFCs (Request For Comments) são os documentos básicos que representam todos os trabalhos internos relacionados com a Internet, que todo profissional de rede deve conhecer ou, pelo menos, tomar conhecimento. Por meio destes documentos são divulgados novos protocolos, permitindo uma avaliação e melhoria das idéias. Assim, a Internet atua como um gigantesco tubo de ensaio para aprimoramento dos protocolos.
Esses documentos estão em constante desenvolvimento, e podem ser obtidos via FTP ou http nos seguintes locais:
• http://www.cis.ohio-state.edu/htbin/rfc/INDEX.rfc.html • http://www.unicamp.br/pub/RFC
• http://nis.nsf.net • http://venera.isi.edu • http://wuarchive.wustl.edu
Algumas RFCs relevantes para o estudo de redes estão listadas a seguir, mas é importante acessar o índice das RFCs a fim de ver a lista completa.
768 User Datagram Protocol (UDP) 791 Internet Protocol (IP)
854 Telnet Protocol (TELNET) 862 Echo Protocol (ECHO) 894 IP over Ethernet
950 Internet Standard Subnetting Procedure 959 File Transfer Protocol (FTP)
1001, 1002 NetBIOS Service Protocols 1009 Requirements for Internet Gateways 1034, 1035 Domain Name System (DNS)
1112 Internet Gateway Multicast Protocol (IGMP) 1157 Simple Network Management Protocol (SNMP) 1518 An Architecture for IP Address Allocation with CIDR
1519 Classless Inter-Domain Routing (CIDR): An Address Assignment and Aggregation Strategy 1541 Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Referências:
Microsoft Suporte. Definição das sete camadas do modelo OSI e explicação de suas funções. Disponível em: http://support.microsoft.com/kb/103884/pt-br. Acessado em jan/2015.
Redes de computadores. ANDREW S. TANENBAUM (Pearson - Prentice Hall) MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes de computadores: Fundamentos. 3 ed. São Paulo: Érica, 2004.
Aula 6 – Modelo TCP/IP
Introdução
No início dos anos 60, uma associação entre o DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency, Agência de Projetos de Pesquisas Avançadas em Defesa), um grupo de universidades e algumas instituições privadas, criaram a "ARPANET Network Working Group". Em 1969, a rede ARPANET entrou em operação, consistindo inicialmente de quatro nós e utilizando comutação de pacotes para efetuar a comunicação.
Em 1974, um estudo feito por Vinton Cert e Robert Kahn, propôs um grupo de protocolos centrais para satisfazer as seguintes necessidades:
Permitir o roteamento entre redes diferentes (chamadas subnets ou subredes);
Independência da tecnologia de redes utilizada para poder conectar as subredes;
Independência do hardware;
Possibilidade de recobrar-se de falhas.
Figura 12: Modelo TCP/IP.
Em 1980, o DARPA começou a implementar o TCP/IP na ARPANET, dando origem à Internet. Em 1983, o DARPA finalizou a conversão de todos seus computadores e exigiu a implementação do TCP/IP em todos os computadores que quisessem se conectar à ARPANET.
Além disso, o DARPA também financiou a implementação do TCP/IP como parte integral do sistema operacional Unix, exigindo que este fosse distribuído de forma gratuita.
Dessa forma o Unix e, consequentemente, o TCP/IP, se difundiram, cobrindo múltiplas plataformas.
Pilha de protocolos TCP/IP
TCP/IP foi desenvolvido seguindo uma arquitetura em pilha, no qual cada camada interage apenas com a camada inferior e superior, sendo responsável por um grupo de tarefas a serem realizadas.
O TCP/IP possui 4 camadas, com algumas semelhanças com o modelo OSI, como pode ser observada na figura 13
Modelo TCP/IP
4 Aplicação
3 Transporte
2 Internet
Modelo OSI Modelo TCP/IP
1 Aplicação
Aplicação 2 Apresentação
3 Sessão
4 Transporte Transporte
5 Rede Internet
6 Enlace de Dados
Acesso a Rede
7 Física
Tabela 13: Comparação entre o Modelo OSI e TCP/IP.
Semelhanças: Ambas as camadas de Transporte dos dois modelos desempenham a mesma função. O mesmo acontece com a camada de Internet do TCP/IP e a camada de Rede do modelo OSI.
Diferenças: A camada de Enlace de Dados do modelo TCP/IP reúne as funcionalidades das Camadas de Enlace de Dados e Física. O mesmo acontece com a camada de Aplicação do Modelo TCP/IP, que reuni as funcionalidades das camadas de Aplicação, Apresentação e Sessão do Modelo OSI.
Figura 14: Modelo de 5 camadas.
A seguir serão discutidas em resumidamente funcionalidades das 4 camadas TCP/IP. Tais camadas serão discutidas em detalhes em aulas futuras.
Camada de Acesso a Rede
Especifica como será dado o acesso ao meio físico, em termos protocolos de controle de acesso ao meio como, por exemplo, MAC, além das características elétricas e mecânicas associadas aos meios de transmissão (cabo coaxial, fibras óptica, par-trançado ou wireless).
Camada de Internet
Empacota os dados em datagramas IP, que contêm informações de endereço de origem e de destino usadas para encaminhar datagramas entre hosts e redes. A partir do roteamento IP tais datagramas serão enviados.
Modelo Híbrido
5 Aplicação
4 Transporte
3 Internet
2 Enlace de Dados
Transporte
Fornece gerenciamento de sessão de comunicação entre computadores host. Define o nível de serviço e o status da conexão usada durante o transporte de dados; Garante a integridade e a confiabilidade dos transmitidos.
Aplicação
Define os protocolos de aplicativos TCP/IP e como os programas host estabelecem uma interface entre o usuário e a aplicação, assim como uma interface de comunicação com os serviços de camada de transporte. A figura 15 mostra alguns desses protocolos.
Figura 15: Protocolos e suas respectivas camadas.
Processo de Encapsulamentos de dados
Na medida em que os dados vão descendo ou subindo o modelo TCP/IP vão recebendo dados de controle, chamados encapsulamentos. Na figura 16 é descrito esse processo a partir da camada de Aplicação.
4 Aplicação HTTP FTP SMTP DNS RIP SNMP
3 Transporte TCP UDP
2 Internet
IPv4 IPv6
ICMP
v4 IGMP ARP ND MLD ICMPv6
Figura 16: Processo de encapsulamento
Referências:
Redes de computadores. ANDREW S. TANENBAUM (Pearson - Prentice Hall) MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes de computadores: Fundamentos. 3 ed. São Paulo: Érica, 2004.
Kraemer, A. CCNA 1 – Modelos OSI e TCP/IP. Disponível em: http://www.kraemer.pro.br/cisco/ccna1/cap9.pdf. Acessado em jan/2015
Dados
Quadro Dados
Cabeçalho de Rede
Dados
01010111101010100101011110101010101000010111110 Dados Cabeçalho de
Rede
Bits Segmento
Pacote
Cabeçalho do Quadro
