PROTOCOLOS E SERVIÇOS DE REDE

O que é um modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection – Sistemas Abertos de Conexão)?

O modelo de referência OSI efetua todos os processos necessários para que uma rede de computadores possa se comunicar.

Fonte: Shutterstock.

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Convite ao estudo

A compreensão dos aspectos técnicos, no tocante às redes de computadores e aos protocolos envolvidos na comunicação, permitirá que você consiga prover serviços e efetuar o compartilhamento dos recursos disponíveis.

Nesta unidade, será possível entender:

• As características e a importância do modelo de referência OSI na comunicação de dados. 
  
• A maneira para identificar e classificar os serviços de rede e a hierarquia dos protocolos.
  
• A forma pela qual os protocolos TCP/IP possibilitaram que as redes geograficamente distribuídas pudessem se comunicar de forma confiável. 
  

Dessa forma, alguns serviços podem ser configurados para oferecer aos usuários funções importantes das redes de computadores.

Assim, para que você possa planejar uma rede com os serviços essenciais para continuidade dos negócios, faz-se necessário compreender como o modelo de referência OSI fez com que houvesse a padronização dos protocolos de comunicação e hardwares envolvidos nas redes de computadores. Desse modo, facilitou-se o entendimento das técnicas de endereçamento de redes, que são de extrema importância para que os usuários possam acessar os serviços disponíveis.

praticar para aprender

O entendimento dos aspectos técnicos e as características do modelo de referência OSI permitirão a compreensão de como os protocolos de comunicação foram desenvolvidos e propiciarão prover os serviços utilizados diariamente (como mensagens instantâneas, e-mail, acesso a sites, serviços de streaming de vídeo e jogos on-line, entre diversos outros), possibilitando, assim, que você possa configurar os serviços necessários nas redes.

O sucesso no desenvolvimento da rede de computadores na filial em Campinas da empresa rendeu a sua equipe mais uma indicação, dessa vez um escritório de engenharia civil. 

A empresa 2@@ está localizada na cidade do Rio de Janeiro. As atividades desenvolvidas por seus engenheiros são relacionadas a projetos de edificação de prédios comerciais, e os seus clientes são construtoras de grandes edifícios empresariais. Dessa forma, prestar serviços para o escritório pode ser uma grande responsabilidade. 

Em um dos projetos, foi solicitado pelo cliente que o edifício tivesse uma rede de sensores que permitisse gerar e transmitir informações de temperatura, umidade relativa e presença.

Para tal tarefa, a empresa 2@@ solicitou um relatório em que fossem descritas as funções que cada camada no modelo de referência OSI teria que desempenhar caso fosse decidido que o protocolo de comunicação implementado nos sensores seria proprietário, ou seja, desenvolvido por alguma empresa de desenvolvimento de software.

Caro aluno, desenvolver um relatório com a descrição das funções de cada uma das camadas do protocolo OSI, para uso futuro no projeto da empresa 2@@ vai possibilitar que você compreenda a importância do modelo de referência OSI e da forma como os dados são formatados, organizados, transmitidos/recebidos, interpretados e utilizados pelo usuário.

conceito-chave

Imagine que você tenha sido enviado para trabalhar em um projeto com algumas pessoas que não falam o mesmo idioma. Se os gestores não encontrarem um idioma que todos possam falar, a comunicação pode se tornar uma grande ameaça na execução do projeto. Padronizar a forma de as pessoas se comunicarem pode garantir que as informações sejam passadas e compreendidas corretamente.

Os processos necessários para adquirir uma padronização podem se diferenciar conforme o tipo de aplicação ou a entidade que fará os estudos e as análises. Essas entidades que efetuam esse tipo de trabalho estão espalhadas pelos continentes, com destaque para:

• ISO (Internacional Organization for Standardization) – organização não governamental responsável pela padronização. É dividida em:
  • ANSI (American National Standards Institute).
    
  • ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
    
  • ANFOR (Associação Francesa).
    
  • DIN (Associação Alemã).
    
  
  
• EIA (Eletronic Industries Association) – grupo que visa padronizações das transmissões elétricas.
  
• IEEE (Institute of Eletrical and Eletronics Engineers) – a maior organização internacional de desenvolvimento e padronização nas áreas de engenharia elétrica e computação.
  
• ITU-T (Telecommunication Standardization Sector) – entidade responsável pela padronização dos assuntos relacionados a telecomunicações.
  

As redes de computadores necessitavam de uma forma padrão para poder se comunicar. Em razão disso, ocorreu um importante processo evolutivo quando a ISO (International Standards Organization), em um esforço com o seu grupo de engenheiros, instituiu o modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection – Sistemas Abertos de Conexão). 

O problema de falta de padronização atingia não somente os protocolos de comunicação (parte lógica), mas também os hardwares desenvolvidos pelos fabricantes. Por exemplo: se uma empresa decidisse adquirir equipamentos IBM, jamais poderia ter em sua topologia algum dispositivo DEC, pois não haveria compatibilidade entre as duas marcas. 

Segundo Tanenbaum (1997), o desejo da ISO era desenvolver uma forma universal de interconexão de sistemas abertos. Para isso, foi desenvolvido um modelo em sete camadas, que deveria atender aos seguintes requisitos:

• Cada camada deve executar a função à qual foi destinada.
  
• A função das camadas deve ser escolhida em razão dos protocolos que foram padronizados.
  
• Os limites entre as camadas devem ser escolhidos a fim de minimizar os esforços ao fluxo das mensagens pelas interfaces.
  
• O número de camadas deve ser do tamanho suficiente para alocar todas as funcionalidades possíveis nas redes.
  

Em 1981, a ISO conseguiu reunir algumas empresas para dar início ao projeto de padronizar a forma de comunicação das redes de computadores. Finalmente, em 1984, foi criado um padrão para os hardwares e softwares de diversos fabricantes, assim como o modelo de referência para que fossem desenvolvidos os protocolos, que viriam a interagir com os dispositivos.

Segundo Tanenbaum (1997), o modelo de referência OSI efetua todos os processos necessários para que ocorra a transmissão de dados, fazendo com que as camadas (layers) nele existentes efetuem a divisão dos processos lógicos. Isso significa que um determinado fabricante tem a liberdade de desenvolver o seu protocolo, desde que utilize como referência os parâmetros determinados pelo OSI, o que é conhecido como “Protocolo Proprietário”.

Dessa forma, a ISO desenvolveu o modelo de referência OSI (Open Systems Interconnection – Sistemas Abertos de Conexão), um marco para o desenvolvimento dos protocolos de comunicação, utilizados nos serviços consumidos diariamente pela internet. A arquitetura do modelo é apresentada a Figura 2.1.

Logo no início, o modelo de referência foi imposto aos fabricantes pelo governo americano, porém o mercado reagiu com desconfiança. No Brasil, o governo agiu da mesma maneira, mas também sem sucesso. Isso ocorria porque em vários países já havia no mercado alguns modelos proprietários (ex.: IBM) que eram funcionais e atendiam às necessidades das aplicações disponíveis nas redes.

Com o passar do tempo, por volta de 1984, os fabricantes hardwares e desenvolvedores de softwares entenderam que o modelo proposto em camadas tinha como intuito permitir a interoperabilidade entre equipamentos de diferentes origens, o que poderia dar uma vantagem competitiva em nível de mercado, além de permitir parcerias e novos desenvolvimentos. 

O modelo de referência não é exatamente a arquitetura dos protocolos de rede, mas sim uma referência de como os protocolos devem ser estruturados. Tanenbaum (1997) define assim as características e funcionalidades de cada uma das camadas:

• Camada física: nesta camada está definida a forma de transmissão dos bits pelo canal de comunicação. Deve ser determinada a voltagem que representa os bits 0s e 1s, o tempo de duração dos bits (em nanossegundos) e o método de transmissão (simplex, half-duplex ou full-duplex). Entre os equipamentos descritos nesta camada estão os hubs, repetidores e cabos.
  
• Camada de enlace: os dados provenientes da camada física são transformados em quadros, o que facilita a detecção de erros, para que não seja repassada à camada de rede. Os dados são divididos em algumas centenas de quadros para assim serem transmitidos. Entre os equipamentos utilizados nesta camada, estão as placas de redes (endereço de MAC), os switches e bridges.
  
• Camada de rede: a forma como os dados são roteados da origem até o seu destino é definida nesta camada. As tabelas referentes às rotas podem ser estáticas, e os dispositivos vizinhos são responsáveis por manter a tabela de roteamento atualizada. Como em alguns casos, o caminho mais curto não é o mais rápido, pois os links podem possuir diferentes velocidades. O controle do congestionamento (gargalo de rede) também é efetuado nessa camada.
  

O endereçamento IP-Internet Protocol (conteúdo a ser estudado) opera nesta camada. O seu principal equipamento, o roteador, é o responsável por “ler” o endereço de origem/destino e encaminhar os pacotes na rota correta. 

• Camada de transporte: os dados provenientes da camada de sessão ao chegar nesta camada são divididos em unidades menores. No entanto, o mais importante é a garantia de que os pacotes chegarão corretamente ao seu destino. Também é determinado o tipo de serviço que a camada de sessão deve utilizar, sendo o mais comum a conexão ponto a ponto.
  
• Camada de sessão: os computadores que estão separados geograficamente são conectados nesta camada. São gerenciados diversos serviços, controle de acesso, sincronização e a verificação de status da conexão. 
  
• Camada de apresentação: esta camada analisa a semântica e a sintaxe dos dados transmitidos, ou seja, os diferentes serviços utilizados. Antes de serem intercambiados, analisa-se o tipo de dado, para que seja utilizada a codificação correta durante a conexão. Um exemplo do serviço de tradução (codificação/decodificação) dos dados que pode ser utilizado é o ASCII (American Standard Information Interchange). 
  
• Camada de aplicação: local em que os usuários se comunicam com o computador responsável por prover a disponibilidade dos recursos no dispositivo destino. Nesta camada estão definidos os navegadores (IE, Firefox, Safari, etc.), os servidores web (Apache, Netscape, e-mail) e de banco de dados (MySql, Oracle, Postgree).

Para melhor compreender o modelo de referência OSI e as suas respectivas funções, observe a Figura 2.2.

Após a aceitação do modelo de referência OSI pelas empresas desenvolvedoras de hardware, em pouco tempo o mercado já dispunha de dispositivos que seguiam normas e padrões. Podemos perceber isso nos equipamentos como roteadores, smartphones e notebooks, que permitem acesso aos recursos em qualquer infraestrutura de rede.

Controle de fluxo

Segundo Tanenbaum (1997), a integridade dos dados é efetuada na camada de transporte. Esse mecanismo garante que as requisições efetuadas pelos usuários sejam confirmadas, recebidas e atendidas. Para a compreensão desse mecanismo, observe a Figura 2.3.

Na Figura 2.3, o computador à esquerda deseja acessar um site que está disponível em um servidor em algum provedor. Inicialmente o computador faz uma requisição ao servidor, então ocorre a negociação, quando são verificados o meio de transmissão e o protocolo, processo conhecido também como handshaking, ou seja, aperto de mãos. O servidor, então, autoriza a sincronização. Assim que o computador confirma o recebimento, é estabelecida a conexão e se iniciada a transmissão dos dados. Tal processo acontece para que ocorra a garantia de recebimento e o controle das transmissões. Para isso: 

• Qualquer segmento que não recebe a confirmação de recebimento é retransmitido.
  
• Os segmentos são reconstruídos na sua sequência inicial quando recebidos pelo computador.
  
• O mecanismo de envio e recebimento faz a gerência do fluxo, a fim de evitar perda de dados e gargalos na rede.
  

Kurose (2006) define que, para que o modelo de referência OSI pudesse funcionar de forma eficiente, deveria ser proposto um mecanismo de confirmação das mensagens entre os dispositivos (acknowledgement). A técnica deve garantir que os dados não sejam perdidos ou duplicados, ou seja, ao enviar uma mensagem para um dispositivo, este deve retornar uma mensagem de confirmação de recebimento. Daí dá-se o nome de confirmação positiva de retransmissão (acknowledgement with retransmition).

Interação entre as camadas

Segundo Tanenbaum (1997), as quatro camadas inferiores (física, enlace, rede e transporte) possuem nomes específicos para o tratamento dos dados:

• Camada física → bits.
  
• Camada de enlace → Quadro/frame.
  
• Camada de rede → Pacote/Datagrama.
  
• Camada de transporte → Segmento.
  

No processo de transmissão nas redes, é utilizada a técnica de encapsulamento das mensagens. De maneira análoga, é como se os dados fossem embrulhados para depois serem transmitidos. O modelo de referência OSI indica que uma camada de transmissão se comunique com a sua camada “irmã” do dispositivo receptor e esse processo é repetido até que as camadas de sessão, apresentação e aplicação possam interpretar e exibir o conteúdo dos dados ao usuário. 

Kurose (2006) define os passos necessários para que ocorram o envio e a recepção das mensagens. Para isso, vamos tomar o mesmo exemplo utilizado na Figura 2.3, quando um computador tenta acessar um site localizado em um servidor. 

Através da camada de aplicação, o browser efetua a solicitação de acesso ao site. Em seguida, o formato é lido (camada de aplicação) e encaminhado à camada de sessão, que vai efetuar o gerenciamento da conexão. Os dados são encapsulados na camada de transporte, ganhando o nome de segmento. Em seguida, a camada de rede adiciona os endereços de origem e destino e os encapsula, tornando-se assim um pacote. Chegando à camada de enlace, segmentam-se os dados, aos quais se atribui o nome de quadro. Por último, os quadros são transformados em bits na camada física e em seguida enviados pelas redes até o seu destino.

Ao chegar ao destino, é efetuado o processo inverso pela pilha. Processo depois do qual é enviada a resposta ao usuário para que o site seja acessado.

Devemos destacar que esta é apenas uma descrição dos processos que o modelo de referência OSI fornece para a estruturação dos protocolos de comunicação. OSI não é protocolo, mas sim um guia de desenvolvimento para comunicação em redes de computadores.