Comunicação de Dados Aula 02

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COMUNICAÇÃO DE DADOS 
Aula 2 
 
ARQUITETURAS DE REDES: 
O modelo OSI e suas camadas. 
 
Objetivos: 
Ao final desta aula, o aluno será capaz de: 
1) Compreender a aplicabilidade da descrição de redes de comunicação por meio de modelos de referência; 
2) Conhecer os princípios fundamentais da divisão em camadas e da composição de uma estrutura hierárquica para 
representação de uma rede; 
3) Conhecer a origem e as premissas do modelo OSI, compreendendo sua importância para a representação das 
diversas redes de comunicação; 
4) Especificar as principais funcionalidades de cada uma das camadas presentes no modelo OSI. 
 
Introdução: 
Nesta aula, você será apresentado ao primeiro modelo para descrição de redes e sistemas de comunicação: 
o modelo OSI. A utilização de um modelo para este propósito se justifica pela necessidade de descrevermos, de 
forma clara e organizada, sistemas que envolvem diversos subsistemas interligados e que possuem muita 
complexidade. Um modelo, de maneira geral, representa e descreve sistemas reais, que precisam ser analisados. 
A partir do modelo OSI, você saberá como uma rede ou sistema de comunicação de dados pode ser descrito por 
meio de camadas. Verá que cada uma das camadas possui funcionalidades específicas que, por meio de protocolos e 
de outros elementos de hardware e software, precisam ser desempenhadas de maneira adequada, visando o bom 
funcionamento do sistema como um todo. Entenderá ainda como essas camadas se relacionam e quais as premissas 
para que uma camada seja criada e receba atribuições. 
A ideia de modelos em camadas, e do modelo OSI em particular, é bastante abrangente e, por isso mesmo, possui 
larga aplicabilidade no estudo das comunicações de dados. Assim, esperamos que você possa absorver de forma 
sólida todo o conteúdo que será transmitido ao longo desta aula, pois seu conhecimento será de extrema 
necessidade em aulas futuras. Sempre que possível, procure também relacionar os tópicos apresentados com 
aqueles que foram estudados na aula anterior. Deste modo, você continuará a caminhar com passos firmes no 
trajeto que estamos iniciando. Boa aula!. 
Introdução aos Modelos em Camadas 
 
Rede é uma combinação de hardware e software que permite a transmissão de dados de um local a outro. 
Agora vamos ilustrar esse conceito com o seguinte exemplo: 
Se desejarmos simplesmente criar um documento num editor de textos, precisaremos do programa em si (software) 
e dos circuitos sobre os quais este programa funciona (hardware); no entanto, se desejarmos enviar este documento 
a alguém, precisaremos de uma infraestrutura de rede que o permita sair da nossa máquina (transmissor) e ser 
entregue numa máquina remota (receptor). 
 
Para descrevermos uma rede, é conveniente que a dividamos em módulos ou blocos, visto que o processo de 
transmissão de dados requer uma série de passos, cada um dos quais possuindo objetivos intermediários distintos e 
requisitos de implementação os mais diversos. 
Imaginando que estes módulos ou blocos podem ser colocados uns sobre os outros, no sentido de que blocos em 
níveis mais altos estão mais “próximos” do remetente ou do receptor dos dados, podemos entendê-los como 
camadas, que são empilhadas conforme as funções que desempenham. 
 
Para esclarecer essa questão do empilhamento das camadas e de suas funcionalidades, podemos fazer uma analogia 
com o envio de uma carta convencional. 
Diante do que explicamos, percebemos que existe, entre as camadas, uma relação de hierarquia, isto é, camadas 
mais altas e camadas mais baixas. Cada camada utiliza os serviços da camada imediatamente abaixo dela. Assim, 
não se pode “pular camadas” ou percorrer as camadas fora da ordem pré-estabelecida, que é definida pela forma 
como elas são empilhadas. O primeiro modelo voltado à descrição de uma rede de comunicação de dados por meio 
de camadas foi o modelo OSI. Apesar de jamais ter sido completamente implementado, o modelo OSI nos ajudará a 
compreender melhor os diversos aspectos das redes de comunicação e das camadas nas quais elas podem ser 
divididas. 
 
 
 
O Modelo OSI 
O modelo OSI foi introduzido no final da década de 1970. Produzido pelo ISO, este padrão possibilitava a 
comunicação de sistemas com arquiteturas distintas, sem que fosse necessário realizar mudanças de software ou 
hardware para fins de compatibilidade. 
O modelo OSI possui uma estrutura com sete camadas, sendo bastante útil no projeto de diversos tipos de redes de 
comunicação e, especificamente, de redes de computadores. 
 
 
 
Agora que sabemos os nomes das camadas presentes no modelo OSI, é importante entendermos como essas 
camadas se relacionam umas com as outras e como elas são percorridas pelos dados transmitidos de um dispositivo 
para outro. 
Ao estudarmos estes aspectos, estamos nos referindo à arquitetura do modelo OSI. 
 
 
 
Observamos nos extremos da comunicação dois sistemas abertos (ou dispositivos) A e B, que desejam se 
comunicar. Se o sistema A for o transmissor, ele entregará a mensagem a ser enviada, primeiramente, à camada de 
aplicação; esta camada, após desempenhar suas funcionalidades, repassará a mensagem à camada de apresentação 
e assim por diante, sempre no sentido de cima para baixo. 
Ao alcançarem a base da pilha de camadas, os dados que representam a mensagem farão uso de algum 
meio de transmissão. Ao longo do trajeto até o sistema B, os dados passarão por sistemas intermediários ou 
retransmissores, cujos detalhes forneceremos em aulas futuras. 
Nesses sistemas intermediários, usualmente, apenas as camadas mais baixas (até a camada de rede) são 
implementadas. Sempre que um sistema ou dispositivo recebe dados, as camadas são percorridas de baixo para 
cima; é o que acontece nestes sistemas intermediários, que também passam os dados a diante, e, finalmente, no 
sistema B, que desempenha o papel de receptor. 
 
É importante afirmarmos, ainda, que apesar de uma camada possuir interfaces com sua(s) camada(s) 
adjacente(s) (acima e/ou abaixo), entendemos que cada uma das camadas se comunica com a camada 
correspondente (de mesmo nome), que se encontra num sistema intermediário ou final. Tal comunicação é de 
responsabilidade dos chamados processos peer-to-peer, que são implementados conforme o protocolo que se esteja 
utilizando. 
Se uma camada for implementada nos sistemas finais, dizemos que a comunicação entre elas é fim-a-fim; 
se uma camada for implementada, também, nos sistemas intermediários, dizemos que a comunicação é salto-a-
salto. O importante é que todas as camadas de rede, por exemplo, implementadas ao longo do percurso dos dados, 
se entendam. 
 
Nas interfaces entre as camadas, são definidas as informações e os serviços a serem oferecidos. Do ponto 
de vista de dados ou de bits, na transmissão (camadas percorridas de cima para baixo), esses serviços são 
representados pelo acréscimo de novos dados aos blocos de dados recebidos. Este processo é denominado 
encapsulamento. 
 
 
Como exemplo, podemos citar a responsabilidade da camada de rede em lidar com o endereço do sistema 
de destino em que uma mensagem deve ser entregue. 
Quando a camada de rede recebe um bloco de dados da camada de transporte, ela acrescenta a este bloco 
bits que informam o endereço do destinatário. Esta informação será utilizada por outras camadas de rede pelas 
quais os dados passarem, até que se chegue ao destino final. 
Na recepção, os dados extras inseridos por cada camada na transmissão vão sendo “retirados” pela camada 
correspondente, até que, na camada mais alta do sistema de destino, fique-se apenas com a mensagem útil 
propriamente dita. Quando esses dados extras são inseridos no início do bloco recebido da camada acima, eles são 
normalmente chamados de cabeçalho ou overhead; quando eles são inseridos no final do bloco recebido,eles são 
chamados de trailer. 
 
Camadas do Modelo OSI 
Camada Física 
No modelo OSI, a camada física está relacionada às especificações mecânicas e elétricas da interface e do meio de 
transmissão, coordenando as tarefas necessárias para transportar um fluxo de bits por um meio físico. Isto significa 
que a camada física define, por exemplo, os conectores que serão utilizados e os cabos pelos quais os dispositivos 
serão interligados. 
 
Taxa de dados: 
Das especificações da camada física, depende a taxa que se pode alcançar em determinada comunicação. Num 
contexto prático, podemos afirmar que, se a conexão banda larga da sua casa está lenta demais, isto pode ter 
alguma relação com os cabos ou com a técnica de transmissão utilizada; 
 
Tipologia física: 
A forma como os dispositivos estão interconectados (estrela, barramento, anel etc.) é também um aspecto definido 
pela camada física; 
 
Modo de transmissão: 
Na última aula, estudamos os modos de transmissão (simplex, half-duplex e full-duplex). O modo de transmissão 
empregado também está relacionado a uma definição a camada física. 
 
Camadas de enlace de dados 
A camada física encontra-se altamente exposta às diversas imperfeições presentes na transmissão de dados (ruídos, 
ecos, atenuações etc.). Por conta disso, faz-se necessária a implementação de uma camada de enlace de dados, 
responsável por converter um meio de transmissão “bruto” num enlace ou link confiável. 
A camada de enlace de dados desempenha este papel por meio das seguintes funções: 
 
Enquadramento: 
Divide o fluxo contínuo e bruto de bits recebidos da camada física em blocos com início e fim bem definidos, 
denominados quadros. Esses quadros são transferidos, salto-a-salto de um dispositivo para o outro; 
 
Endereçamento físico: 
Necessário para que se saiba como enviar os quadros para uma interface específica de um dispositivo receptor; 
 
Controle de fluxo: 
Permite que um transmissor de camada de enlace de dados envie os quadros numa taxa que possa ser acompanhada 
pelo receptor; 
 
Controle de erros: 
Para aumentar a confiabilidade de transmissão, a camada de enlace pode introduzir e reconhecer bits de 
redundância, a partir dos quais erros de transmissão são detectados e corrigidos. 
 
Controle de acesso: 
É um processo que organiza a forma como os diversos dispositivos acessam um meio de transmissão compartilhado, 
a fim de que sejam evitadas colisões entre dados enviados simultaneamente. 
 
Camadas do Modelo OSI 
Camada de rede 
Se percorrermos a pilha de camadas de baixo para cima, observamos que a camada de rede é a última 
camada implementada salto-a-salto (interação entre as camadas do OSI). Seu principal objetivo é fazer com que 
um pacote de dados que deixa determinado emissor saiba qual caminho a seguir, ao longo da rede, a fim de 
alcançar o destino em que deve ser entregue. 
 A ação da camada de rede é particularmente importante quando origem e destino estão distantes um do 
outro e, para que a entrega seja feita, diversas redes precisam ser atravessadas. 
 
Isto é conseguido por meio dos seguintes procedimentos: 
 
 
Camadas de transporte 
 A camada de transporte é a primeira das camadas fim-a-fim, ou seja, que não é implementada em sistemas 
intermediários. Assim, ela é responsável pela entrega processo a processo, tornando possível a comunicação entre 
os aplicativos executados nos hospedeiros (hosts). 
 
 
Camada de Transporte 
 A camada de sessão é responsável, primeiramente, pelo controle de diálogo entre dois processos, o que 
significa que a comunicação entre esses processos pode ocorrer em modo half-duplex ou full-duplex. Esta camada 
também se responsabiliza por ações de sincronismo numa transmissão. Se um arquivo muito longo estiver sendo 
transmitido, por exemplo, é importante inserir pontos de verificação, a fim de que se saiba se as diversas partes 
deste arquivo estão sendo recebidas com integridade e na ordem correta. 
 
 A camada de apresentação, por sua vez, é responsável por tarefas de tradução, criptografia e compressão. 
A tradução pode ser necessária se dois dispositivos que desejam se comunicar estiverem representando seus dados 
de forma distintas. A criptografia é empregada em comunicações em que alguma espécie de confidencialidade ou 
autenticação seja necessário. A compressão possui o objetivo de retirar dos dados porções redundantes, a fim de 
diminuir a quantidade de bits que precisa ser efetivamente transmitida. 
 
Camada de Aplicação 
 A camada de aplicação fornece interface com o usuário e suporte a diversos tipos de serviço. Hoje, a 
variedade de serviços específicos da camada de aplicação é vasta. Podemos utilizar a rede para enviar e receber e-
mails e, para isso, protocolos de aplicação específicos serão necessários. Esses protocolos podem, por exemplo, 
definir o formato em que as mensagens serão elaboradas, habilitar o envio de conteúdo multimídia etc. Além disso, 
é necessário utilizar algum aplicativo que permita a elaboração e a leitura dos e-mails. 
 O acesso a páginas da Web é outro exemplo de serviço da camada de aplicação. Por meio deste serviço, 
podemos solicitar, também utilizando um aplicativo específico, o recebimento de páginas hospedadas em servidores 
localizados remotamente. Outros exemplos de serviços da camada de aplicação são: acesso a terminais remotos, 
serviços de chat, transferência de arquivos, telefonia sobre pacotes de dados, transmissão de conteúdo multimídia 
etc. 
 
Atividade 
 Ao longo da aula, mencionamos as sete camadas presentes no modelo OSI e descrevemos de forma sucinta 
suas funcionalidades. Afirmamos, também, que a implementação efetiva dessas funcionalidades depende de 
protocolos e de procedimentos particulares, que dependem da rede considerada e das tecnologias disponíveis. Para 
que o seu conhecimento seja enriquecido, nesta atividade, solicitamos que você faça uma pesquisa e relate 
exemplos de protocolos e procedimentos que são empregados em cada uma das camadas do modelo OSI (com 
exceção das camadas de sessão e de apresentação). Resposta: 
 
 
Síntese da aula 
 
Nesta aula, você: 
 Entendeu a necessidade de se empregar modelos em camadas para descrever e estudar as redes de 
comunicação de dados e conheceu os princípios que orientam a elaboração desses modelos; 
 Conheceu o propósito e a aplicabilidade do modelo OSI e aprendeu diversos conceitos necessários ao 
entendimento do seu funcionamento, tais como hierarquia, interfaces, arquitetura, sistemas finais e 
intermediários; 
 Analisou, de forma preliminar, as funcionalidades das camadas presentes no modelo OSI, reconhecendo as 
diversas ações das quais a transmissão de dados entre emissor e receptor depende; 
 Teve um aprendizado inicial acerca de tarefas como endereçamento (físico e lógico), roteamento, controle 
de fluxo, de erros, de acesso e de conexão. 
 
O que vem na Próxima aula: 
 
Na próxima aula, você vai estudar: 
 Na próxima aula, você será apresentado às arquiteturas das redes de comunicações. De modo mais 
específico, estudaremos, dentre outros assuntos; 
 As origens do modelo TCP/IP e os motivos pelos quais este modelo foi, na prática, mais bem sucedido que o 
modelo OSI; 
 Os aspectos relacionados às camadas no modelo TCP/IP e suas funcionalidades; 
 A importância do endereçamento nas redes de comunicação e a forma como esse endereçamento é 
implementado na internet.