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Tema 3 TEXTO para estudo-Arquitetura de Camadas

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CURSO CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO 
DISCIPLINA: FUNDAMENTOS DE REDES DE COMPUTADORES 
TEMA: Arquitetura de Camadas 
 
 
TEXTO PARA APOIO AO ESTUDO 
 
 
1. Arquitetura de redes 
Uma arquitetura de redes deve especificar o número de camadas, os serviços oferecidos por cada nível, as 
respectivas interfaces, além da pilha de protocolos. A definição das funções de cada camada é uma das principais 
tarefas no projeto de uma arquitetura de redes, pois tem grande influência no seu desempenho. Uma arquitetura 
que define claramente esses conceitos oferece uma série de benefícios, pois simplifica o projeto e a 
implementação de seus componentes e facilita a manutenção e a evolução da arquitetura. Se existir o efetivo 
isolamento entre as camadas é possível melhorar serviços já existentes ou incluir novos serviços sem afetar os 
demais níveis do modelo. (Maia, 2013) 
Uma arquitetura de camadas permite discutir uma parcela específica e bem definida de um sistema grande e 
complexo. Essa simplificação tem considerável valor intrínseco, pois provê modularidade, tornando muito mais fácil 
modificar a execução do serviço prestado pela camada. Contanto que a camada forneça o mesmo serviço para a 
que está acima e use os mesmos serviços da que vem abaixo dela, o restante do sistema permanece inalterado 
quando a sua realização é modificada. Para sistemas grandes e complexos que são atualizados constantemente, a 
capacidade de modificar a realização de um serviço sem afetar outros componentes do sistema é outra vantagem 
importante da divisão em camadas. (Kurose, 2013) 
O modelo de camadas oferece inúmeras vantagens, porém existem algumas desvantagens, consequência do 
próprio modelo hierárquico. Dependendo do número de camadas, é possível comprometer o desempenho da rede 
em função do número de interfaces pelas quais o dado irá passar. A divisão em camadas pode gerar funções 
repetidas em dois ou mais níveis, contribuindo também para o baixo desempenho da rede. Por exemplo, as 
funções de endereçamento e controle de erro repetem-se em vários níveis. Além disso, como cada camada 
adiciona suas próprias informações de controle, a relação entre dados enviados e controles utilizados pode tornar o 
modelo ineficiente. (Maia, 2013) 
Para prover uma estrutura para o projeto, projetistas de rede organizam protocolos — e o hardware e o 
software de rede que os executam — em camadas. Cada protocolo pertence a uma das camadas, assim como cada 
função ou serviço pertencia a uma camada. Mais uma vez estamos interessados nos serviços que uma camada 
oferece à camada acima dela — denominado modelo de serviço. Assim como em nosso exemplo da linha aérea, 
cada camada provê seu serviço (1) executando certas ações dentro dela e (2) utilizando os serviços da camada 
diretamente abaixo dela. Por exemplo, os serviços providos pela camada n podem incluir entrega confiável de 
mensagens de uma extremidade da rede à outra, que pode ser implementada utilizando um serviço não confiável 
de entrega de mensagem fim a fim da camada n – 1 e adicionando funcionalidade da camada n para detectar e 
retransmitir mensagens perdidas. 
 
1.1 Elementos de uma camada 
Cada camada é composta pelos seguintes elementos básicos: serviços, protocolos e interface. Os serviços são o 
conjunto de funções oferecidas em determinada camada, no sentido vertical, com a camada inferior oferecendo 
serviços para a camada superior ou, analisando de cima para baixo, a camada superior utilizando serviços da 
camada inferior. Pode-se dizer que essa troca de informações é a chamada comunicação vertical e ocorre no 
mesmo dispositivo. 
Os protocolos são o conjunto de regras para controlar o formato e o significado das mensagens transportadas 
entre as entidades pares, ou seja, para permitir que camadas de mesmo nível em dispositivos diferentes. A troca de 
informações entre camadas de mesmo nível é denominada comunicação horizontal. O conjunto de protocolos 
implementados por todas as camadas do modelo é denominado pilha de protocolos. 
É importante não confundir os conceitos de serviço e protocolo. Um serviço define o que deve ser feito pela 
camada, ou seja, as interfaces e parâmetros que permitem a comunicação vertical entre as camadas adjacentes. O 
protocolo define como o serviço é implementado, ou seja, as informações de controle e o processamento realizado 
pelas camadas no mesmo nível horizontal (Fig.1). (Maia, 2013) 
 
Figura 1- Protocolo e serviço (Maia, 2013) 
A passagem, de cima para baixo, de dados e informações de rede pelas camadas do dispositivo emissor e depois 
de volta através das camadas do dispositivo receptor é possível graças a uma interface entre cada par de camadas 
adjacentes. Cada interface define as informações e serviços que uma camada deve fornecer para a camada 
superior. Desde que uma camada forneça os serviços esperados para a camada superior, a implementação 
específica de suas funções pode ser modificada ou substituída, sem exigir mudanças nas camadas adjacentes. 
(Fourouzan, 2008) 
 
1.2 Comunicação horizontal e vertical 
No modelo de camadas, cada nível comunica-se apenas com a(s) camada(s) adjacente(s), formando a 
comunicação vertical (Fig. 2). Por exemplo, a camada de enlace pode trocar informações apenas com as camadas 
física e de rede. Cada nível oferece um conjunto de serviços para a camada imediatamente superior e utiliza 
serviços do nível inferior. Por exemplo, a camada de transporte oferece serviços para a camada de aplicação, que 
por sua vez utiliza serviços oferecidos pela camada rede. Os serviços são oferecidos através de interfaces que 
permitem a comunicação entre as camadas adjacentes. (Maia, 2013) 
 
 
Figura 2-Comunicação vertical. (Maia, 2013) 
A comunicação vertical ocorre entre as camadas dentro de um mesmo dispositivo. Vejamos, agora, como é 
realizada a comunicação entre as camadas em dispositivos distintos, ou seja, a comunicação horizontal. Quando um 
usuário deseja enviar um dado, por exemplo, um e-mail, a mensagem é passada para a camada de aplicação, que, 
através de interfaces, passa o dado para a camada de transporte e assim sucessivamente até chegar na camada 
física, onde os bits são transmitidos. No destino, os bits são recebidos pela camada física e passados, através de 
interfaces, para a camada de enlace, e assim sucessivamente até a camada de aplicação, onde o dado é entregue 
ao usuário. (Maia, 2013) 
A Fig. 3 apresenta o processo de comunicação entre dois usuários de forma mais detalhada. Na origem, cada 
camada adiciona ao dado a ser enviado informações de controle, na forma de um cabeçalho, que serão recebidas e 
processadas pela camada de destino. Por exemplo, a camada de aplicação adiciona informações de controle ao 
dado na forma de um cabeçalho de aplicação (CA). A camada de transporte recebe o CA e o dado da camada de 
aplicação e acrescenta suas próprias informações de controle, utilizando o cabeçalho de transporte (CT). As 
camadas de rede, enlace e física acrescentam suas informações de controle, utilizando seus respectivos cabeçalhos 
(CR, CE e CF). (Maia, 2013) 
 
Figura 3-Comunicação horizontal (Maia, 2013) 
No destino, a camada física recebe os bits, processa as informações de controle no cabeçalho físico (CF) e passa 
o restante para o nível superior. A camada de enlace, por sua vez, processa o cabeçalho de enlace (CE) e passa o 
restante para a camada de rede. O mesmo acontece nas camadas de rede, transporte e aplicação, onde os seus 
respectivos cabeçalhos (CR, CT e CA) são processados. Finalmente, a camada de aplicação entrega o dado ao 
usuário. Como cada camada trata apenas das informações relacionadas ao seu cabeçalho, o modelo permite criar a 
abstração de que as camadas se comunicam diretamente, ou seja, existe uma comunicação horizontal camada a 
camada para cada nível do modelo. Essa abstração é possível graças ao conceito de encapsulamento. (Maia, 2013) 
 
1.3 Encapsulamento 
O conceito de encapsulamento permite esconder de um determinado nível asinformações de controle 
referentes aos níveis superiores, criando o efetivo isolamento e a independência entre as camadas (Fig. 4a). Na 
origem, o dado é acrescido do cabeçalho de aplicação, formando um PDU (Protocol Data Unit) ou unidade de dados 
do protocolo. O PDU de aplicação (PDU-A) é passado para a camada de transporte, que ignora o cabeçalho inserido 
pela camada superior e trata a mensagem como dados entregues pela camada de aplicação. Por sua vez, a camada 
de transporte acrescenta seu próprio cabeçalho e passa o PDU de transporte (PDU-T) para o nível de rede, que 
recebe o PDU-T como se fossem dados vindos da camada de transporte. O mesmo processo de encapsulamento se 
repete até a camada física, gerando os PDUs das camadas de rede, enlace e física. (Maia, 2013) 
 
A Fig. 4b apresenta o processo de desencapsulamento, ou seja, o processo inverso ao encapsulamento. No 
destino, os bits são recebidos, o cabeçalho da camada física é processado e o PDU de enlace (PDU-E) é entregue à 
camada superior. A camada de enlace processa seu próprio cabeçalho e passa o PDU de rede (PDU-R) para a 
camada de transporte. O processo se repete até o dado ser entregue ao usuário. (Maia, 2013) 
 
Figura 4-Processo de encapsulamento e desencapsulamento. (Maia, 2013) 
2. Modelo OSI 
 
No final dos anos 1970, a Organização Internacional para Padronização (ISO — International Organization for 
Standardization) propôs que as redes de computadores fossem organizadas em, mais ou menos, sete camadas, 
denominadas modelo de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI — Open Systems Interconnection) [ISO, 2012]. O 
modelo OSI tomou forma quando os protocolos que iriam se tornar protocolos da Internet estavam em sua infância 
e eram um dos muitos conjuntos em desenvolvimento; na verdade, os inventores do modelo OSI original 
provavelmente não tinham a Internet em mente ao criá-lo. No entanto, no final dos anos 1970, muitos cursos 
universitários e de treinamento obtiveram conhecimentos sobre a exigência do ISO e organizaram cursos voltados 
para o modelo de sete camadas. Em razão de seu impacto precoce na educação de redes, esse modelo continua 
presente em alguns livros sobre redes e em cursos de treinamento. As sete camadas do modelo de referência OSI, 
mostradas na Figura 5, são: de aplicação, de apresentação, de sessão, de transporte, de rede, de enlace e camada 
física. (Kurose, 2013) 
 
Figura 5-Modelo OSI 
A camada de aplicação habilita o usuário, seja ele humano ou software, a acessar a rede. Ela fornece interface 
com o usuário e suporte a serviços, como e-mail, acesso e transferência de arquivos remotos, gerenciamento de 
bancos de dados compartilhados e outros tipos de serviços de informação distribuídos. (Fourouzan, 2008) 
Os principais serviços dessa camada são a Web, o correio eletrônico, a transferência de arquivos, o terminal 
remoto, o serviço de nomes, a gerência remota e os serviços de áudio e vídeo. (Maia, 2013) 
A camada de apresentação do modelo OSI é responsável por oferecer serviços de compatibilização e 
formatação de dados entre os dispositivos que trabalham com tipos de dados diferentes. Alguns serviços 
oferecidos são a conversão de códigos de caracteres, por exemplo ASCII para EBCDIC, a adaptação de telas de 
programas a diferentes terminais, a compressão de dados e a criptografia. (Maia, 2013) 
A camada de sessão do modelo OSI é responsável pela integração da rede a aspectos relacionados ao sistema 
operacional, funcionando como uma interface entre o software de rede e o sistema operacional. As principais 
funções dessa camada são criar e eliminar processos, receber e verificar pedidos de conexão, solicitar e monitorar 
ligações lógicas e controlar diálogo e sincronização. (Maia, 2013) 
A camada de transporte é responsável pela entrega processo a processo de toda a mensagem. Processo é um 
programa aplicativo que está ́sendo executado em um host. Embora a camada de rede supervisione a entrega da 
origem ao destino dos pacotes individuais, ela não reconhece qualquer relação entre esses pacotes. Ela trata cada 
um deles independentemente, como se cada trecho pertencesse a uma mensagem separada, ocorra isto ou não. 
Por outro lado, a camada de transporte garante que a mensagem chegue intacta e na sequência correta, 
supervisionando tanto o controle de erros como o controle de fluxo no nível origem-ao-destino. A Figura 6 mostra a 
relação da camada de transporte com as camadas de rede e sessão. (Fourouzan, 2008) 
 
Figura 6-Camada de transporte. (Fourouzan, 2008) 
Outras responsabilidades da camada de transporte são as seguintes: 
• Endereçamento do ponto de acesso ao serviço (service-point addressing). Normalmente, computadores 
executam vários programas ao mesmo tempo. Por essa razão, a entrega origem-ao-destino significa a 
entrega não apenas de um computador para o seguinte, mas também de um processo específico 
(programa em execução) em um computador para um processo específico (programa em execução) no 
outro. O cabeçalho da camada de transporte deve, portanto, incluir um tipo de endereço chamado 
endereço do ponto de acesso ao serviço (ou também denominado endereço de porta). A camada de rede 
encaminha cada pacote para o computador correto; a camada de transporte leva a mensagem inteira para 
o processo correto naquele computador. (Fourouzan, 2008) 
• Segmentação e remontagem. Uma mensagem é dividida em segmentos transmissíveis, com cada 
segmento contendo um número de sequência. Esses números permitem à camada de transporte remontar 
a mensagem corretamente após a chegada no destino e identificar e substituir pacotes que foram perdidos 
na transmissão. (Fourouzan, 2008) 
• Controle da conexão. A camada de transporte pode ser tanto orientada à conexão como não. Uma camada 
de transporte não orientada à conexão trata cada segmento como um pacote independente e o entrega à 
camada de transporte na máquina de destino. Uma camada de transporte orientada à conexão estabelece 
em primeiro lugar uma conexão com a camada de transporte na máquina de destino antes de iniciar a 
entrega dos pacotes. Após todos os dados serem transferidos a conexão é encerrada. (Fourouzan, 2008) 
• Controle de fluxo. Assim como a camada de enlace de dados, a camada de transporte é responsável pelo 
controle de fluxo. Entretanto, o controle de fluxo nessa camada é realizado de uma extremidade à outra e 
não apenas em um único link. (Fourouzan, 2008) 
• Controle de erros. Assim como a camada de enlace de dados, a camada de transporte é responsável pelo 
controle de erros. Entretanto, o controle de erros nessa camada é realiza- do processo-a-processo e não 
apenas em um único link. A camada de transporte emissora certifica-se que a mensagem inteira chegou na 
camada de transporte receptora sem erro (corrompida, perdida ou duplicada). Normalmente, a correção 
de erros é conseguida por meio de retransmissão. (Fourouzan, 2008) 
 
A camada de rede é responsável pela entrega de um pacote desde sua origem até́ o seu destino, provavelmente 
através de várias redes (links). Embora a camada de enlace coordene a entrega do pacote entre dois sistemas na 
mesma rede (links), a camada de rede garante que cada pacote seja transmitido de seu ponto de origem até ́ seu 
destino final. (Fourouzan, 2008) 
Se dois sistemas estiverem conectados ao mesmo link, em geral não há a necessidade de uma camada de rede. 
Entretanto, se dois sistemas estiverem conectados a redes (links) diferentes por meio de dispositivos 
intermediários de conexão entre as redes (links), normalmente, há a necessidade da camada de rede para realizar a 
entrega da origem até́ o destino. A Figura 7 mostra a relação entre a camada de rede e as camadas de enlace e 
transporte. (Fourouzan, 2008) 
 
Figura 7-Camada de Rede. (Fourouzan, 2008) 
Outras responsabilidades da camada de rede são as seguintes: 
• Endereçamento lógico. O endereçamento físico implementado na camada de enlace de dados trata do 
problema de endereçamentolocalmente. Se um pacote ultrapassar os limites da rede, precisaremos de 
um outro sistema de endereçamento para ajudar a distinguir os sistemas de origem e destino. A 
camada de rede adiciona um cabeçalho ao pacote proveniente da camada superior que, entre outras 
coisas, inclui os endereços lógicos do emissor e do receptor. (Fourouzan, 2008) 
• Roteamento. Quando redes ou links independentes estiverem conectados para criar inter-redes (rede 
de redes) ou uma grande rede, os dispositivos de conexão (chamados roteadores ou comutadores) 
encaminham ou comutam os pacotes para seus destinos finais. Uma das funções da camada de rede é 
fornecer esse mecanismo. (Fourouzan, 2008) 
 A camada de rede é responsável pela entrega de pacotes individuais desde o host de origem até́ o host de 
destino. A Figura 8 ilustra a entrega de uma extremidade à outra pela camada de rede. (Fourouzan, 2008) 
 
Figura 8-Entrega desde a origem até o destino. Fourouzan, 2008) 
A camada de enlace de dados transforma a camada física, de um meio de transmissão bruto, em um link 
confiável. Ela faz que a camada física pareça livre de erros para a camada superior (a camada de rede). Figura 9 
mostra a relação entre a camada de enlace de dados com as camadas de rede e física. (Fourouzan, 2008) 
 
Figura 9-Camada de Enlace. (Fourouzan, 2008) 
Outras responsabilidades da camada de enlace de dados são as seguintes: 
• Enquadramento. A camada de enlace de dados divide o fluxo de bits recebidos da camada de rede em 
unidades de dados gerenciáveis denominados frames. (Fourouzan, 2008) 
• Endereçamento físico. Se os frames forem distribuídos em sistemas diferentes na rede, a camada de 
enlace de dados acrescenta um cabeçalho ao frame para definir o emissor e/ou receptor do frame. Se 
este for destinado a um sistema fora da rede do emissor, o endereço do receptor é o do dispositivo que 
conecta a rede à próxima. (Fourouzan, 2008) 
• Controle de fluxo. Se a velocidade na qual os dados são recebidos pelo receptor for menor que a 
velocidade na qual os dados são transmitidos pelo emissor, a camada de enlace de dados impõe um 
mecanismo de controle de fluxo para impedir que o receptor fique sobre- carregado. (Fourouzan, 2008) 
• Controle de erros. A camada de enlace de dados acrescenta confiabilidade à camada física adicionando 
mecanismos para detectar e retransmitir frames danificados ou perdidos. Ela também usa mecanismos 
para reconhecer frames duplicados. Normalmente, o controle de erros é obtido por meio de um trailer 
acrescentado ao final do quadro. (Fourouzan, 2008) 
• Controle de acesso. Quando dois ou mais dispositivos estiverem conectados ao mesmo link são 
necessários protocolos da camada de enlace de dados para determinar qual dispositivo assumirá o 
controle do link em dado instante. (Fourouzan, 2008) 
 A camada de enlace é responsável pela transferência de frames de um hop para o seguinte, como ilustrado na 
Figura 10. (Fourouzan, 2008) 
 
Figura 10-Entrega hop-to-hop (salto a salto) (Fourouzan, 2008) 
A camada física coordena as funções necessárias para transportar um fluxo de bits através de um meio físico. 
Ela trata das especificações mecânicas e elétricas da interface e do meio de transmissão. Ela também define os 
procedimentos e funções que os dispositivos físicos e interfaces têm de executar para que a transmissão seja 
possível. A Figura 11 mostra a posição da camada física em relação ao meio de transmissão e a camada de enlace. 
(Fourouzan, 2008) 
A camada física também se incumbe do seguinte: 
• Características físicas das interfaces e do meio de transmissão. A camada física define as 
características da interface entre os dispositivos e o meio de transmissão. Ela também define o tipo de 
meio de transmissão. (Fourouzan, 2008) 
• Representação de bits. Os dados na camada física são formados por um fluxo de bits (sequência de 0s 
ou 1s) sem nenhuma interpretação. Para serem transmitidos, os bits devem ser codificados em sinais 
— elétricos ou óticos. A camada física define o tipo de codificação (como os 0s e 1s são 
convertidos em sinais). (Fourouzan, 2008) 
• Taxa de dados. A taxa de dados — o número de bits enviados a cada segundo — também é definido na 
camada física. Em outras palavras, a camada física estabelece a duração de um bit, que é o tempo que 
ele perdura. (Fourouzan, 2008) 
• Sincronização de bits. O emissor e o receptor não apenas têm de usar a mesma taxa de transmissão de 
bits como também devem estar sincronizados em nível de bit. Em outras palavras, os clocks do emissor 
e do receptor devem estar sincronizados. (Fourouzan, 2008) 
• Configuração da linha. A camada física é responsável pela conexão dos dispositivos com o meio físico. 
Em uma configuração ponto a ponto, dois dispositivos são conectados através de um link dedicado. Em 
uma configuração multiponto, um link é compartilhado entre vários dispositivos. (Fourouzan, 2008) 
• Topologia física. A topologia física define como os dispositivos estão conectados de modo a formar uma 
rede. Os dispositivos podem ser conectados usando-se uma topologia de malha (cada dispositivo é 
conectado a cada um dos demais dispositivos), uma topologia estrela (os dispositivos são conectados 
por um dispositivo central), uma topologia de anel (cada dispositivo é conectado ao seguinte, formando 
um anel), uma topologia de barramento (todos os dispositivos são conectados através de um link 
comum) ou uma topologia híbrida (uma combinação de duas ou mais topologias). (Fourouzan, 2008) 
• Modo de transmissão. A camada física também define o sentido das transmissões entre os dois 
dispositivos: simplex, half-duplex ou full-duplex. No modo simplex, somente um dispositivo pode enviar 
dados; o outro pode apenas receber. O modo simplex é uma comunicação de dados em mão única. No 
modo half-duplex, os dois dispositivos podem enviar e receber, mas não ao mesmo tempo. No modo 
full-duplex (ou simplesmente duplex), os dois dispositivos podem enviar e receber ao mesmo tempo. 
(Fourouzan, 2008) 
 
 
Figura 11-Camada física. (Fourouzan, 2008) 
 A Figura 12 apresente um resumo dos serviços oferecidos pelas camadas do modelo OSI. 
 
Figura 12-Resumo das camadas do Modelo OSI. (Fourouzan, 2008) 
3. Arquitetura TCP/IP ou Arquitetura Internet 
 
 O conjunto de protocolos TCP/IP ou Internet foi desenvolvido antes do modelo OSI. Portanto, as camadas no 
conjunto de protocolos TCP/IP não correspondem exatamente àquelas do modelo OSI. O conjunto de 
protocolos TCP/IP foi definido como tendo quatro camadas: acesso à rede (host-rede), internet, transporte e 
aplicação. Entretanto, quando o TCP/IP é comparado ao modelo OSI, podemos dizer que a camada host-rede é 
equivalente à combinação das camadas física e de enlace de dados. A camada internet equivale à camada de 
rede e a camada de aplicação realiza, grosso modo, as funções das camadas de sessão, de apresentação e de 
aplicação com a camada de transporte no TCP/IP cuidando também de parte das tarefas da camada de sessão. 
Para fins didáticos, partimos do pressuposto de que o conjunto de protocolos TCP/IP é composto por cinco 
camadas: física, enlace, rede, transporte e aplicação, também conhecido como modelo de cinco camadas. As 
quatro primeiras camadas fornecem funções de padrões físicos, interfaces de rede, ligação entre redes e de 
transporte que correspondem às quatro primeiras camadas do modelo OSI. Entretanto, as três camadas mais 
altas no modelo OSI são representadas no TCP/IP por uma única camada denominada camada de aplicação. 
(Fourouzan, 2008) 
 A Figura 13 ilustra a comparação entre o modelo de cinco camadas, modelo Internet (TCP/IP) e o modelo 
OSI. Os serviços oferecidos pelas camadas são semelhantes, entretanto, a camada de aplicação da arquitetura 
TCP/IP engloba as funções das camadas de aplicação, apresentação e sessão do modelo OSI. 
 
 
Figura 13- comparação de modelos 
 
AS INFORMAÇÕES CONTIDAS NESTE MATERIAL DE APOIO AO ESTUDO FORAM EXTRAÍDAS DAS SEGUINTESPUBLICAÇÕES: 
MAIA, Luiz P. Arquitetura de Redes de Computadores – 2. ed. – Rio de Janeiro: LTC, 2013 
KUROSE, James F. e ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 6. ed. São 
Paulo: Pearson, 2013. 
FOROUZAN, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4. ed. São Paulo: McGraw-
Hill, 2008.

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