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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 as

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