Propósito

Reconhecer como as redes de computadores estão organizadas e estruturadas para definir as ferramentas adequadas ao processo de troca de dados entre todos os dispositivos.

Objetivos

Identificar o objetivo da divisão da estrutura das redes em camadas.
Identificar as camadas do modelo OSI e suas funcionalidades.
Identificar as camadas da arquitetura TCP/IP e suas funcionalidades.

Introdução

Uma infinidade de serviços é oferecida por meio da internet, por exemplo, os governamentais, financeiros, educacionais, entre muitos outros que mudaram o comportamento humano. Ao ficarmos sem acesso à internet, sentimos como se estivéssemos em uma ilha deserta. Experimente colocar seu smartphone em modo avião durante um dia e perceba como se sentirá isolado.

Mas, para que todos esses serviços possam funcionar, um conjunto de funcionalidades complexas e difíceis de implementar deve ser disponibilizado pelos dispositivos que compõem uma rede. Portanto, desde o início das redes de comunicação de dados, foram pensadas formas de otimizar o processo da transmissão de dados.

1.Divisão da estrutura das redes em camadas

Modelo em camadas

A internet é um conjunto de redes de computadores que permite a troca de informações entre dispositivos computacionais. Para que essa troca seja realizada de forma eficiente, devem ser estabelecidas regras de comunicação. Essas regras são os protocolos de rede, que devem garantir que a comunicação ocorra de forma confiável, segura, eficaz, no momento certo e para a pessoa certa.

De maneira intuitiva, percebemos que satisfazer a todos esses requisitos não é uma tarefa fácil. São muitas regras que devem ser implementadas para garantir a efetividade da comunicação, tornando o processo de troca de dados entre computadores uma tarefa extremamente complexa.

Por causa dessa complexidade, os engenheiros e projetistas de redes do passado pensaram em formas de facilitar o desenvolvimento das regras nos dispositivos computacionais. Eles utilizaram um princípio básico de resolução de diversos outros problemas: a técnica de dividir para conquistar.

Na técnica dividir para conquistar, os projetistas dividem o problema em problemas menores e resolvem cada um de forma isolada. Se cada pequeno problema for resolvido, o grande problema será resolvido.

Para que essa divisão ocorresse de forma simplificada, os projetistas dividiram a organização das redes de computadores em camadas, sendo cada camada responsável por cuidar de determinada regra ou protocolo necessário ao processo de comunicação.

A quantidade de camadas utilizadas depende de como as funcionalidades são divididas. Quanto maior a divisão, maior o número de camadas que serão empilhadas, numerando da mais baixa, camada 1, para a mais alta, camada n.

As camadas se inter-relacionam da seguinte maneira: a camada superior utiliza os serviços oferecidos por outra imediatamente inferior, portanto, a camada 3 utiliza os serviços oferecidos pela camada 2. De forma contrária, podemos dizer que a camada inferior oferece serviços para outra imediatamente superior, logo, a camada 2 oferece serviços para a camada 3.

Elementos da camada

As camadas são formadas por três elementos principais:

Serviço

É o conjunto de funcionalidades que uma determinada camada oferece. Por exemplo, uma camada pode ser responsável pela verificação de erros na transmissão, por determinar o endereço de um computador, entre outras funcionalidades. O serviço diz o que a camada faz e não como ela faz.

Protocolo

Responsável por como a camada faz. Assim, o protocolo é a implementação do serviço da camada, ou seja, executa as regras para que os erros possam ser corrigidos ou para que um computador possa ser identificado. "Um conjunto de camadas e protocolos é a arquitetura de rede e o conjunto de protocolos utilizados por determinado sistema é uma pilha de protocolos." (TANENBAUM, 2011, p. 38)

Interface

Para que uma camada possa utilizar a camada imediatamente inferior, é necessário que haja um ponto de comunicação entre ambas, chamado interface. Por meio dela, uma camada pode utilizar o serviço de outra, passando informações para a camada vizinha.

Os elementos da camada

Onde, exatamente, tudo isso é implementado no computador?

O que está implementado são os protocolos e interfaces, que podem estar desenvolvidos em um hardware, como uma placa de rede, ou em um software, como no sistema operacional da máquina.

Agora que os elementos da camada foram apresentados, é possível entender dois conceitos importantes da arquitetura de redes: Comunicação Vertical e Comunicação Horizontal.

1.Divisão da estrutura das redes em camadas

Comunicações horizontal e vertical

Já vimos que uma camada utiliza os serviços de outra imediatamente inferior, sucessivamente, até chegar à camada mais baixa. Como estão empilhadas, podemos fazer analogia à comunicação vertical, uma vez que o dado original, no topo do conjunto de camadas, desce até a camada 1, caracterizando a verticalidade desse processo.

Na origem

Na origem, o dado a ser transmitido desce pelas camadas até o nível mais baixo, a camada 1. Essa camada está conectada ao meio de transmissão, por exemplo, uma fibra ótica, um cabo de rede metálico ou o ar, possíveis caminhos para o dado fluir até o destino.

No destino

No destino, o processo ocorrerá de modo contrário, pois o dado sobe pelas camadas até o nível mais alto da arquitetura. Podemos, assim, associar a comunicação vertical aos serviços das camadas.

Conforme o dado passa por determinada camada, o hardware ou o software, responsável por implementar o protocolo, irá preparar esse dado para que a regra (para a qual ele foi projetado) possa ser executada.

Se a camada 2 é responsável pela verificação de erro, o dado será preparado na origem por essa camada para que, ao passar pela camada 2 do destino, seja verificado se houve erro ou não.

No exemplo anterior, vimos que a camada 2 de origem preparou o dado para que a camada 2 de destino verificasse se a informação está correta, caracterizando a existência de uma conversa entre as duas camadas de mesmo nível em computadores distintos. Essa conversa é a comunicação horizontal, realizada pelos protocolos que implementarão a regra.

1.Divisão da estrutura das redes em camadas

Ainda pode estar um pouco abstrata a forma como realmente a comunicação vertical e, principalmente, a horizontal funcionam. Como a camada 2 da máquina de origem consegue conversar com a mesma camada na máquina de destino? A comunicação horizontal ocorre de forma virtual. A camada 2 da máquina de origem, ao preparar o dado para ser enviado, adiciona informações que serão lidas e tratadas única e exclusivamente pela mesma camada do dispositivo de destino. Essas informações são denominadas cabeçalhos.

Cada camada adicionará um novo cabeçalho ao dado que será enviado, e esse processo é chamado de encapsulamento. Cada camada receberá o dado da camada superior, através da interface, e adicionará seu próprio cabeçalho, encapsulando o dado recebido.

Nesse processo, quando determinada camada recebe os dados, ela não se preocupa com o conteúdo que recebeu, apenas adiciona o seu cabeçalho para permitir que o protocolo execute as regras necessárias à comunicação. Esse procedimento acontece, repetidamente, até alcançar a camada 1 e a informação ser transmitida ao destino, onde ocorrerá o processo inverso. A informação subirá, desencapsulando as informações, da camada 1 até o usuário do serviço.

Atenção Ao realizar o encapsulamento, a unidade de dados do protocolo ou PDU (Protocol Data Unit, na sigla em inglês) é criada.

A PDU é constituída pela informação que vem da camada superior (PDU da camada superior) e o cabeçalho da própria camada.

Entendendo na prática sobre encapsulamento

Compreenda o conceito de encapsulamento e a comunicação entre as camadas da rede.

Após analisar o conceito de arquitetura de camadas e ver o processo de encapsulamento, é possível deduzir que a grande desvantagem é o acréscimo de informações ao dado original, aumentando o volume de tráfego. Entretanto, essa desvantagem é mínima comparada às vantagens que temos de modularização, facilidade de manutenção e atualização dos protocolos, que permitiram uma enorme evolução na área de redes.