Conheça o modelo OSI e suas 7 camadas

O Modelo de Referência de Camadas OSI (a partir de agora vamos chamar apenas de Modelo OSI para simplificar) é um termo muito comum em Redes de Computadores e Sistemas Wireless, e seu entendimento pode ser considerado como um requisito para aqueles que pretendem entender bem do assunto. Ou falando de outra forma, se você entender bem os conceitos da Camada OSI, os conceitos de interoperabilidade e integração entre sistemas ficarão mais simples de serem entendidos – você conseguirá visualizar como uma rede funciona através das camadas.

De qualquer forma, esse é um assunto essencial para todos os profissionais de Telecom e TI, sendo altamente recomendável compreender os conceitos envolvidos com a maior clareza possível.

Então vamos lá, e falar de forma simples sobre a Camada OSI?

Modelo de Camadas OSI

Iniciamos pela definição do modelo. Os termos de Camadas OSI/ISO são frequentemente usados.

Não! Não foi um tal de OSI que criou esse modelo.

A ISO é uma Organização Internacional para Padronização, que é o que sempre reforçamos aqui: as vantagens que as padronizações nos trazem.

Nota: A ISO é uma organização que visa padronizar também outros procedimentos, como a ISO 9000, aplicada em processos de empresas para obtenção de certificação de qualidade.

E a ISO criou o Modelo OSI. Este modelo significa Open System Interconection - Sistema de Interconexão Aberto. É um modelo criado para interconexão de computadores, mas que hoje é aplicado em diversas outras áreas com wireless. É definido em 7 camadas, que podem ser divididas ou agrupadas em Camadas Superiores e Inferiores.

O objetivo é claro: padronizar. Com a padronização os processos ficam bem definidos, e essa organização permite uma maior produtividade e agilidade: aquilo que sempre buscamos!

PDU e Protocolos

Mas antes de falarmos especificamente sobre as camadas, precisamos entender porque precisamos das mesmas.

E para isso, vamos falar um pouquinho de redes de pacotes comutados, ou seja, redes onde pequenas unidades de dados (pacotes) são enviadas a um endereço de destino.

Nessas redes, essas unidades são chamadas de PDU – Unidade de Dados de Pacote, e cada uma delas carrega o seu endereço.

E qual o objetivo disso? Bom, são várias. Uma delas é que não temos mais a necessidade de conexões dedicadas – por circuito. A conexão por pacotes é mais flexível, e esse tipo de tráfego de pacotes que permitiu por exemplo o advento da Internet!

E como as redes se comunicam?

No casos das pessoas, para que uma comunicação ocorra, é preciso que ambas falem no mesmo idioma. É preciso também saber a hora de falar e hora de escutar. Claro que também é possível uma comunicação entre idiomas diferentes (por exemplo entre um americano – Inglês e um Português), mas nesse caso, deve haver uma tradução.

No caso das redes de computadores a idéia é a mesma. E o idioma das redes são os chamados Protocolos de Comunicação ou de Informação – conjunto de regras a serem seguidas para o correto envio e recebimento das informações. Um exemplo de protocolo que você deve estar acostumado é o Protocolo IP!

Na comunicação de redes de pacotes temos diversos protocolos utilizados em sequência, e em diferentes etapas da comunicação. Veremos isso daqui a pouco.

Nota: Em uma outra oportunidade falaremos com mais detalhes sobre Protocolos e também sobre Conexões por Circuitos e Pacotes.

Divisão em Camadas

Certo, então vamos lá: camadas. Porque essa divisão?

As etapas da comunicação acontecem em camadas, a divisão – padronização - foi feita pensando nisso, principalmente para facilitar os desenvolvimentos. Uma pessoa pode desenvolver tecnologias para qualquer camada, sem ter que se preocupar com as outras. Interessante, não?

Para começar a nos familiarizar com elas, segue sua enumeração: Física (1), Enlace (2), Rede (3), Transporte (4), Sessão (5), Apresentação (6) e Aplicação (7).

Mas para explicar melhor, fica mais fácil primeiro fazer uma analogia.

Imagine a situação abaixo, onde William, em NY - Estados Unidos envia uma Carta a Manoel, em Lisboa, capital de Portugal.

Vamos começar do ponto transmissor: William. A primeira coisa que William precisa fazer é escrever a carta, junto com o endereço de Manoel [7-Aplicação].

William está com a mão machucada, e não pode escrever. Então ele dita o conteúdo da carta para sua esposa Rose, que escreve a carta para Manoel [6-Apresentação].

A esposa de William então coloca a carta em um envelope, vai até o correio, e posta a carta [5-Sessão].

Em seguida, o funcionário do correio nos Estados Unidos decide terceirizar o serviço. Ele pede a uma empresa terceirizada de logística – Fedex - para transportar o envelope, que por sua vez coloca tudo em um envelope interno e seguro da Empresa. [4-Transporte]

O envio desse envelope agora é por conta da empresa de Logística, que decide que a rota mais rápida é para o Aeroporto de Lisboa - utilizando Avião. Por isso coloca a carta em um outro envelope, com suas informações de endereçamento, e levam para a empresa aérea. [3-Rede]

Os funcionários da empresa aérea colocam o envelope numa caixa da companhia dentro do avião, adicionando uma etiqueta com o endereço destino. [2-Enlace]

A caixa com o nosso envelope segue viagem no avião até Portugal [1-Física].

Chegando em Portugal, vamos começar o processo inverso, ou seja, a Recepção.

A caixa então é descarregada do avião, o envelope é removido de dentro da mesma e entregue para um funcionário que se encarregará de direcionar o envelope ao seu destino, que é a empresa Fedex em Lisboa [2-Enlace].

A entrega do envelope como sabemos está com a empresa Fedex, que verifica que o mesmo deve seguir para os Correios de Lisboa. [3-Rede]

O funcionário dos Correios em Portugal recebe o envelope da empresa Fedex, removendo o envelope da mesma, para então entregar no endereço de Manoel em Lisboa [4-Transporte].

Maria, a esposa de Manoel verifica o correio local, e recebe o envelope original com a carta. [5-Sessão].

Em seguida, ela lê o conteúdo para ele [6-Apresentação].

Finalmente, Manoel fica sabendo das notícias de William [7-Aplicação].

Esse foi um exemplo bastante simplificado. Não falamos por exemplo dos roteamentos que podem ocorrer, por exemplo se o avião fizer escalas, sendo necessário adicionar e remover novas etiquetas de endereçamento. Entretanto, acredito que tenha servido para demonstrar a idéia.

Além disso, lembre-se que toda analogia nem sempre é perfeita, porém nos ajuda a entender a idéia.

Agora que fizemos a nossa analogia, vamos trazer para o lado um pouco mais técnico, e falar um pouco sobre cada camada.

Não vamos seguir todo o processo – começando da sétima até a primeira, e depois o caminho inverso. Vamos falar uma só vez, tomando o caminho da primeira camada até a última – sétima.

Nota: essa descrição é um assunto extenso, bem como a descrição de dispositivos, protocolos e aplicatiovs utilizados. De qualquer forma, vamos tentar manter uma linha simplificada para descrever as camadas.

Camada 1 – Física

A camada física não entende nada além de bits: O sinal chega até ela na forma de pulsos e é transformado em 0's e 1's.

No caso de sinais elétricos por exemplo, se o sinal tiver uma tensão negativa, ele é identificado como 0. E se tiver tensão positiva, é identificado como 1.

Nessa camada então são definidas as utilizações de cabos e conectores, bem como o tipo de sinal (pulsos elétricos – coaxial; pulsos de luz – ótico).

Função: receber os dados e iniciar o processo (ou o inverso, inserir os dados e finalizar o processo).

Dispositivos: Cabos, Conectores, Hubs.

PDU: bits.

Camada 2 – Enlace

Continuando o fluxo, a camada de enlace recebe os dados formatados pela Camada Física, os bits, e trata os mesmos, convertendo em sua unidade de dados para ser encaminhado para a próxima camada.

Um conceito importante, o endereço físico (MAC Address – Media Access Control ou Controle de Acesso a Mídia) encontra-se nessa camada. Na próxima camada (3-Rede) esse endereço será o conhecido endereço IP, mas vamos falar disso quando falarmos dela.

Função: ligar os dados de um host a outro, fazendo isso através de protocolos definidos para cada meio específico por onde os dados são enviados.

Protocolos: PPP, Ethernet, FDDI, ATM, Token Ring.

Dispositivos: Switches, Placa de Rede, Interfaces.

PDU: Quadro.

Camada 3 – Rede

O quadro então chega à Camada de Rede, responsável pelo tráfego dos dados. Para isso, ela conta com dispositivos que identificam o melhor caminho possível a ser seguido, e que permitem estabelecer essas rotas.

Essa camada pega o endereço físico MAC (da camada 2-Enlace) e converte para endereço lógico (endereço IP).

E para que serve o Endereço IP? Bom, o IP é um protocolo de endereçamento lógico. Quando a camada de Rede recebe a unidade de dados da camada de enlace (o Quadro lembra?) transforma em sua própria PDU com esse endereço lógico, que será usado por exemplo pelos roteadores – em seus algorítmos e tabelas de roteamento – para encontrar os melhores caminhos de dados. Essa unidade de dados agora é chamada de Pacote.

Função: endereçamento, roteamento e definição das melhores rotas possíveis.

Protocolos: ICMP, IP, IPX, ARP, IPSEC.

Dispositivos: Roteadores.

PDU: Pacote.

Camada 4 – Transporte

Se tudo tiver corrido bem, os pacotes chegam da camada 3 (de Rede) com o seu endereço lógico.

E como todo bom transportador, a Camada de Transporte deve garantir a qualidade na entrega e no recebimento dos dados.

Por sua vez, como em todo transporte, o mesmo deve ser gerenciado. Para isso temos um serviço de qualidade (QoS – Quality of Service ou Qualidade de Serviço). Esse é um conceito muito importante, e é usado por exemplo nas tabelas de Erlang B, lembra? De maneira simplificada, são regras e ações com o objetivo de garantir a qualidade de serviço desejada, baseada em recuperação de erros e controle de fluxos de dados. Mas não vamos perder o foco aqui, somente lembre-se que a QoS fica na camada de transporte.

Função: lidar com todas as questões de transporte, entrega e recebimento dos dados da rede, utilizando QoS.

Protocolos: TCP, UDP, SPX.

Dispositivos: Roteadores.

PDU: Agora é chamada de Segmento.

Observação – Camadas Inferiores (Transporte) e Superiores (Aplicação)

Antes de falar das 3 últimas camadas, é importante fazer uma observação: É comum as camadas do modelo OSI serem agrupadas em Camadas Superiores e Camadas Inferiores.

As quatro primeiro camadas que já falamos podem ser referenciadas como Camadas de Transporte.

Já as três últimas camadas – que vamos falar agora - são conhecidas com Camadas de Aplicação (não confundir com a última camada – cujo nome também é Aplicação).

Existem algumas observações cabíveis aqui, apenas para evitar ficar repetindo na descrição de cada uma delas os mesmos dados.

É o caso por exemplo do PDU dessas camadas, que agora são chamadas simplesmente de Dados (diferentemente das camadas de Transporte, onde cada uma tem o seu tipo de PDU: bit - quadro - pacote - segmento).

Além disso, diversos protocolos são utilizados em todas as 3 camadas, como por exemplo Telnet, DNS, HTTP, FTP, SMTP. Somente indicaremos protocolos específicos da camada, porém todos os demais podem ser utilizados.

Em relação a Dispositivos envolvidos, fica mais coerente chamarmos de Aplicativos envolvidos, que em geral são Programas Clientes de E-mail, MSN, FTP etc.. Em poucas exceções temos dispositivos.

Certo, vamos voltar às Camadas.

Camada 5 – Sessão

Seguindo as camadas, temos a camada de Sessão. Como o nome sugere, essa camada (5-Sessão) inicia e finaliza as Sessões responsáveis pela comunicação e troca de dados, por exemplo, definindo o início e fim de uma conexão entre hosts, e também gerenciando esta conexão.

Um ponto importante aqui é a necessidade de sincronização entre os hosts, caso contrário, a comunicação será comprometida, até mesmo parando de funcionar.

Essa camada adiciona marcações nos dados transmitidos. Assim, se a comunicação falhar, a mesma pode ser reiniciada pela última marcação válida recebida.

Função: iniciar, gerenciar e finalizar as sessões para a camada de apresentação, como por exemplo as sessões TCP.

Camada 6 – Apresentação

A camada de Apresentação tem a função de formatar os dados, fazendo a representação dos mesmos. Essa formatação inclui compressão e encriptação dos dados.

Fica mais fácil entender como essa a camada que faz a tradução dos dados para um formato que o protocolo usado consiga entender. Vemos isso por exemplo quando o transmissor usa um padrão diferente do ASCII, e esses caracteres são convertidos.

Quando duas redes diferentes precisam se comunicar, é a camada 6-Apresentação que atua. Por exemplo, quando uma rede TCP/IP precisa se comunicar com uma rede IPX/SPX, a camada de Apresentação traduz os dados de cada uma, tornando o processo possível.

Em relação à compressão, podemos entender como se fosse um compactador de arquivos – ZIP, RAR – onde o transmissor comprime os dados nessa camada, e o receptor descompacta. Isso faz com que a comunicação seja mais rápida, pois temos menos dados a serem transmitidos (comprimidos).

E quando há necessidade de aumentar a segurança, essa camada aplica um esquema qualquer de criptografia. Lembre-se que tudo que é feito do lado da transmissão (por exemplo criptografia) tem o seu correspondente inverso na recepção (no caso, a descriptografia).

Função: encriptação, compressão, formatação e apresentação dos formatos de dados (como por exemplo JPEG, GIF e MPEG) para aplicações.

Protocolos: SSL, TLS.

Dispositivos: Gateways (traduzindo diferentes protocolos entre redes), Transceiver (traduzindo entre sinais elétricos e óticos – trafegando em diferentes cabos).

Camada 7 – Aplicação

Nessa camada temos as Interfaces do Usuário, onde são criados os dados propriamente ditos (e-mail, transferência de arquivo, etc). É por aqui que os dados são enviados e recebidos pelos usuários. Esses pedidos são feitos pelos aplicativos de acordo com os protocolos utilizados.

Da mesma forma que a camada física, ela fica no extremo do modelo, portanto ela também inicia e finaliza o processo.

Essa camada é provavelmente a que você está mais acostumado. Você interage diretamente com ela, por exemplo, quando utiliza um programa para ler ou enviar e-mails, ou se comunica através de mensagens instantâneas.

Função: fazer a interface entre os usuários finais e os programas de comunicação.

Todas as Camadas Juntas

Tudo bem até agora?

Precisamos concluir, pois já nos estendemos demais por hoje com as - breves – descrições das camadas do Modelo OSI.

Como última informação, perceba que cada uma delas sempre prepara (ou formata) os dados para que a próxima camada entenda. Isso ocorre em todas as etapas de uma comunicação, em ambos os sentidos.

Para concluir, temos uma figura que nos dá uma boa idéia desse processo.

Uma outra figura nos ajuda a ver com um pouco mais de detalhes as PDU's e exemplos de Protocolos em cada etapa.

Existem diversas formas de se representar o Modelo, estas foram as mais comuns.

Conclusão

Hoje tivemos uma visão geral sobre o modelo de referência de camadas OSI. É um assunto bastante abrangente, pois esse modelo, como o nome sugere, serve de referência para diversas aplicações.

Nossa abordagem foi apenas introdutória, explicando o modelo de forma simplificada. Entretanto, essa base é bastante importante, e serve tanto para aqueles que apenas pretendiam ter uma visão geral de como o modelo é aplicado às comunicações, bem como para aqueles que pretendem se aprofundar no assunto.