Introdução

Algumas perguntas e inquietações são comuns em nosso dia a dia cada vez mais conectado. Por que a Internet está lenta? Será que meu vizinho está tentando descobrir a minha senha? Adquiri um pacote de serviços que o provedor disse que é o mais adequado a minha necessidade. Mas será que de fato fornece o que contratei e estou pagando? Estas e outras questões você consegue tratar quando entende mais sobre redes e protocolos. Bem-vindo a nossa primeira prática!  Para que ocorra uma comunicação entre dispositivos em uma rede é necessário seguir um conjunto de regras denominado de protocolo de comunicação.  Os conceitos de funcionamento de uma rede podem ser complexos e difíceis de compreender. Por isso foram desenvolvidos os modelos de referência. São organizados em camadas e utilizados para definir as funções de cada camada. Uma camada auxilia as demais camadas subjacentes (superior e inferior) no processo de adequação dos dados a serem transmitidos. Assim a rede pode operar, transmitir as informações (pacotes, pedaços dos dados) e oferecer serviços através dos prestadores de serviço, responsáveis por gerenciar os serviços e a rede.

Esta prática possibilitará a você compreender os dois modelos de referência, OSI e TCP/IP. Entender os modelos e os protocolos desenvolvidos e implementados para cada camada ajudam a visualizar a rede como um todo. Vamos começar com os modelos de referência.

Modelos de referência

Como compreender o processo de comunicação? Há modelos para isso. O modelo define as operações de uma rede em camadas gerenciáveis. Benefícios: (i) Auxiliar no projeto dos protocolos porque operam em uma camada específica e têm informações definidas sobre as quais atuam e uma interface definida para as camadas superior e inferior. (ii) Fomentar a competição entre fornecedores de produtos de diferentes marcas. (iii) Impedir que mudanças de tecnologia ou capacidade em uma camada afetem outras camadas superior e inferior. (iv) Fornecer uma linguagem comum para descrever funções e capacidades de rede

Como ilustrado na Figura 1 a seguir, há dois modelos em camadas que são usados para descrever as operações de rede: (i) Modelo de referência OSI (Open System Interconnection) e (ii) Modelo de Referência TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Um modelo de referência de rede é somente uma representação da operação da rede. O modelo não é uma rede real. Ao escolher quais camadas do modelo de referência serão implementadas no desenvolvimento de uma tecnologia de rede define-se assim a arquitetura da rede. Por exemplo, a primeira rede de comutação por pacote desenvolvida, rede X.25, tinha a arquitetura de 3 camadas (física, enlace e rede).

Modelo de Referência OSI

O modelo de referência OSI descreve as funções e serviços que podem ocorrer em cada camada. O modelo fornece consistência em todos os tipos de protocolos e serviços de rede ao descrever o que deve ser feito em cada camada, mas não determina como deve ser feito.  Descreve, também, a interação de cada camada com as camadas diretamente superior e inferior. Os protocolos são estruturados em torno dos modelos OSI e TCP/IP. A funcionalidade de cada camada e o relacionamento entre as camadas se tornam mais claros à medida que estudamos os modelos e protocolos. O modelo OSI tem 7 camadas: física, enlace, rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação. A camada (7) de aplicação tem como foco garantir a interação humano-máquina. Contém protocolos usados para comunicações processo a processo. Desta forma é possível, por exemplo, enviar e-mails, transferir arquivos, acessar páginas web e conectar remotamente em outras máquinas. A camada (6) de apresentação fornece uma representação comum dos dados transferidos entre os serviços da camada de aplicação. A camada (5) de sessão fornece serviços à camada de apresentação para organizar seu diálogo e gerenciar a troca de dados. A camada (4) de transporte define serviços para segmentar, transferir e remontar os dados para comunicações individuais entre os dispositivos finais. A camada (3) de rede fornece serviços para permitir que dispositivos finais troquem dados pela rede. Para realizar isso, a camada de rede usa quatro processos básicos: endereçamento de dispositivos finais, encapsulamento, roteamento e desencapsulamento. A camada (2) de enlace na qual os protocolos descrevem métodos para a troca de quadros (frames) entre dispositivos em uma mídia comum. A camada (1) física descreve os meios mecânicos, elétricos, funcionais e procedimentais para ativar, manter e desativar conexões físicas para uma transmissão de bits de um dispositivo de rede de origem para um de destino. As camadas do modelo TCP/IP são referenciadas pelo nome, as 7 camadas do modelo OSI são normalmente citadas pelo número da camada. Por exemplo, a camada física é conhecida como camada 1 do modelo OSI.

Modelo TCP/IP

O modelo TCP/IP foi criado no início dos anos 70 e, também, é chamado de modelo da Internet. Este modelo corresponde à estrutura de um conjunto de protocolos específico. O modelo TCP/IP é um modelo de protocolo porque descreve as funções que ocorrem em cada camada dentro do conjunto de protocolos TCP/IP. O TCP/IP também é usado como modelo de referência. O TCP/IP tem 4 camadas: Acesso à rede, Internet, Transporte e Aplicação, conforme ilustra a Figura 2 a seguir.

A camada de aplicação apresenta dados para o usuário, além de codificação e controle de diálogo. A camada de transporte suporta comunicação entre vários dispositivos em diversas redes. A camada de Internet determina o melhor caminho pela rede. A camada de acesso a rede controla os dispositivos de hardware e mídia que compõem a rede. As definições do padrão e dos protocolos TCP/IP são discutidas em um fórum público e definidas em RFCs (Request for Comments, Solicitação para Comentário) da IETF (Internet Engineering Task Force) publicamente disponível. Uma RFC é criada por engenheiros de rede e enviada a outros membros da IETF para comentários.

Relação entre os modelos OSI e TCP/IP

Os protocolos que compõem o TCP/IP também podem ser descritos em termos do modelo de referência OSI. No modelo OSI, a camada de acesso à rede e a camada de aplicação do modelo TCP/IP são divididas para descrever as funções que devem ocorrer nessas camadas (Figura 3). Na camada de acesso à rede, o TCP/IP não especifica quais protocolos usar ao transmitir através do meio físico; apenas descreve a transferência da camada da Internet para os protocolos de rede físicos. As camadas 1 e 2 do OSI tratam os procedimentos necessários para acessar o meio (mídia) e os meios físicos para enviar dados pela rede.

As principais semelhanças estão nas camadas de transporte e rede; no entanto, os dois modelos diferem em como se relacionam com as camadas acima e abaixo de cada camada: (i) Camada 3 do OSI, a camada de rede, mapeia diretamente para a camada Internet do TCP/IP. Esta camada é usada para descrever protocolos que endereçam e roteiam mensagens através de redes interconectadas (internetwork). (ii) Camada 4 do OSI, a camada de transporte, mapeia diretamente para a camada de transporte TCP/IP. Esta camada descreve serviços e funções gerais que fornecem entrega ordenada e confiável de dados entre os hosts de origem e de destino. (iii) A camada de aplicação TCP/IP inclui vários protocolos que fornecem funcionalidade específica para uma variedade de aplicativos de usuário final. As camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI são utilizadas como referências para desenvolvedores e fornecedores de software para produzir aplicativos que operam em redes. Ambos os modelos são usados quando se referem a protocolos em várias camadas. Como o modelo OSI separa a camada de enlace da camada física é utilizado ao se referir a essas camadas inferiores. O modelo OSI é conceitual e caracterizado por padronizar a forma como diferentes componentes de software e hardware envolvidos em uma comunicação de rede dividem o trabalho e interagem uns com os outros (Figura 4).

Regras de Comunicação