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04/08/2007 / Thiago

Aula 1 – Prova 640-801 – Modelo OSI

Pensaram que acabou? Além de já ter a prova 202 da LPIC-2, tenho já marcada a prova CCNA 640-801 para o dia 15 de agosto. Moleza? Não muita, mas vamos fazer o possível. Indico também, para quem estiver estudando, que dê uma passada no blog de um amigo meu, que, assim como eu, está estudando para o CCNA. Lá também existe algum conteúdo interessante sobre o assunto.

Tentarei escrever essas “aulas” da mesma maneira como fiz com o conteúdo da prova 201 da certificação LPIC-2. Irei organizar o conteúdo em um link acima chamado “about:ccna”, para que o pessoal possa acompanhar como anda o desenvolvimento dos textos.

Essas “aulas” obviamente não serão úteis para todos que vêm aqui, mas alguns tópicos (como esse) são interessantes a todos. Os objetivos do post de hoje são:

  • Contar um pequeno histórico e propósito do Modelo OSI
  • Definir as sete camadas do modelo
  • Definir o modelo de três camadas da Cisco

Objetivo 1: Histórico e Propósito do Modelo OSI

Vou começar a escrever hoje sobre um assunto muito importante até mesmo para aqueles que não têm a ver com certificações da Cisco, que é o Modelo de Referência OSI (Open Systems Interconnection). Para entendermos sua finalidade, é importante observarmos o contexto na história em que ele surgiu.

Breve Histórico

Anos atrás, quando as redes de computadores ainda engatinhavam, os computadores precisavam já de uma comunicação entre si. Para tanto, as redes de computadores serviam perfeitamente. Porém, as tecnologias utilizadas na época eram específicas de um determinado fabricante. O que isso quer dizer? Se a empresa fosse adquirir uma solução da IBM, por exemplo, não poderia adotar depois qualquer outra solução de Hardware e Software que não fosse da IBM, pois as concorrentes não eram compatíveis. Isso vale para o inverso. Sendo assim, ficávamos “presos” sob um monopólio. E como os consumidores conseguiram se libertar disso? Simples! As empresas existem para atendê-los, e essa incompatibilidade fazia com que ficassem muito insatisfeitos, a ponto de exigirem dos fornecedores uma solução! Para tanto, os fabricantes tiveram que se reunir para criarem padrões de compatibilidade.

Sendo assim, na década de 80, a ISO (International Organization for Standardization) juntamente com os fabricantes de soluções de rede criaram um grupo de trabalho para a criação de um conjunto de padrões. Assim em 1984 foi criado o Modelo de Referência OSI. Esse modelo foi criado para permitir uma comunicação padronizada e independente do fabricante do Hardware e Software. Ele pretendia padronizar desde como os dados devem ser formatados para transmissão como também devem ser utilizados pelas aplicações/usuários. Cada etapa pela qual o dado passaria durante a transmissão foram agrupada em camadas, sendo que em cada uma delas haviam as regras, ou seja, os protocolos.

Surgiu então o Modelo OSI como meio de padronizar como cada protocolo de cada camada deve se comportar, para permitir que cada camada seja compatível com as demais. O Modelo OSI não especifica implementações de cada uma das camadas, ele apenas define aspectos de interoperabilidade para cada, de maneira que fabricantes diferentes podem prover protocolos para cada camada, e tudo funcione harmoniosamente.

Modelo de Camadas

Um modelo de camadas é baseado no princípio de que uma camada deve prover um serviço para outra superior e poder receber de outra inferior, de maneira a poder se comunicar com a camada correspondente no outro nodo. Sendo assim, a figura abaixo representaria muito bem esse conceito.

Modelo em Camadas

O Modelo OSI divide todas as atividades envolvidas em uma comunicação em sete camadas. A grosso modo, podemos generalizar dizendo que há camadas envolvidas em aspectos da transmissão propriamente dita e outras camadas envolvidas com a aplicação. Veja a ilustração abaixo.

Modelo 7 Camadas OSI

Como foi dito até então, o Modelo OSI não faz com que a comunicação transcorra, sendo que apenas serve de padrão para os protocolos, que realmente fazem acontecer as transmissões. Há protocolos, no entanto, que utilizam mais de uma camada. Protocolos de LANs trabalham nas camadas de Enlace e Física. Protocolos de WAN trabalham nas camadas Rede, Enlace e Física. Abaixo a tabela descreve de maneira resumida a função de cada uma das camadas.

Camada Descrição Nome da PDU
(7) Aplicação Provê interface com o usuário. Segmento
(6) Apresentação Formata a semântica e sintaxe das informações transmitidas.
(5) Sessão Controle do diálogo entre as portas lógicas, de maneira a manter separados os dados das diferentes aplicações.
(4) Transporte Segmentação dos dados das camadas superiores em unidades menores e provê um mecanismo de comunicação confiável entre origem e destino.
(3) Rede Define e gerencia o endereçamento lógico na rede. Pacote
(2) Enlace Transformar um canal de transmissão bruto em um meio de comunicação livre de erros. Quadro
(1) Física Transmissão bruta dos bits através de dispositivos elétricos e interfaces de comunicação. Bits

Em cada camada, os dados adquirem nomes diferentes, como demonstrado na última coluna da tabela. PDU (Protocol Data Unit) é o nome dado aos bits que são acrescidos no cabeçalho dos dados quando vão descendo nas camadas.

As vantagens do uso do modelo em camadas são:

  • Modularização das operações (e problemas) da rede, permitindo uma substancial simplificação da comunicação.
  • Independência entre as camadas, o que permite que soluções de diferentes fabricantes conversem entre si.

Objetivo 2: Definição das Sete Camadas do Modelo OSI

Agora que já vimos o motivo que levou à criação do Modelo OSI e já sabemos como funciona o modelo em camadas, vamos descrever cada uma delas com uma riqueza maior de detalhes.

Camada de Aplicação

Camada que cria solicitações para serem enviadas a camada inferior Apresentação. Sendo assim, é a camada de maior interação com o usuário, onde é evidente o motivo pelo qual se faz uso das comunicações. Exemplos de aplicações que residem nessa camada: Servidores Web, Servidores de Correio Eletrônico, Servidores de Nomes, Banco de Dados, Servidores X Window, Clientes P2P. Na maior parte das aplicações citadas, é bem definido o papel de cliente e servidor, pois o cliente faz a solicitação e o servidor prontamente responde. Porém serviços, como P2P, fazem com que essa relação se torne mais obscura, pois, enquanto sou cliente ao baixar um arquivo, poderei ser servidor ao compartilhar com outros.

Camada de Apresentação

Responde por solicitações que surgirem na camada de Aplicação, provendo serviço para a camada inferior de Sessão. Camada responsável pela sintaxe, criptografia, descriptografia, semântica dos dados transmitidos. Ou seja, ela é capaz de receber dados em formatos binários e traduzidos, por exemplo, utilizando padrões como ASCII, PostScript e outros. Além disso, ela é responsável por traduzir streaming de vídeo em imagens e sons, descriptografar ou criptografar dados em transações seguras (como em Bancos).

Camada de Sessão

Responde por solicitações da camada de Apresentação, provendo serviço para a camada inferior de Transporte. Gerencia o estabelecimento e finalização de sessões entre o cliente e servidor, de maneira independente para cada aplicação. Protocolos comuns nessa camada são: NFS (Network File System) e RPC (Remote Procedure Call).

Camada de Transporte

Responde por solicitações da camada de Sessão, provendo serviço para a camada inferior de Rede. Essa camada é responsável pela segmentação dos dados superiores, multiplexação das conexões em um único meio e estabelecimento transparente de conexões confiáveis entre a origem e destino.

Camada de Rede

Camada responsável pelo roteamento e endereçamento dos dados através da rede, de maneira que computadores em redes distintas possam se comunicar. Isso só é possível graças aos roteadores, que são os equipamentos de rede que operam basicamente nessa camada. Seu objetivo principal é definir as rotas que os dados devem realizar para que, de acordo com o endereço, regras de segurança e roteamento, cheguem ao destino.

Para o roteador, existem basicamente dois tipos de pacotes: pacote de dados e pacotes de atualizações. O primeiro tipo de pacote contém os dados propriamente ditos, sendo esses pacotes roteáveis, como o IP. O segundo, no entanto, contém dados para comunicação entre os roteadores, de maneira que eles, através dos protocolos de roteamento, como o RIP (Routing Information Protocol), EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), BGP (Border Gateway Protocol). Cada um dos protocolos de roteamento possuem características próprias, que irão definir o que será trafegado nos pacotes de atualização.

Outra característica dos roteadores, é que eles têm a capacidade de segregação da rede em domínios de broadcast e domínios de colisão diferentes, pois eles não propagam broadcasts e multicasts. Além disso, são os dispositivos utilizados quando for necessário comunicação entre VLANs (Virtual LANs) diferentes, ou implementação de Qualidade de Serviço (QoS) nos links.

Camada de Enlace

Camada responsável em realizar a entrega local dos dados, de maneira que cheguem ao destinatário local correto. Isso quer dizer, que o endereçamento dessa camada só é válido em comunicações ponto-a-ponto, onde não há nenhum nodo endereçável intermediando a entrega. Ao contrário do endereçamento lógico, realizado pelo IP na camada de Rede, na camada de enlace é importante a localização física do destino, já que os quadros são enviados diretamente para o destino. Na verdade, o endereço da camada de enlace (MAC) é modificado nos quadros sempre que existe um intermediário entre a origem e o destino, ao contrário do endereço lógico (IP). O endereço MAC é o endereço físico da interface de rede, ou também chamada de NIC (Network Interface Card). O endereço MAC é composto de 48 bits, divididos em endereço OUI (Organizationally Unique Identifier) e o Vendor Assigned. OUI é composto pelos 24 bits do endereço, sendo que cada fornecedor de NICs possui uma identificação diferente. Vendor Assigned é composto pelos últimos 24 do endereço, e é uma maneira de identificar unicamente a NIC do fabricante.

A camada de enlace é composta de duas subcamadas:

  • Subcamada LLC (Logical Link Control) – Responsável pela identificação do protocolo da camada de rede, sendo que, assim que um nodo recebe um frame, a subcamada LLC informa a qual camada de rede (IP, IPX, etc) o quadro deve ser enviado.
  • Subcamada MAC (Media Access Control) – Define como os pacotes são alocados e transmitidos no meio físico.

Dispositivos, como switches e bridges fazem parte dessa camada. Esses dispositivos mantêm uma tabela filtro, de maneira a enviar os dados apenas para a porta física que corresponde ao destino. Essa tabela é criada de acordo com o tráfego, sendo que o dispositivo “aprende”, de acordo com as respostas dos quadros, onde se localiza cada endereço MAC. Quando a interface do switch ou bridge recebe um dado endereçado para um destino não conhecido, é realizado um broadcast da informação em todas as portas. Com isso, a interface que receber uma resposta, será considerada como a ligação ao destino. Como todas as interfaces, com a exceção da que recebeu o dado, recebem o broadcast, dizemos que estamos em um mesmo domínio de broadcast. O que já não acontece com o domínio de colisão, pois cada interface é um domínio de colisão separado.

Camada Física

Camada responsável por transformar todos os dados gerados em bits e pulsos elétricos a serem enviados no meio físico. As interfaces podem ser de dois tipos: DTE (Data Terminal Equipment) e DCE (Data Circuit-Terminating Equipment). A característica que define qual dos dispositivos é DTE ou DCE é quem irá regular o fluxo de transmissão dos dados.

Os hubs (ou repetidores) são dispositivos da camada física, pois sua única função é repetir todo o tráfego que chegar em uma das interface para as demais, sem que haja algum tipo de filtro, como nos switches ou bridges. Isso quer dizer que todos os dispositivos conectados ao hub estão em um mesmo domínio de colisão.

Quando estamos estudando para o CCNA, o método de acesso ao meio físico mais estudado e utilizado é o padrão Ethernet. Redes Ethernet utilizam a técnica CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) como metodologia para acesso ao meio compartilhado. Isso permite que todos tenham acesso ao meio, evitando que existam transmissões simultâneas.

Existem dois meios de comunicação nas redes Ethernet: Half-Duplex e Full-Duplex. No meio de transmissão Half-Duplex, é utilizado apenas um par de cabos com sinal fluindo em ambas as direções, o que indica que a possibilidade de colisões é alta. No meio de transmissão Full-Duplex, no entanto, não há colisões, já que existe um par dedicado para transmissão em cada sentido.

A tabela abaixo traz uma lista de padrões Ethernet com as respectivas áreas de alcance.

Padrão Características
10base2 185 metros (thinnet)
10base5 500 metros (thinnet)
10baseT 100 metros (CAT3 par trançado sem blindagem – UTP)
100baseTX 100 metros (CAT5, 6, 7 par trançado sem blindagem – UTP)
100baseFX 400 metros (65.2/125ų Fibra Monomodo)
1000baseCX 25 metros (Par trançado blindado – STP)
1000baseT 100 metros (CAT5 – 4 pares trançados sem blindagem – UTP)
1000baseSX 260 metros (62.5/50ų Fibra Multimodo)
1000baseLX 10 Km (9ų Fibra Monomodo)

Objetivo 3: Modelo em Três Camadas da Cisco

Devido à complexidade que grandes redes podem adquirir, com o número de protocolos existentes crescendo, configurações detalhadas e diversas tecnologias existentes, foi necessária a hierarquização dos recursos, sumarizando alguns detalhes em um modelo simples e objetivo. Assim foi criado o modelo de três camadas da Cisco. Abaixo a figura representa esse modelo resumido.

Modelo de três camadas Cisco

A Cisco define três camadas hierárquicas:

  • Camada Principal (Core Layer) – Camada responsável pelo backbone principal da rede. Ela é encarregada de transportar grande quantidade de dados, de maneira rápida e confiável, entre diversas outras camadas de distribuição. Nessa camada, dispositivos como switches de camada 3 ou roteadores de alto desempenho são mais comuns.
  • Camada de Distribuição (Distribution Layer) – Camada responsável em prover roteamento (inclusive entre VLANs), segurança, definição dos domínios de broadcast e acesso a WAN a partir das redes LANs. Dispositivos como roteadores são mais comuns nessa camada.
  • Camada de Acesso (Access Layer) – Camada responsável por controlar o acesso dos pontos finais aos recursos da rede, definindo os limites entre os domínios de colisão. Dispositivos comuns nessa camada incluem roteadores, switches e hubs.

Concluindo

No próximo post irei falar sobre Switches e VLANs, sendo esse um tópico mais aprofundado sobre o mundo Cisco, ao contrário desse texto de hoje, que foi um tanto quanto genérico.

Para quem tiver curiosidade, estou utilizando como base em meus estudos esse livro. Comprei ele através da indicação de um amigo meu, que também está estudando para a prova. Ele é melhor organizado que o conteúdo da própria Cisco em seu portal do NetAcad.

Pessoal, críticas, dúvidas, sugestões, basta enviar um comentário para cá que a gente faz o possível para ajudar!😀
Até a próxima!🙂

15 Comentários

Deixe um comentário
  1. Marilia Melo / ago 8 2007 11:00

    Bem, depois deste post todo e nao ter comentado, ai vai –

    OSI -> Open Systems Interconnection, ou Interconexão de Sistemas Abertos.

    =)

  2. ThigU / ago 8 2007 12:28

    Opa! Vou adicionar isso Marília!🙂 Valeu!

  3. gjhvvbnmv / fev 11 2008 8:19

    ñ vale nada

  4. gjhvvbnmv / fev 11 2008 8:21

    em que camada do modelo Osi funciona o Hub?
    isso é que eu quero saber!!!

  5. ThigU / fev 11 2008 8:23

    tava errado

  6. ThigU / fev 11 2008 8:41

    Olá gjhvvbnmv,

    O Hub encontra-se, na maioria dos casos, na camada 1 do modelo OSI, já que a função básica dele é apenas o reenvio de um sinal recebido por uma porta para todas as demais, com a exceção da porta na qual o sinal foi recebido inicialmente. Alguns Hubs possuiem características de camada 2 do modelo OSI, o que podem lembrar um pouco Switches. Mas são exceções.

    Abraço!😀

  7. jefferson / fev 18 2008 20:46

    po achei muito bom !
    espero voltar mais vezes para tirar duvidas
    abraços

  8. José / fev 21 2008 11:53

    Muito bom, bastante explícito, retira muitas dúvidas a quem necessita de aprender sobre este tema.

    Parabéns!
    😀

  9. ThigU / fev 21 2008 19:44

    Obrigado José!🙂

  10. RenatoPD / mar 7 2008 15:55

    Belo artigo!
    E muito boa sua pagina, já está nos favoritos!
    Curso tecnologia de redes de computadores.Galera da facu ta apanhando pra aprender modelo OSI!!
    Estou tentando fazer CCNA/CCNP na fundação Bradesco aqui em Campinas, acho que seu post sobre CCNA vai me ajudar bastante!
    Obrigado e abraço.

  11. Lela Mendes / abr 6 2008 23:36

    Fico muito feliz por ter toda esta explicação.
    Agradeço desde já.

  12. ThigU / abr 10 2008 11:45

    Obrigado RenatoPD e Lela! Após meus estudos de pós-graduação talvez eu me volte novamente ao mundo Cisco… tenho interesse em algumas outras áreas.

    Abraços!

  13. Ben-Hur / ago 11 2008 20:34

    Olá

    Utilizei seu artigo em minha monografia!
    Sendo que ainda não consegui descobrir o seu nome, para poder referenciar o Autor.

    Se puder me ajudar fico grato e parabéns pelo site. Obrigado

  14. gg / nov 10 2009 10:54

    muito bom essa explicacao sobre o modelo osi. vlw ae (;

  15. Spertnez / out 7 2010 13:44

    Ótima explicação!

    Estarei acompanhando seu blog!

    http://gustasou.blogspot.com

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