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O modelo de rede Open Systems Interconnection (OSI) define uma estrutura conceitual para comunicações entre sistemas de computador. O modelo é um padrão ISO que identifica sete camadas de rede fundamentais, desde hardware físico até aplicativos de software de alto nível.
Cada camada no modelo trata de uma função de rede específica. O padrão ajuda os administradores a visualizar redes, isolar problemas e entender casos de uso de novas tecnologias. Muitos fornecedores de equipamentos de rede anunciam a camada OSI para a qual seus produtos foram projetados.
OSI foi adotado como padrão internacional em 1984. Ele permanece relevante hoje, apesar das mudanças na implementação da rede que ocorreram desde sua primeira publicação. Cloud, edge e IoT podem ser acomodados no modelo.
Neste artigo, explicaremos cada uma das sete camadas OSI separadamente. Começaremos do nível mais baixo, rotulado como Camada 1.
1. Camada física
Todas as redes começam com o equipamento físico. Essa camada encapsula o hardware envolvido nas comunicações, como switches e cabos. Os dados são transferidos como um fluxo de dígitos binários, 0 ou 1, que o hardware prepara a partir da entrada que recebeu. A camada física especifica os sinais elétricos que são usados para codificar os dados pelo fio, como um pulso de 5 volts para indicar um binário “1”.
Erros na camada física tendem a fazer com que os dados não sejam transferidos. Pode haver uma interrupção na conexão devido a um plugue ausente ou fonte de alimentação incorreta. Os problemas também podem surgir quando dois componentes discordam na codificação física dos valores dos dados. Para conexões sem fio, um sinal fraco pode fazer com que os bits sejam descartados durante a transmissão.
2. Camada de enlace de dados
A segunda camada do modelo trata da comunicação entre dois dispositivos que estão diretamente conectados entre si na mesma rede. É responsável por estabelecer um link que permita a troca de dados através de um protocolo acordado. Muitos switches de rede funcionam na camada 2.
A camada de enlace de dados eventualmente passará bits para a camada física. Por estar em cima do hardware, a camada de enlace de dados pode realizar detecção e correção de erros básicos em resposta a problemas de transferência física. Existem duas subcamadas que definem essas responsabilidades: Logical Link Control (LLC), que trata da sincronização de quadros e detecção de erros, e Media Access Control (MAC), que usa endereços MAC para restringir como os dispositivos adquirem permissão para transferir dados.
3. Camada de Rede
A camada de rede é o primeiro nível que suporta a transferência de dados entre duas redes mantidas separadamente. É redundante em situações em que todos os seus dispositivos existem na mesma rede.
Os dados que chegam à camada de rede de níveis mais altos são divididos primeiro em pacotes adequados para transmissão. Os pacotes recebidos da rede remota em resposta são reagrupados em dados utilizáveis.
A camada de rede é onde vários protocolos importantes se encontram pela primeira vez. Estes incluem IP (para determinar a rota para um destino), ICMP, roteamento e LAN virtual. Juntos, esses mecanismos facilitam as comunicações entre redes com um grau familiar de facilidade de uso. No entanto, as operações nesse nível não são necessariamente confiáveis: as mensagens não precisam ser bem-sucedidas e podem não ser necessariamente repetidas.
4. Camada de Transporte
A camada de transporte fornece abstrações de alto nível para coordenar as transferências de dados entre dispositivos. Os controladores de transporte determinam para onde os dados serão enviados e a taxa na qual eles devem ser transferidos.
A camada 4 é onde o TCP e o UDP são implementados, fornecendo os números de porta que permitem que os dispositivos exponham vários canais de comunicação. Como resultado, o balanceamento de carga geralmente é colocado na camada 4, permitindo que o tráfego seja roteado entre as portas em um dispositivo de destino.
Espera-se que os mecanismos de transporte garantam uma comunicação bem-sucedida. Controles de erro rigorosos são aplicados para recuperar-se da perda de pacotes e repetir transferências com falha. O controle de fluxo é aplicado para que o remetente não sobrecarregue o dispositivo remoto enviando dados mais rápido do que a largura de banda disponível permite.
5. Camada de Sessão
A camada 5 cria sessões de comunicação contínuas entre dois dispositivos. As sessões são usadas para negociar novas conexões, concordar com sua duração e fechar a conexão normalmente quando a troca de dados for concluída. Essa camada garante que as sessões permaneçam abertas por tempo suficiente para transferir todos os dados enviados.
O controle de pontos de verificação é outra responsabilidade da camada 5. As sessões podem definir pontos de verificação para facilitar atualizações de progresso e transmissões retomáveis. Um novo ponto de verificação pode ser definido a cada poucos megabytes para um upload de arquivo, permitindo que o remetente continue a partir de um ponto específico se a transferência for interrompida.
Muitos protocolos importantes operam na camada 5, incluindo tecnologias de autenticação e login, como LDAP e NetBIOS. Eles estabelecem canais de comunicação semipermanentes para gerenciar uma sessão de usuário final em um dispositivo específico.
6. Camada de Apresentação
A camada de apresentação trata da preparação de dados para a camada de aplicação que vem a seguir no modelo. Uma vez que os dados tenham sido formados a partir do hardware, por meio do enlace e transporte de dados, eles estão quase prontos para serem consumidos por componentes de nível superior. A camada de apresentação completa o processo realizando qualquer formatação que possa ser necessária.
Descriptografia, descriptografia e descompactação são três operações comuns encontradas nesse nível. A camada de apresentação processa os dados recebidos em formatos que podem eventualmente ser usados por um aplicativo cliente. Da mesma forma, os dados de saída são reformatados em estruturas compactadas e criptografadas adequadas para transmissão em rede.
TLS é uma tecnologia importante que faz parte da camada de apresentação. A verificação de certificados e a descriptografia de dados são tratadas antes que as solicitações cheguem ao cliente da rede, permitindo que as informações sejam consumidas com a confiança de que são autênticas.
7. Camada de Aplicação
A camada de aplicação é o topo da pilha. Representa a funcionalidade percebida pelos usuários finais da rede. Os aplicativos no modelo OSI fornecem uma interface conveniente de ponta a ponta para facilitar transferências completas de dados, sem ter que pensar em hardware, links de dados, sessões e compactação.
Apesar do nome, essa camada não está relacionada ao software do lado do cliente, como seu navegador da Web ou cliente de e-mail. Uma aplicação em termos OSI é um protocolo que lida com a comunicação completa de dados complexos entre as camadas 1-6.
HTTP, FTP, DHCP, DNS e SSH existem na camada de aplicação. Esses são mecanismos de alto nível que permitem transferências diretas de dados do usuário entre um dispositivo de origem e um servidor remoto. Você só precisa de uma compreensão mínima de como as outras camadas funcionam.
Resumo
As sete camadas OSI descrevem a transferência de dados entre redes de computadores. Compreender as funções e responsabilidades de cada camada pode ajudá-lo a identificar a origem dos problemas e avaliar o caso de uso pretendido para novos componentes.
OSI é um modelo abstrato que não mapeia diretamente as implementações de rede específicas em uso comum hoje. Como exemplo, o protocolo TCP/IP funciona em seu próprio sistema mais simples de quatro camadas: acesso à rede, Internet, transporte e aplicação. Elas abstraem e absorvem as camadas OSI equivalentes: a camada de aplicação abrange OSI L5 a L7, enquanto L1 e L2 são combinadas no conceito de acesso à rede de TCP/IP.
O OSI permanece aplicável apesar de sua falta de aplicação direta no mundo real. Ela existe há tanto tempo que é amplamente compreendida entre os gerentes de todas as origens. Seu nível relativamente alto de abstração também garantiu que ele permaneça relevante diante dos novos paradigmas de rede, muitos dos quais têm como alvo a camada 3 e superior. O conhecimento das sete camadas e suas responsabilidades ainda pode ajudá-lo a apreciar o fluxo de dados através de uma rede enquanto descobre oportunidades de integração para novos componentes.
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