O modelo Open System Interconnect (OSI) serve como uma referência para que programadores e fornecedores desenvolvam soluções de software seguras e compatíveis entre si.
Este modelo detalha como os dados circulam em uma rede, incluindo os protocolos de comunicação, como o TCP, e as diferenças entre diversas ferramentas e tecnologias.
Apesar de discussões sobre a relevância das camadas do modelo OSI, ele continua crucial, especialmente no contexto atual de segurança cibernética.
Compreender as camadas do modelo OSI auxilia na avaliação de vulnerabilidades técnicas e riscos relacionados a aplicações e sistemas. Além disso, ajuda as equipes a identificar a localização física dos dados e definir políticas de segurança apropriadas.
Neste artigo, vamos explorar em profundidade as camadas do modelo OSI, destacando sua importância para usuários e empresas.
O que é o Modelo de Interconexão de Sistemas Abertos (OSI)?
O modelo Open System Interconnect (OSI) é um padrão de referência com sete camadas, que os sistemas de computadores e aplicativos utilizam para se comunicarem em rede.
O modelo decompõe os processos de transmissão de dados em sete camadas, cada uma com funções específicas no envio e recebimento de informações.
Camadas do modelo OSI
Desenvolvido pela International Organization for Standardization (ISO) em 1984, o modelo OSI é o primeiro padrão de referência para a comunicação entre sistemas em uma rede. Ele foi adotado por todas as principais empresas de telecomunicações e informática.
O modelo apresenta uma estrutura visual onde as sete camadas são dispostas em sequência, com a camada inferior servindo a camada superior. Os dados fluem através dessas camadas na rede, partindo do dispositivo de origem e ascendendo até o dispositivo receptor.
O modelo OSI integra diversas aplicações, hardware de rede, protocolos e sistemas operacionais, permitindo a transmissão de sinais por meios físicos como fibra óptica, cabos de par trançado e Wi-Fi.
Essa estrutura conceitual auxilia na compreensão das relações entre sistemas e orienta desenvolvedores e fornecedores na criação de softwares e produtos interoperáveis. Ele estabelece uma estrutura para descrever o funcionamento dos sistemas de telecomunicações e redes.
Por que é Essencial Conhecer o Modelo OSI?
Entender o modelo OSI é fundamental no desenvolvimento de software, já que cada aplicativo e sistema opera com base em uma dessas camadas.
Profissionais de rede de TI utilizam o modelo OSI para visualizar o fluxo de dados em uma rede. Esse conhecimento é importante não só para fornecedores e desenvolvedores, mas também para estudantes que desejam obter certificações, como a Cisco Certified Network Associate (CCNA).
Algumas vantagens de conhecer as camadas do modelo OSI incluem:
- Compreensão do fluxo de dados: O modelo OSI facilita a compreensão de como os dados circulam em uma rede, auxiliando os operadores a entender a interação entre hardware e software. Isso permite a criação de sistemas mais seguros e resilientes, usando os recursos adequados.
- Solução de problemas facilitada: A divisão da rede em sete camadas facilita a identificação e solução de problemas. Os profissionais podem diagnosticar falhas de forma mais eficiente, direcionando sua atenção para a camada responsável pelo problema.
- Promoção da interoperabilidade: Desenvolvedores podem criar sistemas e dispositivos que interagem facilmente com produtos de outros fornecedores, melhorando a funcionalidade e eficiência para os usuários.
É possível especificar os componentes com os quais seus produtos devem funcionar, informando aos usuários em qual camada seus sistemas operam.
As Diferentes Camadas do Modelo OSI
Camada Física
A camada física, a primeira e mais baixa no modelo OSI, descreve a representação física e elétrica de um sistema.
Ela abrange aspectos como tipo de cabo, disposição dos pinos, links de radiofrequência, tensões, tipos de sinais e conectores, sendo responsável pela conexão física entre nós de rede. Ela também facilita a transmissão de dados brutos e controla as taxas de bits.
Camada física
Nesta camada, os dados brutos, em formato de bits (0s e 1s), são convertidos em sinais e trocados. É crucial que as extremidades transmissora e receptora estejam sincronizadas para uma transmissão eficiente. A camada física oferece uma interface entre dispositivos, meios de transmissão e topologias de rede. O modo de transmissão também é definido aqui.
A topologia de rede pode ser em barramento, anel ou estrela, e o modo de transmissão pode ser simplex, full-duplex ou half-duplex. Os dispositivos nesta camada incluem conectores de cabo Ethernet, repetidores e hubs.
Em caso de problemas de rede, os profissionais iniciam a verificação pela camada física, assegurando que todos os cabos e conexões de alimentação estejam corretos.
As funções principais da camada 1 são:
- Definir as topologias físicas, ou seja, como os dispositivos são organizados em uma rede.
- Definir o modo de transmissão, ou seja, como os dados fluem entre dois dispositivos conectados.
- Sincronização de bits, controlando o receptor e o emissor no nível de bit.
- Controlar a taxa de bits na transmissão de dados.
Camada de Enlace de Dados
A camada de enlace de dados opera acima da camada física. Ela estabelece e encerra conexões entre nós de uma rede, dividindo os pacotes de dados em quadros que se movem da origem ao destino.
A camada de enlace de dados possui duas partes:
- O Controle de Link Lógico (LLC) detecta protocolos de rede, sincroniza quadros e verifica erros.
- O Controle de Acesso ao Meio (MAC) utiliza endereços MAC para conectar dispositivos e definir permissões de transmissão.
Endereços MAC são identificadores únicos atribuídos a cada sistema em uma rede, auxiliando na identificação física dos dispositivos. Esses números de 12 dígitos são supervisionados na camada de enlace de dados.
Exemplo: um endereço MAC pode ser 00:5e:53:00:00:af, onde os três primeiros números são o identificador único da organização (OUI) e os três últimos correspondem ao Network Interface Controller (NIC).
As principais funções da camada 2 são:
- Detecção de erros: A camada de enlace de dados detecta erros, como os bits de erro, por meio de métodos como checksum e CRC, mas não realiza a correção, que ocorre na camada de transporte.
- Controle de fluxo: A transmissão de dados deve ocorrer na mesma velocidade que o receptor. Para evitar perdas de dados, a camada de enlace usa métodos de controle de fluxo, como:
- Método de janela deslizante, que define a quantidade de quadros a serem transmitidos.
- Mecanismo de parar e esperar, onde o remetente aguarda confirmação do receptor antes de enviar mais dados.
- Acesso múltiplo: A camada de enlace de dados permite o acesso de vários dispositivos ao mesmo meio de transmissão, usando protocolos como CSMA/CD para evitar colisões.
- Sincronização de dados: A sincronização entre os dispositivos é crucial para uma transmissão de dados sem problemas.
A camada de enlace utiliza dispositivos como pontes e switches de camada 2. Pontes conectam diferentes LANs, filtrando dados indesejados. Switches da camada 2 encaminham dados com base no endereço MAC do sistema.
Camada de Rede
A camada de rede, posicionada acima da camada de enlace de dados, utiliza endereços de rede, como endereços IP, para rotear pacotes de dados para um nó receptor em redes diferentes ou iguais.
As principais funções são:
- Dividir segmentos de rede em pacotes, remontando-os no nó de destino.
- Encontrar o caminho ideal em uma rede física para o roteamento dos pacotes.
O caminho ideal é a rota mais curta e eficiente entre remetente e receptor, usando switches, roteadores e métodos de detecção e tratamento de erros.
A camada de rede utiliza endereços IP lógicos e o design de sub-rede. Essa camada roteia dados usando endereços IP e roteadores, independente das redes, protocolos ou topologias. Seus principais componentes são endereços IP, sub-redes e roteadores.
- Endereço IP: Número de 32 bits exclusivo atribuído a cada dispositivo, com duas partes: endereço de host e endereço de rede. Ex: 192.0.16.1.
- Roteadores: Usados para comunicação entre dispositivos em redes de longa distância (WANs). Roteiam pacotes com base em informações da tabela de roteamento.
Os roteadores encontram o caminho para entregar os dados e, ao chegar à rede de destino, os enviam para o host apropriado.
- Máscaras de Sub-rede: Usadas em conjunto com o endereço IP para identificar o host de destino, seja em uma rede remota ou em uma sub-rede. Ex: 255.255.255.0.
Com a máscara de sub-rede, é possível descobrir o endereço da rede e o endereço do host. Ao receber um pacote com endereço de destino, o sistema encaminha para a próxima camada. Essa camada não exige confirmação do receptor, diferente da camada 2.
Camada de Transporte
A camada de transporte, a quarta de baixo para cima, recebe dados da camada de rede e os entrega à camada de aplicação. Nesta camada, os dados são chamados de “segmentos”, e sua função principal é assegurar a entrega da mensagem completa, reconhecendo o sucesso da transmissão. Se houver erros, os dados são reenviados.
A camada de transporte também controla o fluxo de dados, gerencia erros e solicita dados novamente após a detecção de falhas, garantindo que a transmissão ocorra na mesma velocidade do receptor.
Na ponta do remetente, ao receber dados formatados das camadas superiores, a camada de transporte realiza a segmentação, implementa técnicas de controle de fluxo e erro, adiciona os números das portas de origem e destino no cabeçalho e envia os segmentos para a camada de rede.
Na ponta do receptor, a camada de transporte identifica o número da porta, envia os dados para o aplicativo de destino, sequencia e remonta os dados segmentados.
A camada de transporte fornece uma conexão confiável entre dispositivos em uma rede, oferecendo segmentos de dados de sub-redes intra e inter.
Para a comunicação entre dispositivos, cada um deve ter um TSAP (Transport Service Access Point) ou número de porta, que auxilia na identificação dos hosts. Esses números podem ser definidos manualmente ou usar o padrão, como o número 80.
A camada de transporte usa dois protocolos:
- Protocolo de Controle de Transmissão (TCP): Estabelece conexão antes da transmissão, exige confirmação do receptor e monitora velocidade, fluxo e corrige erros.
- User Datagram Protocol (UDP): Não confiável e não orientado à conexão, não exige confirmação do receptor e é usado em jogos online e streaming, sendo propenso a ataques como inundação de UDP.
As principais funções da camada de transporte são:
- Endereçamento de pontos de serviço: Através dos números de porta, garante que a mensagem chegue ao destinatário correto.
- Detecção e controle de erros: A detecção e controle de erros são essenciais para assegurar a integridade dos dados. Erros podem ocorrer mesmo que os dados estejam se movendo sem problemas. Métodos como CRC e checksum são utilizados.
Camada de Sessão
A quinta camada do modelo OSI é a camada de sessão, usada para criar canais de comunicação entre dispositivos. Ela executa tarefas como:
- Abertura e fechamento de sessões
- Manutenção de sessões ativas
- Sincronização de diálogo entre aplicativos
A camada de sessão cria pontos de verificação para garantir a transferência segura de dados. Se uma sessão for interrompida, a transmissão é retomada do último ponto de verificação. Essa camada permite que usuários de diferentes plataformas estabeleçam sessões de comunicação.
Camada de Apresentação
A sexta camada, chamada de apresentação ou tradução, prepara os dados para a camada de aplicação. Ela apresenta os dados em um formato compreensível para os usuários.
A camada de apresentação descreve como os dispositivos devem comprimir, criptografar e codificar dados. Essa camada usa os dados da camada de aplicação e os envia para a camada de sessão.
Ela lida com a sintaxe, permitindo que sistemas com modos de comunicação diferentes se entendam. Ela garante a consistência dos dados na rede.
A camada 6 realiza tarefas como:
- Criptografia de dados no lado do remetente.
- Descriptografia de dados no lado do receptor.
- Tradução de formatos, como ASCII para EBCDIC.
- Compressão de dados para multimídia.
A camada divide dados em bits e os transmite, traduzindo-os para formatos adequados a diferentes dispositivos.
Camada de Aplicação
A camada de aplicação, a sétima e mais alta do modelo OSI, é utilizada por softwares e aplicativos como navegadores e clientes de e-mail.
Ela fornece protocolos para que sistemas de software transmitam dados e ofereçam informações significativas aos usuários finais.
Exemplos de protocolos da camada de aplicação: HTTP, SMTP, DNS e FTP.
Modelo TCP/IP vs. OSI: Diferenças
As principais diferenças entre os modelos TCP/IP e OSI são:
- O TCP/IP, criado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD), é mais antigo que o modelo OSI.
- O TCP/IP foi criado para resolver problemas de comunicação e é baseado em protocolos padrão. O modelo OSI é um modelo genérico, independente de protocolo, usado para definir as comunicações de rede.
- O TCP/IP é mais direto, com menos camadas:
- A camada de acesso à rede (combina as camadas 1 e 2 do OSI).
- A camada de internet (equivalente à camada de rede do OSI).
- Camada de transporte.
- Camada de aplicação (combina as camadas 5, 6 e 7 do OSI).
- O modelo OSI tem sete camadas: física, enlace de dados, rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação.
- Aplicações que usam TCP/IP utilizam todas as camadas, mas no modelo OSI a maioria das aplicações não utiliza todas as sete camadas. As camadas 1-3 são obrigatórias para a transmissão de dados.
Conclusão
Compreender o modelo OSI ajuda desenvolvedores e fornecedores a criar aplicativos e softwares interoperáveis e seguros. Ele também auxilia na distinção entre ferramentas e protocolos de comunicação. Além disso, é essencial para estudantes que buscam certificações em rede, como a CCNA.