Conceitos Fundamentais de Redes: Camadas, Protocolos e Mídia Física

Componentes e Conceitos de Redes

Componentes: Dados não são transferidos de uma camada $n$ para $n$. São transferidos para as camadas inferiores até alcançar o destino.

Interfaces: Definem as operações e os serviços entre as camadas.

Arquitetura: Um conjunto de camadas e protocolos. Deve conter informações suficientes para permitir que um implementador desenvolva seu programa ou construa o hardware de cada camada, de forma que obedeça corretamente ao protocolo adequado.

Pilha de Protocolo: Uma lista de protocolos usados por um determinado sistema.

As camadas precisam identificar os transmissores e receptores. Devido à existência de muitos processos e computadores, é necessário um endereçamento para um destino específico. Além disso, precisam informar quais mensagens foram recebidas ou não, necessitando de um eficiente controle de erros.

• Controle de Fluxo: Impede o envio muito rápido a um transmissor mais lento.
• Roteamento: Quando houver vários caminhos, é a decisão entre duas ou mais camadas sobre a escolha do caminho.

Orientado a Conexão (TCP): Primeiro estabelece-se a conexão, utiliza a conexão e depois libera a conexão.

Sem Conexão (UDP): Envio de pacotes sem confirmação de entrega; simplesmente os envia.

Negociação: Em alguns casos, após a conexão estabelecida, o receptor, transmissor e sub-rede definem os parâmetros a serem utilizados, como o tamanho máximo das mensagens, a qualidade do serviço exigida e outras questões.

Serviço: Conjunto de operações que uma camada oferece à camada situada acima dela.

Protocolo: Conjunto de regras que controla o formato e o significado dos pacotes/mensagens que são trocadas pelas entidades pares contidas em uma camada.

Princípios de Camadas

Uma camada deve ser criada onde houver necessidade de um grau de abstração adicional; cada camada deve executar uma função bem definida.

7 Camadas do Modelo OSI

1. Camada Física: Interface com meios de transmissão e sinalização.
2. Camada de Enlace de Dados: O transmissor divide os dados em quadros de dados e os transmite sequencialmente, livre de erros não detectados pela camada de rede.
3. Camada de Rede: Endereçamento lógico e roteamento, controle de tráfego.
4. Camada de Transporte: Transmissão confiável de dados, se necessário, a segmentação dos dados.
5. Camada de Sessão: Iniciar, manter e finalizar sessões de comunicação, permitindo diferentes usuários.
6. Camada de Apresentação: Criptografia, codificação, compressão e formatos de dados.
7. Camada de Aplicação: Prover serviços de rede às aplicações.

Modelo TCP/IP

Não possui as camadas de Sessão e Apresentação, pelo fato de terem sido comprovadas como pouco usadas na maioria das aplicações.

1. Camada Aplicação: Ponte entre aplicativo e comunicação de rede (DNS, FTP).
2. Camada de Transporte: Similar à OSI.
3. Camada Inter-Redes: Sua tarefa é permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles trafegarão independentemente até o destino (talvez em uma rede diferente).
4. Camada de Host/Rede: O host precisa se conectar à rede utilizando algum protocolo para que seja possível enviar pacotes IP.

Detalhes da Camada Física

O objetivo da camada Física é criar o sinal elétrico (cobre), óptico (fibra) ou micro-ondas (sem fio) que representa os bits em cada quadro.

Componentes: Sinais → Conectores → Cabos.

Três funções fundamentais da física: componentes físicos, codificação, sinalização.

• Componentes Físicos: Hardware, meios físicos e conectores para transmissões.
• Sincronização: Enviar com êxito os bits entre transmissor e receptor; tempo de verificação entre 2 hosts é executado com o uso de um clock.
• Sinalização: O método de representação de bits, sinais elétricos, ópticos ou sem fio que representam o 1 e 0. Métodos: amplitude, frequência e fase, clock.
• Bits de Sinalização para o Meio: A transmissão do quadro através do meio físico ocorre como um fluxo de bits enviados um de cada vez.
• Codificação: Método de converter um fluxo de bits de dados em um código predefinido. Também evita grandes quantidades de 0 e 1.

Exemplos de Codificação:

• Codificação NRZ: Fluxo de bits transmitido como uma série de níveis de voltagem: baixo (0) e alto (1).
• Codificação Manchester: Valores de bits são representados como transições de voltagem: Baixa para alta (1), alta para baixa (0).

Capacidade de transmitir os dados: velocidade diferentes de transmissão.

A camada física lida com: Meio físico e conectores ligados, Representação de bits no meio físico, Codificação de dados e informações de controle.

Medidas de Desempenho

Três formas de medir:

• Largura de Banda: Capacidade de um meio em transportar dados, medindo a quantidade de informação que pode fluir em um determinado tempo, medida em Kbps, Mbps, Gbps, Tb.
• Throughput: Medida da transferência de bits através do meio físico durante um determinado período.
• Goodput: Mede a eficácia da transferência dos dados do usuário entre as entidades da camada de Aplicação, como entre o processo de um servidor web de origem e o navegador web de destino.

Cabeamento

O cabeamento UTP consiste em quatro pares de fios coloridos trançados juntos e envolvidos em um revestimento de plástico flexível. Este trançado dos fios visa cancelar os sinais indesejados.

Diafonia: Campo eletromagnético criado ao redor do fio quando passa uma corrente elétrica.

Padrão 568A: Mais utilizado em ambientes LAN. Define tipo de cabo, comprimento, conectores e par trançado RJ45.

Outros cabos de cobre: Cabo coaxial (condutor de cobre envolvido por uma camada de isolamento flexível).

Os protocolos das camadas superiores do modelo OSI preparam os dados para serem transmitidos ao seu destino. A Camada Física controla como os dados são colocados no meio físico de comunicação.

A função da camada Física é codificar os dígitos binários que representam quadros da camada de Enlace de Dados em sinais e transmitir e receber esses sinais através do meio físico (fios de cobre, fibra óptica e sem fio), que conecta os dispositivos de rede.