TCP/IP vs. OSI: Qual é a diferença?

Os switches Ethernet desempenham um papel crucial na transferência de dados entre dispositivos em redes de computadores, operando em diferentes camadas do modelo Open Source Interconnect (OSI), que se refere à camada de um protocolo genérico. O modelo de protocolo genérico especifica regras comuns para enviar e receber pacotes entre diferentes camadas de rede. Switches de camada 2 encaminham pacotes usando endereços MAC dentro da mesma rede, enquanto Switches Layer 3 usam endereços IP para transferir dados entre diferentes redes. Além do modelo OSI, o modelo Transmission Control Protocol (TCP) e Internet Protocol (IP) é outro modelo conceitual usado para descrever a comunicação de rede, consistindo em quatro camadas. O OSI tem sete camadas, e o TCP/IP tem quatro. Compreender esses modelos é vital para o projeto e a implementação de redes eficientes e seguras.

Camadas do Modelo de Referência OSI

O modelo OSI consiste em sete camadas como uma estrutura conceitual que padroniza a divisão de trabalho e a interação entre vários componentes de software e hardware envolvidos na comunicação de rede.

Camada 7: Camada de Aplicação

A camada de aplicação do modelo OSI é responsável por fornecer funções de comunicação aos aplicativos de software conforme necessário, sendo a camada mais próxima dos usuários finais. Suas principais funções incluem confirmar a disponibilidade de recursos e parceiros de comunicação para facilitar a transferência de dados. Além disso, essa camada define protocolos para aplicações finais, como DNS, FTP, HTTP, IMAP, POP, SMTP, SNMP e Telnet (que emula um terminal).

Camada 6: Camada de Apresentação

A compatibilidade dos dados com os recursos de comunicação é verificada pela camada de apresentação, que pode convertê-los em um formato aceitável tanto para a camada de aplicação quanto para as camadas inferiores. Ela garante que os dados sejam transmitidos com precisão, formatando-os de uma maneira que o aplicativo receptor possa compreender. Essa camada é responsável pela compactação, criptografia e descriptografia de dados, e também lida com a conversão de dados entre diferentes esquemas de codificação de caracteres. O principal objetivo da camada de apresentação é garantir que os dados recebidos pela camada de aplicação sejam apresentados em um formato que o aplicativo possa compreender, independentemente dos protocolos de rede subjacentes usados para a transmissão. A camada de apresentação é responsável por proteger a integridade da transmissão de dados e garantir precisão e segurança durante a transferência de dados.

Camada 5: Camada de Sessão

A camada de sessão gerencia os enlaces de comunicação entre computadores. Suas principais funções são criar, gerenciar, manter e encerrar as conexões entre as aplicações locais e remotas. Além disso, o software da camada 5 cuida dos processos de autenticação e autorização e garante a entrega bem-sucedida dos dados.

Camada 4: Camada de transporte

A camada de transporte é responsável por transmitir sequências de dados do host de origem para o host de destino. Ela garante que os dados sendo transferidos tenham alta qualidade e integridade por meio de correção de erros e funções semelhantes. Uma das principais funções da camada de transporte é fornecer controle de fluxo explícito, o que ajuda a gerenciar a taxa na qual os dados são enviados e recebidos para evitar congestionamento da rede. Embora o TCP e os Protocolos de Datagrama do Usuário (UDP) não estejam estritamente em conformidade com o modelo OSI, eles são considerados protocolos essenciais na camada 4 devido à sua capacidade de lidar com a transmissão de dados em diferentes cenários. A camada de transporte pode garantir que a transmissão de dados seja mais eficiente e confiável.

Camada 3: Camada de Rede

A camada de rede gerencia o roteamento de pacotes usando endereçamento lógico e funções de comutação. Uma rede conecta vários nós, e cada nó tem um endereço. Quando uma nova mensagem é transmitida de um nó para outro, ela fornece o conteúdo da mensagem e o endereço do nó de destino, e a rede entrega a mensagem ao nó de destino. A rede pode dividir uma mensagem longa em vários segmentos e transmiti-los individualmente, possivelmente redirecionando-os por outros nós, remontando os fragmentos em outro nó.

Camada 2: Camada de enlace de dados

A camada de enlace de dados serve como um meio de transferir dados de nó para nó, lidando com o empacotamento e o desempacotamento de informações em quadros. Além disso, ela define protocolos para estabelecer e encerrar conexões entre dispositivos fisicamente conectados, como o Point-to-Point Protocol (PPP). A camada de enlace de dados é normalmente composta por duas subcamadas, uma chamada camada de controle de acesso ao meio (MAC), e a outra é a camada de controle de enlace lógico (LLC). A camada MAC é responsável por gerenciar como os dispositivos em uma rede obtêm acesso à mídia e permissão para transmitir dados, enquanto a camada de controle de enlace lógico pode identificar e encapsular protocolos da camada de rede, bem como supervisionar a verificação de erros e a sincronização de quadros.

Camada 1: camada física

A camada física define o meio no qual os dados são transmitidos e define todas as especificações elétricas e físicas de todos os links de transmissão de dados. como os níveis de tensão, corrente e taxa de sinalização do meio de transmissão, e as características do meio de transmissão, como tipo de fibra, largura de banda e comprimento de onda de operação. Além disso, ela garante a transmissão e recepção precisas dos dados por meio da codificação, modulação e detecção de erros nos sinais. Em última análise, a camada física é responsável por converter dados digitais em sinais que podem ser transmitidos pelo meio de comunicação.

Camadas do Modelo TCP/IP

O modelo TCP/IP, também chamado de suíte de protocolos da Internet, é um modelo de referência em camadas composto por quatro camadas. Embora TCP e IP sejam os protocolos fundamentais e deem nome ao modelo, não há apenas protocolos TCP/IP, mas também outros protocolos utilizados dentro dessa estrutura.

Camada de aplicação

No modelo TCP/IP, a camada de aplicação permite que as aplicações acessem serviços de outras camadas e estabelece os protocolos utilizados pelas aplicações para trocar dados. Alguns protocolos bem conhecidos na camada de aplicação são HTTP, FTP, SMTP, Telnet, DNS, SNMP e o Routing Information Protocol (RIP).

Camada de Transporte

A camada de transporte host a host, também chamada de camada de transporte, funciona fornecendo à camada de aplicação serviços de comunicação de sessão e datagrama. Os principais protocolos empregados por essa camada incluem TCP e UDP. O TCP oferece um serviço de comunicação confiável, orientado à conexão e um para um. Ele assume a responsabilidade por ordenar e confirmar os pacotes transmitidos, bem como recuperar quaisquer pacotes perdidos durante a transmissão. Por outro lado, o UDP oferece um serviço de comunicação sem conexão, um para um ou um para muitos, não confiável. Ele é comumente utilizado ao transferir pequenas quantidades de dados que podem caber em um único pacote.

Camada de Internet

A camada de Internet tem a responsabilidade de executar tarefas de endereçamento de hosts, empacotamento e roteamento. Seus principais protocolos incluem IP, ARP, ICMP e IGMP. O IP, um protocolo roteável, lida com endereçamento IP, roteamento, fragmentação e remontagem de pacotes. ARP, por outro lado, descobre o endereço da camada de acesso à rede, que pode se referir a um endereço de hardware associado a um acesso específico da camada de Internet. O ICMP fornece funcionalidades de diagnóstico e relatórios de erro caso a entrega de pacotes IP falhe. O IGMP gerencia grupos multicast IP. O cabeçalho IP, que contém o endereço IP, é adicionado aos pacotes nesta camada. Atualmente, tanto endereços IPv4 de 32 bits quanto endereços IPv6 de 128 bits estão em uso.

Camada de Acesso à Rede

A camada de acesso à rede, também chamada de camada de enlace, é responsável por colocar pacotes TCP/IP no meio de rede e recuperar pacotes TCP/IP do meio de rede. O TCP/IP é intencionalmente projetado para ser agnóstico em relação ao método de acesso à rede, ao formato de quadro e ao meio, o que significa que não está vinculado a nenhuma tecnologia de rede específica. Consequentemente, o TCP/IP pode facilitar a comunicação entre vários tipos de redes.

Qual é o processo de transmissão de dados e como os dados são processados durante ele?

Uma unidade de dados de protocolo (PDU) é o formato no qual os dados são trocados entre diferentes camadas em um sistema em camadas. A tabela abaixo exibe vários tipos de PDUs utilizados nesses sistemas.

Quando o usuário realiza uma operação de navegação na web em seu dispositivo, o software do servidor remoto inicia o processo fornecendo os dados solicitados à camada de aplicação. A partir daí, os dados são processados sequencialmente por cada camada. As camadas individuais do protocolo de rede têm funções distintas, e os dados fluem pela camada física da rede. À medida que sobem pelas camadas, os dados têm sua chegada ao destino pretendido assegurada, seja ele um servidor de destino ou outro dispositivo. Cada camada executa suas operações atribuídas até que, por fim, os dados sejam utilizados pelo software receptor.

Encapsulamento é o processo em que cada camada, durante a transmissão, adiciona um cabeçalho ou um rodapé, ou ambos, à Protocol Data Unit (PDU) recebida da camada superior. Essas informações adicionadas direcionam e identificam o pacote. O cabeçalho (e o rodapé) e os dados originais da PDU para a próxima camada inferior. Esse processo é repetido até que a camada de nível mais baixo (camada física ou camada de acesso à rede) seja alcançada, de onde os dados são transmitidos ao dispositivo receptor.

Ao receber os dados, o dispositivo receptor desencapsula os dados em cada camada extraindo as informações de cabeçalho e rodapé, que orientam o processo de desencapsulamento. Por fim, a aplicação usa os dados extraídos. Todo o processo acompanhará todo o processo de transferência de dados, incluindo transmissão e recepção.

Solução de problemas por modelos TCP/IP e OSI

Com uma compreensão das camadas de rede, torna-se possível diagnosticar a causa de uma falha de conexão. Geralmente, é aconselhável começar a solução de problemas a partir da camada mais baixa da rede e avançar para cima, em vez de começar pela camada mais alta. Isso ocorre porque cada camada é projetada para atender à camada acima dela, facilitando lidar com quaisquer problemas que surjam na camada seguinte.

No caso de um problema de rede, o primeiro passo deve ser verificar a camada física. Isso inclui garantir que o cabo de rede esteja conectado corretamente, verificando se o ponto de acesso sem fio (WAP) está conectado ao switch, e verificar se os pinos RJ45 estão em boas condições.

Modelo TCP/IP vs. Modelo OSI

Há muitas diferenças entre o modelo TCP/IP e o modelo OSI, como visto anteriormente. O exemplo a seguir mostra a relação correspondente entre eles.

Ao comparar as camadas do modelo TCP/IP com as do modelo OSI, pode-se observar que a camada de aplicação do modelo TCP/IP corresponde às camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI. No entanto, o modelo TCP/IP não possui camadas separadas para representar as camadas de apresentação e sessão. A camada de transporte no TCP/IP assume as funções da camada de transporte do OSI e alguns aspectos da camada de sessão do OSI. Enquanto isso, a camada de acesso à rede no TCP/IP abrange as camadas física e de enlace de dados no modelo OSI. Por outro lado, os serviços de sequenciamento e confirmação disponíveis na camada de enlace de dados do modelo OSI não são usados pela camada de Internet do modelo TCP/IP.

O modelo OSI e o modelo TCP/IP são dois modelos de rede que definem como a comunicação entre dispositivos em uma rede deve ser estruturada. Ambos os modelos têm camadas semelhantes que desempenham funções semelhantes, mas o modelo OSI é mais teórico e fornece uma estrutura padronizada para redes, enquanto o modelo TCP/IP é usado na prática para redes na Internet. O desenvolvimento do modelo OSI teve como objetivo criar uma estrutura universal que facilitasse a comunicação entre diferentes dispositivos. Em contraste, o modelo TCP/IP foi desenvolvido especificamente para a ARPANET, a predecessora da Internet moderna, para fornecer comunicação confiável em uma rede de computadores interconectados. Apesar de suas diferenças, ambos os modelos ainda são usados hoje, e seus conceitos e princípios são incorporados aos protocolos e padrões modernos de rede.

Conclusão

Neste artigo, fornecemos uma visão geral abrangente tanto do modelo TCP/IP quanto do modelo OSI, que são estruturas abstratas projetadas para explicar todas as formas de comunicação de rede. O TCP/IP, em particular, desempenha um papel significativo na facilitação das operações da internet. Ao discutir as camadas 2, 3 e 7 de equipamentos de rede, normalmente fazemos referência ao modelo OSI. Enquanto isso, o modelo TCP/IP serve como modelo para a infraestrutura contemporânea da internet e estabelece um conjunto padrão de regulamentos que regem todas as transmissões de rede.