Qual a função da camada 1?

A camada física do modelo OSI, também chamada de layer 1 ou physical layer, trata da transmissão transparente de sequências de bits pelo meio físico, sendo a parte final da comunicação, ou seja, onde a transmissão pelo meio de comunicação realmente acontece.

Na camada física do modelo OSI estão definidos os padrões mecânicos (conectores, painéis de conexão, cabos, etc…), funcionais (DCE ou DTE, por exemplo), elétricos (voltagens, codificação de linha, etc…) e procedimentos para acesso a esse meio físico.

Nessa camada também temos as especificações dos meios de transmissão, como por exemplo: transmissão via satélite, cabo coaxial, radiotransmissão (rádios digitais ponto a ponto, Wifi, espalhamento espectral, etc.), par metálico (UTP e STP), fibra óptica (monomodo ou multimodo), etc…

Dispositivos da Camada Física

Os dispositivos que estão situados na camada física do modelo OSI são os componentes do cabeamento estruturado, tais como conectores, transceiver, patch panels, cabos e também os HUBs e repetidores. Veja a figura a seguir.

Lembre que os Hubs e Repetidores são dispositivos simples que encaminham os bits recebidos para todas as portas simultaneamente.

São equipamentos que não tem “inteligência”, isto é, eles não têm a capacidade de ler endereços ou tomar decisões baseadas em quaisquer tipos de informações, eles simplesmente atuam como um “curto-circuito” ou um “barramento” encaminhando a informação recebida em uma porta para todas as outras.

Essa transmissão realizada pelos Hubs e Repetidores é realizada com apenas um par metálico, sendo realizada tanto a transmissão quanto a recepção dos dados pelo mesmo par.

Como os bits são sinais elétricos (ondas eletromagnéticas), por exemplo -5 Volts seria o bit zero e +5 Volts o bit 1, se houver a transmissão de dois deles ao mesmo tempo ocorrerá um problema chamado “colisão”.

Uma colisão é no “popular” uma “batida” e é isso mesmo, as ondas colidem ou batem uma na outra e o resultado dessa colisão vai ser uma coisa que nem é um bit zero nem um bit 1, ou seja, um sinal que não pode ser interpretado e deve ser descartado.

Se o computador detecta uma colisão, toda transmissão é interrompida e é emitido um sinal (“jam” de 48 bits) para anunciar que ocorreu uma colisão, o qual tem o objetivo de evitar colisões sucessivas.

Quando isso ocorre os computadores devem parar de transmitir e tomar uma ação, a qual é assumir um tempo aleatório randômico e quem acabar o contador antes inicia a transmitir novamente.

Tecnicamente essa ação é chamada “algoritmo de backoff”.

CSMA/CD

Todo esse procedimento acima está programado nas placas de rede dos computadores que estão conectados aos hubs e é chamado de protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). A tradução da sigla em português diz bem o que é esse protocolo:

• CS (Carrier Sense): Capacidade de identificar se está ocorrendo transmissão, ou seja, o primeiro passo na transmissão de dados em uma rede Ethernet com hub ou repetidor é verificar se o cabo está livre.
• MA (Multiple Access): Capacidade de múltiplos nós concorrerem igualmente pelo meio de transmissão, ou seja, o protocolo CSMA/CD não gera nenhum tipo de prioridade (daí o nome de Multiple Access, acesso múltiplo). Como o CSMA/CD não gera prioridade pode ocorrer de duas placas tentarem transmitir dados ao mesmo tempo e quando isso ocorre há uma colisão, resultando em que nenhuma das placas consegue transmitir dados.
• CD (Collision Detection): Capacidade de detectar a colisão quando ela ocorrer, ou seja, reconhecer quando um sinal diferente do que foi projetado para os bits zero e um e acionar o algoritmo de backoff.

Devido a transmissão e recepção não poder ocorrer simultaneamente, pois temos apenas um meio físico, ela é chamada de “half-duplex”, o half em português quer dizer metade, o que é a pura realidade do que ocorre na prática.

Se você tem que transmitir e somente em outro período de tempo o receptor responde, ou seja, ocorre metade do processo de cada vez, por isso o nome “half-duplex”.

Domínios de Colisão

Outro termo utilizado quando temos redes com Hub e repetidores é o “Domínio de Colisão”.

Esse termo nada mais é que todas as portas que estão ligadas por Hub ou repetidores que podem ter seus bits colididos, por exemplo, se temos um hub de 24 portas todos os micros que estão conectados nessas 24 portas estão em um mesmo domínio de colisão.

Agora, se conectarmos uma das portas desse hub em outro hub de 24 portas, teremos então um domínio de colisão de 48 portas com 46 hosts que podem ter suas informações colidindo entre si (46 porque gastamos 2 portas, uma de cada hub, para interligá-los), e assim por diante.

Portanto quanto maior esse domínio de colisão mais problemas sua rede vai ter, pois temos mais hosts com probabilidade de transmitir simultaneamente e ter seus bits colidindo!

Para fechar o assunto, temos então que os hubs são dispositivos para conectarmos os hosts em uma LAN utilizando apenas um par metálico, por isso eles utilizam a transmissão “half-duplex” e estão sujeitos a colisões, portanto as placas de rede precisam ativar o protocolo CSMA/CD.

Aqui temos a explicação do porque os hubs apresentam uma performance baixa em redes grandes, imagine 50 micros ligados a vários hubs cascateados (ligados uns nos outros), todos tentando acessar a rede, o número de colisões será grande (pois todos estarão em um único domínio de colisão) e a rede ficará naturalmente mais lenta.

Você verá na camada de enlace que os equipamentos de camada 2 conseguem “segmentar” os domínios de colisão e melhorar a performance da rede.

Outro ponto negativo dos hubs é a questão de segurança, pois como a informação trocada entre dois hosts é copiada para todos os outros, se instalarmos em um micro dessa rede um programa que abra essa comunicação, chamado sniffer, poderemos capturar os pacotes trocados e “espiar” essa comunicação.

Assim os atacantes (hackers) conseguiriam descobrir usuários e senhas de rede que sejam trocadas em modo texto, ou seja, sem nenhum mecanismo de proteção como a criptografia.

Com isso finalizamos mais um artigo e talvez você queira saber mais um pouco sobre domínios de colisão, por isso recomendamos também o artigo abaixo:

Para que serve a Camada 1 física?

Qual é a camada 1 do modelo?

Qual a função da camada 2?

Qual a função da camada 3?