O PROTOCOLO TCP/IP

Qual a função do protocolo TCP/IP?

TCP/IP é o principal protocolo de envio e recebimento de dados, sua arquitetura foi desenvolvida em quatro camadas, e um conjunto de processos.

Fonte: Shutterstock.

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Após configurar os servidores DNS e HTTP, os engenheiros conseguiram, por meio de um site, fazer consultas a fotos e documentos de projetos passados e em andamento.

A empresa 2@@ é uma empresa que desenvolve projetos de edificações para grandes prédios comerciais e, diariamente, os engenheiros precisam compartilhar arquivos dos projetos em desenvolvimento, documentações e planilhas de cálculos. Normalmente esses arquivos são compartilhados via e-mail, porém, graças ao tamanho dos arquivos, tal tarefa tem sido um problema nos projetos.

Para solucionar o problema de compartilhamento de arquivos, um servidor FTP deve ser configurado na rede. Isso vai permitir que os colaboradores possam fazer download e upload dos arquivos que são gerados diariamente, para a condução dos seus projetos. Para realizar essa tarefa, o serviço deve ser configurado no servidor que se encontra na topologia da empresa 2@@. 

O conjunto de serviços que o protocolo TCP/IP proporciona faz com que as redes ganhem diversas funcionalidades.

Dessa forma, você deve utilizar o Cisco Packet Tracer para configurar o serviço FTP na rede desenvolvida para a simulação feita na empresa 2@@. Ao desenvolver tais alterações na rede modelada, você vai compreender a importância do protocolo TCP/IP para prover os serviços nas redes de computadores.

Você está pronto para buscar conhecimentos para resolver mais esse desafio?

conceito-chave

Diariamente utilizamos algum meio computacional para nos comunicarmos, seja por mensagens instantâneas, e-mail, videoconferência, seja ainda por uma postagem em redes sociais. Historicamente, o homem sempre pesquisou e desenvolveu meios para tornar o ato de conseguir passar mensagens eficiente, rápido, barato e seguro.

Vamos então conhecer os aspectos históricos, as características e as funções das camadas do protocolo TCP/IP. Com isso será possível compreender como os protocolos proveem os serviços que estamos acostumados a utilizar, por meio de aplicações, para entretenimento, trabalho ou estudos.

Filippetti (2008) afirma que o padrão TCP/IP foi desenvolvido pelo DOD (Departamento de Defesa Americano) para que, em caso de guerras, houvesse a garantia da integridade das mensagens enviadas. Isso é compreensível, uma vez que o envolvimento em diversos conflitos ao longo dos tempos fez com que o exército necessitasse de técnicas relacionadas à comunicação.

A arquitetura do protocolo TCP/IP foi desenvolvida em quatro camadas, e um conjunto de processos (aplicações) é utilizado para prover diversos serviços. Para melhor compreensão das suas camadas, observe a Figura 2.14, em que é efetuada uma comparação entre as camadas do modelo de referência OSI e o protocolo TCP/IP:

Para isso, podemos definir a função de cada uma das camadas do protocolo TCP/IP como:

• Camada de aplicação (Application Layer): nesta camada define-se como os programas vão se comunicar com as diversas aplicações disponíveis nas redes. Ainda é de responsabilidade dessa camada efetuar o gerenciamento da interface com que o usuário vai interagir com a aplicação. 
  
• Camada de transporte (Host-to-host Layer): é idêntica à camada de transporte do modelo de referência OSI, ou seja, responsabiliza-se por prover, gerenciar e encerrar uma conexão ponto a ponto. Ao efetuar o gerenciamento da conexão, visa-se garantir a integridade dos dados, pelo sequenciamento dos pacotes segmentados para efetuar o envio/recebimento das mensagens.
  
• Camada de rede (internet layer): tem o mesmo objetivo da camada de rede do modelo de referência OSI, sendo responsável por definir o endereçamento dos dispositivos por meio do IP e garantir o roteamento dos pacotes através das redes.
  
• Camada de acesso à rede (network access layer): desempenha a mesma função das camadas de enlace e a física do modelo de referência OSI. É efetuado o monitoramento do trafego e é analisado o endereçamento de hardware antes da transmissão pelo meio físico.

Com a concepção do protocolo TCP/IP foi possível o desenvolvimento de diversos serviços encontrados nas redes de dados.

Existem diversos protocolos definidos nas camadas do protocolo TCP/IP, porém, ao longo desta seção, vamos definir alguns exemplos, conforme pode ser observado adiante:

Na camada de aplicação:

• Telnet: o seu significado é telephone network, tendo como função principal efetuar a conexão remota utilizando um terminal (no Windows o prompt de comando). 
  
• FTP (File Transfer Protocol): é um protocolo que tem como objetivo efetuar a transferência de arquivos entre dois dispositivos.
  Para efetuar a transferência de arquivos, muitos desenvolvedores de sistemas utilizam o protocolo FTP, dentro de um programa para efetuar upload dos ficheiros necessários para o funcionamento do desenvolvimento (aplicação web ou site). Um exemplo de um programa utilizado para esse fim é o “FileZilla”, um software de código aberto que pode ser utilizado em sistemas operacionais Windows, Linux e Mac.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): trata-se de um protocolo responsável por gerenciar a distribuição de e-mail aos usuários. 
  
• SNMP (Simple Network Management Protocol): é um protocolo muito utilizado por administradores de redes, pois ele pode ser um aliado na coleta e na manipulação de algumas informações geradas. Possibilita ao responsável pela rede saber se algum evento inesperado ocorre (Ex.: falha de um link entre dois switches).
  

Na camada de transporte:

• TCP (Transmission Control Protocol): a principal função deste protocolo é quebrar as mensagens provenientes da camada de aplicação, em segmentos, e numerá-las. Quando recebe o fluxo das mensagens, o dispositivo faz a reconstrução a partir dos números adicionados no cabeçalho do protocolo. Além dessa função, o TCP deve:
  • Confirmar o recebimento: ao enviar uma mensagem, o dispositivo receptor deve confirmar o recebimento, pois, dessa forma, é possível reenviar os segmentos não recebidos.
    
  • Estabelecer a conexão: antes de iniciar o envio das mensagens, o protocolo TCP deve estabelecer a conectividade, já que esse tipo de transmissão é orientada à conexão.
    
  • Escolher um caminho confiável: apesar de ser full-duplex, o protocolo através das tabelas de roteamento procura sempre o melhor caminho para transporte de suas mensagens.
    
  
  

Segundo Tanenbaum (1997), todas essas características encontradas no protocolo TCP/IP é que fazem dele o de maior confiabilidade na transmissão das mensagens. Por isso, esse protocolo é utilizado para transmissões do tipo elástico, ou seja, aquelas requisições em que a confirmação do recebimento das mensagens é essencial para que não ocorra a degradação do serviço. Exemplo: quando um usuário acessa um site, se não houver a confirmação do recebimento de todos os segmentos, a página pode não ser montada, ou ser montada com falhas.

Para compreensão da estrutura do protocolo TCP, observe a Figura 2.15.

Filippetti (2008) define que cada campo do cabeçalho tem as respectivas funções:

Souce port number (porta de origem): número da porta lógica onde a aplicação está localizada.

Destination port number (porta destino): número da porta lógica onde está a aplicação do dispositivo destino.

Sequence number (número sequencial): número que sequencia os segmentos transmitidos/recebidos.

Acknowledgement number (número de confirmação): número de confirmação de conexão.

Header lenght (comprimento do cabeçalho): define o comprimento do cabeçalho TCP.

Reserved (reservado): campo reservado.

Code bits: campos responsáveis por gerenciar o início e o encerramento das conexões.

Windows (janela): tamanho da janela de dados que mede a capacidade de recebimento do remetente.

TCP checksum: este campo faz checagem de controle de erros (redundante).

Urgent pointer (marcação de urgência): determina os dados críticos, aqueles com maior prioridade na transmissão.

Option (opção): onde é definido o tamanho máximo do segmento.

Data (dados): os dados transmitidos.

UDP (User Datagram Protocol)

É considerada uma versão simplificada do protocolo TCP. Dessa forma, não utiliza tanto a largura da banda disponível, pois não efetua a confirmação do recebimento das mensagens, razão pela qual é considerada como um protocolo de transmissão não confiável.

Para compreensão da estrutura do protocolo UDP, observe Figura 2.16.

Segundo Tanenbaum (1997), o protocolo UDP recebe as mensagens provenientes das camadas superiores, quebra-as em segmentos e as transmite, porém a numeração para sequenciar não é adicionada. Ao receber as mensagens, caso um segmento não seja recebido, o protocolo UDP ignora o fato. Um exemplo de utilização são os serviços do tipo streaming.

Observe o Quadro 2.3 a seguir com a comparação dos protocolos da camada de rede:

Dessa forma pode-se concluir que os protocolos da camada de transporte (TCP e UDP) possuem aplicabilidades diferentes. O TCP é indicado para conexões do tipo elástico, em que é necessária a confirmação de recebimento e retransmissão em caso de falha para que não ocorra a degradação dos serviços. Por sua vez, o protocolo UDP é indicado para os serviços streaming, em que não é necessária a confirmação do recebimento das mensagens, não ocorrendo dessa forma a retransmissão de falhas de envio/recebimento.

Tanto no protocolo TCP quanto no UDP são necessárias portas lógicas para que as mensagens possam ser enviadas pelos protocolos de comunicação, disponíveis na camada de transporte no TCP/IP. Mas, afinal de contas, o que é uma porta lógica?

Ambos os protocolos utilizam as portas lógicas para que ocorra a comunicação com as camadas superiores do protocolo TCP/IP. O número designado para as portas lógicas permite o registro de diversas sessões dos serviços disponíveis nas redes de comunicação de dados. 

Os números utilizados pelas portas lógicas estão no intervalo de 0 a 1024, conforme pode ser observado no Quadro 2.4 a seguir:

No caso de aplicações que não possuem portas reservadas, é gerado um número aleatório maior ou igual a 1024. As portas acima de 1024 são consideradas “portas altas”, por padrão utilizado pelo lado do cliente em uma comunicação. Alguns exemplos podem ser destacados: 

• Programas de download via Torrent: normalmente utilizam portas escolhidas aleatoriamente, entre 50000 e 65535.
  
• IRC (Internet Relay Chat): é utilizado para prover serviços de conversação em chats. Normalmente as portas utilizadas nos sockets variam entre 6666 a 6670.
  

Na camada de rede:

• IP (Internet Protocol): protocolo responsável, entre outras coisas, por fornecer o endereçamento para os dispositivos nas redes de computadores. 
  
• ICMP (Internet Control Message Protocol): tem como objetivo gerenciar os erros no processamento dos datagramas do protocolo IP. Entre eles podem ser destacados:
  • Buffer Full: indica quando um buffer atingiu a sua capacidade máxima de processamento.
    
  • Hops: mostra quantos saltos são necessários para que uma mensagem possa alcançar o seu destino.
    
  • Traceroute: esta ferramenta permite mapear os saltos, fornecendo informações como o tempo entre os nodos e o seu respectivo nome.
    
  
  
• ARP (Address Resolution Protocol): este protocolo tem a função de permitir conhecer o endereço físico da placa de rede, segundo o seu IP.
  
• RARP (Reverse Address Resolution Protocol): tem função contrária à do ARP, ou seja, deve encontrar o endereço lógico, segundo o endereço físico (placa de rede do dispositivo).
  

Segundo Forouzan (2008), basicamente as duas principais funções da camada de internet é efetuar o roteamento dos pacotes e fornecer uma interface de rede às camadas superiores. 

Na camada de rede também é necessário possuir portas lógicas para permitir a comunicação com a camada de transporte. 

Referências

FILIPPETTI, M. A. Guia completo de estudos. CCNA 4.1 Florianópolis: Visual Books, 2008.

FOROUZAN, A. Comunicação de dados e redes de computadores. São Paulo: McGraw, 2008. 

KUROSE, J. F. Redes de computadores e a internet: Uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, 2006. 

STEVENS, R. W. TCP/IP Illustrated. v. 1: The Protocols. Boston: Addison-Wesley, 1994. 

TANENBAUM, A. S. Redes de computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997.