Protocolos TCP e UDP para o EBSERH (TI)

Olá pessoal, tudo bem? Neste artigo apresentaremos um resumo com os principais aspectos dos protocolos TCP (Protocolo de Controle de Transmissão) e UDP (Protocolo de Datagrama de Usuário) cobrados em concursos públicos, mais especificamente pela banca IBFC.

Assim, estruturamos este artigo da seguinte maneira:

Introdução
Arquitetura TCP/IP e modelo OSI
Protocolo TCP
Protocolo UDP
Principais diferenças entre os protocolo TCP e UDP
Conclusão

Introdução

O TCP e o UDP são dois dos protocolos mais fundamentais da camada de transporte do modelo OSI (Open Systems Interconnection) e também da pilha de protocolos TCP/IP.

Embora ambos desempenhem um papel central na transmissão de dados pela internet, eles possuem características e finalidades distintas que os tornam adequados para diferentes tipos de aplicativos e cenários.

Neste artigo, abordaremos resumidamente os principais aspectos dos protocolos TCP e UDP. Vamos examinar seus pacotes, características e quais serviços são mais adequados a cada um. Mas antes, faremos rapidamente um estudo das camadas OSI e pilha de protocolos TCP/IP.

Arquitetura TCP/IP e modelo OSI

Antes de mergulharmos nos detalhes dos protocolos TCP e UDP, é essencial compreender a estrutura subjacente que facilita a comunicação em redes de computadores. Duas estruturas amplamente adotadas para esse propósito são o Modelo OSI (Open Systems Interconnection) e a Arquitetura TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

Modelo OSI

O Modelo OSI é um modelo teórico que foi desenvolvido pela International Organization for Standardization (ISO) para descrever a comunicação de rede em sete camadas distintas. Cada camada tem funções específicas, e a comunicação ocorre de maneira sequencial, passando por essas camadas.

As camadas do Modelo OSI são as seguintes:

Camada Física: Esta camada lida com a transmissão física dos dados, incluindo a especificação de cabos, sinais elétricos, e outros detalhes de hardware.

Camada de Enlace de Dados: Responsável pelo controle de acesso ao meio, detecção de erros e encapsulamento dos dados em quadros.

Camada de Rede: Esta camada trata do roteamento de pacotes e encaminhamento de dados pela rede. O Protocolo da Internet (IP) opera nessa camada.

Camada de Transporte: É onde os protocolos como o TCP e o UDP entram em ação. Ela fornece serviços de comunicação fim a fim e controla a qualidade da transmissão.

Camada de Sessão: Lida com o estabelecimento, gerenciamento e término de sessões de comunicação.

Camada de Apresentação: Responsável pela tradução, criptografia e compressão dos dados, garantindo que eles sejam compreensíveis pelo destinatário.

Camada de Aplicação: Aqui estão os aplicativos e serviços que os usuários finais utilizam, como navegadores da web, clientes de e-mail e aplicativos de transferência de arquivos.

Arquitetura TCP/IP

A Arquitetura TCP/IP, por outro lado, é uma estrutura prática que tem sido a base da Internet desde seu início. Ela consiste em quatro camadas principais:

Camada de Acesso à Rede: é a combinação das camadas física e de enlace do modelo do modelo OSI.

Camada de Rede: Esta camada é equivalente à Camada de Rede no Modelo OSI e lida com o roteamento de pacotes. O Protocolo da Internet (IP) opera aqui.

Camada de Transporte: Assim como no Modelo OSI, esta camada é responsável pela comunicação fim a fim. Aqui, temos o TCP (Protocolo de Controle de Transmissão) e o UDP (Protocolo de Datagrama de Usuário).

Camada de Aplicação: Esta camada inclui todos os protocolos e aplicativos que os usuários finais utilizam para se comunicar na Internet, como HTTP, FTP, SMTP e muitos outros.

Agora, vamos apresentar uma tabela de correlação entre as camadas do Modelo OSI e as camadas da Arquitetura TCP/IP:

Modelo OSI	Arquitetura TCP/IP	Principais Protocolos
1 – Camada Física	1 – Camada de Acesso à Rede	Ethernet, Wi-Fi
2 – Camada de Enlace	1 – Camada de Acesso à Rede	Ethernet, Wi-Fi
3 – Camada de Rede	2 – Camada de Rede	IP, ICMP, IGMP
4 – Camada de Transporte	3 – Camada de Transporte	*TCP, UDP*, SCTP
5 – Camada de Sessão	4 – Camada de Aplicação	HTTP, FTP, SMTP, DNS, Telnet, POP3, IMAP, SNMP, etc.
6 – Camada de Apresentação
7 – Camada de Aplicação

Protocolo TCP

O Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) é o principal protocolo da camada de transporte. Ele foi projetado para fornecer uma transmissão de dados confiável e orientada à conexão, o que significa que ele estabelece uma conexão antes de iniciar a transferência de dados e garante que os dados sejam entregues de maneira ordenada e sem erros.

Vamos explorar os principais aspectos do TCP, incluindo seu cabeçalho, características e aplicações.

Cabeçalho TCP

O TCP opera em uma camada de transporte e, como tal, possui um cabeçalho que contém informações essenciais para o controle da comunicação.

A imagem abaixo ilustra o cabeçalho do TCP:

Observe que o TCP possui os seguintes campos:

Endereços das Portas de Origem e Destino: Indicam as portas de origem e destino para identificar os aplicativos que estão se comunicando.

Número de Sequência: Utilizado para garantir a entrega ordenada dos segmentos TCP. Cada segmento possui um número de sequência único.

Número de Confirmação: Indica o número de sequência do próximo segmento esperado pelo destinatário.

Tamanho do Cabeçalho (HLEN): Especifica o tamanho do cabeçalho TCP, que pode variar devido a opções adicionais.

Flags de Controle: Incluem flags como SYN (sincronização), ACK (confirmação), FIN (finalização) e outras para controlar o estado da conexão.

Tamanho da Janela: Indica o tamanho da janela de recepção, que determina a quantidade de dados que o remetente pode enviar antes de aguardar uma confirmação.

Checksum: Utilizado para verificar a integridade dos dados no segmento.
Ponteiro de Urgência: Em conjunto com a bandeira URG, indica dados urgentes na carga útil.
Opções: Pode incluir informações adicionais, como seleção de escala de janela e carimbo de hora.

Características do protocolo TCP

O TCP apresenta várias características que o tornam a escolha ideal para aplicações que exigem comunicações confiáveis:

Orientação à Conexão: Antes da transmissão de dados, o TCP estabelece uma conexão, garantindo que ambas as partes estejam prontas para a comunicação.

Confiabilidade: O TCP garante a entrega confiável dos dados, retransmitindo pacotes perdidos ou danificados.

Entrega Ordenada: Os dados são entregues na ordem em que foram enviados, o que é fundamental para aplicativos que dependem da sequência, como transferências de arquivos e streaming de mídia.

Controle de Congestionamento: O TCP monitora a rede para evitar congestionamentos, ajustando automaticamente a taxa de transmissão de dados.

Aplicações do TCP

O TCP é amplamente utilizado em uma variedade de aplicações, incluindo:

Navegação na Web (HTTP): O protocolo HTTP, que alimenta a web, é executado sobre o TCP para garantir a entrega confiável de páginas da web e recursos.

Transferência de Arquivos (FTP): O FTP depende do TCP para transferir arquivos com segurança e de forma confiável.

E-mail (SMTP e IMAP): Os protocolos de e-mail, como SMTP e IMAP, usam o TCP para enviar e receber mensagens de e-mail.

Aplicativos de Mensagens Instantâneas: Aplicativos como o WhatsApp e o Facebook Messenger usam o TCP para garantir mensagens confiáveis em tempo real.

Conexões SSH e Telnet: Protocolos de acesso remoto, como SSH e Telnet, operam sobre o TCP para garantir a segurança e a integridade das conexões.

Em resumo, o Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) desempenha um papel crucial na transmissão de dados confiável e ordenada na Internet. Suas características de orientação à conexão, confiabilidade e controle de congestionamento são primordiais para alguns tipos de serviços, como transferência de arquivos, transferência de e-mails, aplicativos de mensagens, transações bancárias, dentre outras.

Protocolo UDP

O Protocolo de Datagrama de Usuário (UDP) é outro protocolo crucial na camada de transporte. Diferentemente do TCP, o UDP oferece uma forma mais rápida, porém não confiável, de transmitir dados. Vamos explorar os principais aspectos do UDP, incluindo seu cabeçalho, características distintivas e aplicações comuns.

Cabeçalho UDP

O UDP opera na camada de transporte e apresenta um cabeçalho simples, que contém informações essenciais para a comunicação eficiente.

O cabeçalho UDP inclui os seguintes campos:

Número da Porta de Origem: Identifica a porta do aplicativo que está enviando o pacote.

Número da Porta de Destino: Indica a porta do aplicativo no destino para onde o pacote deve ser entregue.

Comprimento Total: Especifica o comprimento do cabeçalho UDP e dos dados em bytes.

Checksum (Não obrigatório): Usado para verificar a integridade dos dados no pacote, embora não seja obrigatório.

Características do protocolo UDP

O UDP oferece características distintas que o tornam apropriado para cenários específicos:

Transmissão Não Confiável: O UDP não garante a entrega confiável de dados, o que significa que os pacotes podem ser perdidos ou chegar fora de ordem.

Alta Velocidade: O UDP é mais rápido do que o TCP, pois não envolve o estabelecimento de uma conexão, controle de congestionamento ou gerenciamento de confirmações.

Entrega de Dados “como estão”: O UDP envia os dados “como estão”, sem se preocupar com a ordem em que foram enviados. Isso é adequado para aplicativos que podem tolerar pequenas perdas ou alterações na ordem dos pacotes, como streaming de mídia em tempo real.

Baixa Sobrecarga de Cabeçalho: O cabeçalho UDP é mínimo em comparação com o TCP, o que o torna mais eficiente em termos de sobrecarga de rede.

Aplicações do protocolo UDP

O Protocolo de Datagrama de Usuário é amplamente utilizado em várias aplicações que valorizam a velocidade e podem lidar com a perda ocasional de dados:

Streaming de Vídeo e Áudio (UDP): Serviços de streaming ao vivo, como o YouTube Live e o Twitch, utilizam o UDP para fornecer streaming em tempo real com a menor latência possível.

Jogos Online (UDP): Muitos jogos online empregam o UDP devido à sua velocidade e baixa latência, embora isso possa resultar em uma experiência de jogo sujeita a pequenas perdas de dados.

Transmissão de DNS (Domain Name System): O DNS usa o UDP para consultas de resolução de nomes de domínio, permitindo respostas rápidas.

Aplicativos de VoIP (Voz sobre IP): Aplicativos como o Skype e o Zoom usam o UDP para transmitir áudio e vídeo em tempo real, priorizando a latência sobre a confiabilidade.

Monitoramento de Rede: O UDP é comumente usado em aplicativos de monitoramento de rede para transmitir informações sobre o tráfego de rede de maneira rápida e eficiente.

Em resumo, o Protocolo de Datagrama de Usuário (UDP) é uma escolha adequada para aplicações que valorizam a velocidade e podem acomodar alguma perda de dados. Embora não ofereça a mesma confiabilidade do TCP, ele desempenha um papel importante em cenários em que a velocidade e a eficiência são fundamentais, permitindo a transmissão eficaz de dados na Internet.

Principais diferenças entre os protocolos TCP e UDP

O quadro abaixo destaca as principais diferenças entre o TCP e o UDP, incluindo seu comportamento em relação à confiabilidade, ordem de entrega, controle de congestionamento, velocidade e aplicações típicas:

Característica	TCP	UDP
Orientação à Conexão	Sim (Estabelece uma conexão antes da transmissão)	Não (Transmite dados sem estabelecer uma conexão)
Confiabilidade	Alta (Garante a entrega confiável de dados)	Baixa (Não garante a entrega confiável de dados)
Entrega Ordenada	Sim (Garante que os dados sejam entregues na ordem correta)	Não (Os dados podem chegar fora de ordem)
Controle de Congestionamento	Sim (Realiza controle de congestionamento para evitar congestionamentos na rede)	Não (Não realiza controle de congestionamento)
Velocidade	Mais lento devido à sobrecarga de controle	Mais rápido devido à falta de sobrecarga de controle
Tamanho do Cabeçalho	Maior devido a informações de controle e confiabilidade	Menor, com cabeçalho mais enxuto
Uso de Checksum	Sim (Verifica a integridade dos dados)	Opcional (Verificação de integridade não obrigatória)
Aplicações Comuns	Transferência de arquivos (FTP), navegação na web (HTTP), e-mail (SMTP), SSH, Telnet	Streaming de vídeo e áudio, jogos online, DNS, VoIP, monitoramento de rede

Observe que o TCP e o UDP representam abordagens distintas para a transmissão de dados em redes.

O TCP prioriza a confiabilidade e a entrega ordenada, sendo, portanto, adequado para aplicativos que exigem garantia de integridade dos dados. Por outro lado, o UDP enfatiza a velocidade e eficiência, sendo ideal para cenários onde uma perda ocasional de dados é aceitável.

Dessa forma, a escolha entre esses dois protocolos depende das necessidades específicas de cada aplicativo e das prioridades de desempenho.