Montar as peças físicas de uma rede de computadores por si só é insuficiente para fazê-la funcionar; dispositivos conectados também requerem um método de comunicação. Essas linguagens de comunicação são chamadas de protocolos de rede.
Propósito dos Protocolos de Rede
Sem protocolos, os dispositivos não teriam a capacidade de entender os sinais eletrônicos que enviam uns aos outros por meio de conexões de rede. Os protocolos de rede atendem a estas funções básicas:
- Endereça os dados para os destinatários corretos.
- Transmita fisicamente os dados da origem ao destino, com proteção de segurança, se necessário.
- Receba mensagens e envie as respostas apropriadamente.
Considere uma comparação entre os protocolos de rede com a forma como um serviço postal lida com o correio físico. Assim como o serviço postal gerencia cartas de várias origens e destinos, os protocolos de rede mantêm os dados fluindo continuamente por muitos caminhos.
Ao contrário do correio físico, os protocolos de rede fornecem recursos avançados. Isso inclui entregar um fluxo constante de mensagens para um destino (chamado streaming) e fazer cópias automaticamente de uma mensagem para entrega em vários destinos de uma só vez (chamado broadcasting).
Tipos Comuns de Protocolos de Rede
Não existe nenhum protocolo que suporte todos os recursos que toda rede de computadores precisa. Ainda assim, cada um serve como uma chave que desbloqueia um determinado dispositivo ou serviço de rede. Diferentes protocolos de rede foram inventados ao longo dos anos, cada um tentando suportar certos tipos de comunicação de rede.
As três características básicas que distinguem um tipo de protocolo de outro são:
- Simplex vs. duplex: Uma conexão simplex permite que apenas um dispositivo transmita em uma rede. As conexões de rede duplex permitem que os dispositivos transmitam e recebam dados pelo mesmo link físico.
- Orientado à conexão ou sem conexão: Um protocolo de rede orientado à conexão troca (um processo chamado handshake) informações de endereço entre dois dispositivos que permitem que eles mantenham uma conversa (chamada uma sessão). Protocolos sem conexão entregam mensagens individuais de um ponto a outro sem levar em consideração mensagens semelhantes enviadas antes ou depois (e sem saber se as mensagens foram recebidas com sucesso).
- Layer: Os protocolos de rede normalmente trabalham juntos em grupos (chamados de pilhas porque os diagramas geralmente descrevem os protocolos como caixas empilhadas umas sobre as outras). Alguns protocolos funcionam em camadas inferiores intimamente ligadas a como os diferentes tipos de cabeamento sem fio ou de rede funcionam fisicamente. Outros trabalham em camadas mais altas vinculadas a como os aplicativos de rede funcionam, e alguns trabalham em camadas intermediárias.
A Família de Protocolos da Internet
Os protocolos de rede comuns em uso público pertencem à família de protocolos de Internet. IP é o protocolo básico que permite que redes domésticas e outras redes locais na Internet se comuniquem entre si.
IP funciona bem para mover mensagens individuais de uma rede para outra. Ele não suporta o conceito de conversa (uma conexão pela qual um fluxo de mensagens pode viajar em uma ou ambas as direções). O Transmission Control Protocol (TCP) estende o IP com essa capacidade de camada superior. Como as conexões ponto a ponto são essenciais na Internet, os dois protocolos são emparelhados e conhecidos como TCP/IP.
Tanto o TCP quanto o IP operam nas camadas intermediárias de uma pilha de protocolos de rede. Às vezes, aplicativos populares na Internet implementaram seus protocolos em cima do TCP/IP. O HyperText Transfer Protocol é usado por navegadores e servidores da Web em todo o mundo. O TCP/IP, por sua vez, é executado em cima de tecnologias de rede de nível inferior, como Ethernet. Outros protocolos de rede populares na família IP incluem ARP, ICMP e FTP.
Como os protocolos de rede usam pacotes
A internet e a maioria das outras redes de dados funcionam organizando os dados em pequenos pedaços chamados pacotes. Para melhorar o desempenho e a confiabilidade da comunicação, cada mensagem grande enviada entre dois dispositivos de rede geralmente é subdividida em pacotes menores pelo hardware e software subjacentes. Essas redes de comutação de pacotes exigem que os pacotes sejam organizados de maneiras específicas de acordo com os protocolos que a rede suporta. Essa abordagem funciona bem com a tecnologia das redes modernas, pois tratam de dados na forma de bits e bytes (1s e 0s digitais).
Cada protocolo de rede define regras de como seus pacotes de dados devem ser organizados. Como protocolos como o Internet Protocol geralmente trabalham juntos em camadas, alguns dados incorporados em um pacote formatado para um protocolo podem estar no formato de algum outro protocolo relacionado (um método chamado encapsulamento).
Protocolos normalmente dividem cada pacote em três partes: cabeçalho, carga útil e rodapé. Alguns protocolos, como o IP, não usam rodapés. Os cabeçalhos e rodapés dos pacotes contêm as informações contextuais necessárias para dar suporte à rede, incluindo os endereços dos dispositivos de envio e recebimento. As cargas úteis contêm os dados a serem transmitidos.
Os cabeçalhos ou rodapés geralmente incluem dados especiais para melhorar a confiabilidade e o desempenho das conexões de rede, como contadores que acompanham a ordem em que as mensagens foram enviadas e somas de verificação que ajudam os aplicativos de rede a detectar corrupção ou adulteração de dados.
Como os dispositivos de rede usam protocolos
Os sistemas operacionais dos dispositivos de rede incluem suporte integrado para alguns protocolos de rede de nível inferior. Todos os sistemas operacionais de computadores desktop modernos suportam Ethernet e TCP/IP, por exemplo. Muitos smartphones suportam Bluetooth e protocolos da família Wi-Fi. Esses protocolos se conectam às interfaces de rede física de um dispositivo, como suas portas Ethernet e rádios Wi-Fi ou Bluetooth.
Aplicativos de rede suportam os protocolos de nível superior que se comunicam com o sistema operacional. Um navegador da Web, por exemplo, traduz endereços como https://lifewire.com/ em pacotes HTTP que contêm os dados que um servidor da Web pode receber e enviar de volta à página correta. O dispositivo receptor é responsável por remontar os pacotes individuais na mensagem original, removendo os cabeçalhos e rodapés e concatenando os pacotes na sequência correta.
