Entenda como o protocolo TCP/IP funciona na internet

A internet revolucionou as formas de comunicação, trabalho e entretenimento. Estamos sempre conectado, enviando e recebendo dados por meio de uma complexa rede global. Já se perguntou como esses dados são geridos e transmitidos entre dispositivos?

Por trás de cada página da web acessada, e-mail enviado ou vídeo assistido online, existe um conjunto de protocolos e normas que asseguram que os dados cheguem ao seu destino de maneira precisa e na ordem correta. Este conjunto é denominado TCP/IP, a base da internet e da maioria das redes de computadores atuais. Conhecer como funciona o TCP/IP é crucial para profissionais de TI e para aqueles que desejam entender melhor a infraestrutura das redes e da web. Neste artigo, vamos explorar em profundidade o TCP/IP, sua origem, funcionamento e relevância na atualidade.

O TCP/IP não é um único protocolo, mas sim uma coleção de protocolos que operam conjuntamente. Os dois principais são o TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol), que dão nome ao conjunto. Juntos, constituem a fundação da comunicação de dados na internet e nas redes locais. Estes protocolos definem a formatação, endereçamento, transmissão, roteamento e recebimento dos dados – as regras de comunicação de toda a internet.

Uma característica marcante do TCP/IP é sua independência em relação ao hardware de rede, permitindo que diversas redes se comuniquem. Isso foi determinante para que a internet se expandisse e se tornasse uma rede verdadeiramente global, conectando dispositivos e redes variados.

Distinções entre TCP e IP

Embora ambos façam parte da mesma coleção de protocolos e trabalhem juntos, TCP e IP desempenham funções distintas e complementares na comunicação de rede.

Compreendendo o TCP

O TCP (Transmission Control Protocol) é um protocolo da camada de transporte que assegura a entrega confiável dos dados. Ele fragmenta os dados em segmentos menores, os numera sequencialmente e garante que cheguem ao destino na ordem correta e sem qualquer erro.

Antes de iniciar a transmissão dos dados, o TCP estabelece uma conexão entre o remetente e o destinatário. Esta conexão é conhecida como 'handshake de três vias', onde os dispositivos trocam mensagens de sincronização para definir os parâmetros da comunicação. O processo do handshake de três vias segue estas etapas:

• SYN: O cliente envia um pacote SYN (synchronize) ao servidor, expressando o desejo de estabelecer uma conexão e informando seu número de sequência inicial.
• SYN-ACK: O servidor responde com um pacote SYN-ACK (synchronize-acknowledge), confirmando o recebimento do SYN do cliente, enviando seu número de sequência e reconhecendo o número de sequência do cliente.
• ACK: O cliente envia um pacote ACK (acknowledge) para confirmar o recebimento do SYN-ACK do servidor.

Após essa interação, a conexão é estabelecida e a transferência de dados começa. O handshake de três vias assegura que ambos os lados estejam prontos para a comunicação, sincronizando os números de sequência para rastrear os pacotes de dados. Entre as funções principais do TCP estão:

• Segmentação dos dados em pacotes menores;
• Numeração sequencial dos pacotes;
• Detecção e correção de erros;
• Controle de fluxo para evitar sobrecarga do receptor;
• Retransmissão de pacotes perdidos;
• Entrega ordenada dos pacotes ao destino.

Existem alternativas como o UDP (User Datagram Protocol), que é mais rápido, mas menos confiável. O UDP é frequentemente usado em aplicações onde a velocidade é priorizada em detrimento da confiabilidade, como streaming de vídeos e jogos online. Contudo, o TCP continua sendo o protocolo mais utilizado para a maioria das aplicações online, garantindo a integridade e a ordem dos dados, sendo essencial para serviços como e-mail, transferência de arquivos e acesso a sites.

O que é o IP?

O IP (Internet Protocol) é responsável pelo endereçamento e roteamento dos pacotes de dados na rede. Funciona como o 'CPF da internet', atribuindo um número único (endereço IP) a cada dispositivo conectado. As funções primordiais do IP incluem:

• Atribuição de endereços IP aos dispositivos;
• Encapsulamento dos dados em pacotes;
• Roteamento dos pacotes pela rede;
• Fragmentação e remontagem de pacotes, se necessário.

O IP não garante a entrega dos pacotes nem mantém controle sobre o estado das conexões; sua função é apenas roteá-los com base nos endereços IP. O TCP, por sua vez, é quem assegura que os dados sejam enviados de forma confiável. Atualmente, existem duas versões principais do IP: IPv4 e IPv6. O IPv4 utiliza endereços de 32 bits e está rapidamente se esgotando devido à expansão da internet, enquanto o IPv6 usa endereços de 128 bits, proporcionando um número significativamente maior de endereços disponíveis.

A história do TCP/IP

A origem do TCP/IP remonta ao início da década de 1970, no contexto de que o Departamento de Defesa dos Estados Unidos procurava uma maneira de garantir a continuidade de suas comunicações em caso de um ataque nuclear. Em 1973, Vinton Cerf e Robert Kahn começaram a desenvolver um novo conjunto de protocolos que permitiria a interconexão de diferentes redes. Eles publicaram um artigo em 1974 que descrevia o TCP, que englobava as funções do que hoje conhecemos como TCP/IP.

Em 1978, o TCP foi fracionado em dois protocolos: TCP e IP, o que possibilitou maior flexibilidade e eficiência na implementação. A primeira rede a usar TCP/IP foi a ARPANET, precursor da internet moderna. Em 1983, a ARPANET efetivou a transição do antigo protocolo NCP (Network Control Program) para o TCP/IP. O NCP, implementado no início dos anos 70, possibilitava comunicação básica host-to-host, mas apresentava limitações significativas.

A migração para TCP/IP foi impulsionada pela necessidade de um protocolo mais robusto e adaptável, capaz de suportar a crescente diversidade de redes e tecnologias, preenchendo lacunas do NCP. Esta transição foi vital para o desenvolvimento da internet como a conhecemos.

Momentos-chave na evolução do TCP/IP

A evolução do TCP/IP foi marcada por diversos acontecimentos significativos. Em 1981, a especificação do IPv4 foi finalizada, estabelecendo um formato de endereçamento de 32 bits que se tornaria o padrão para a internet nas décadas subsequentes. O intervalo entre 1983 e 1989 também viu grandes avanços, como a adoção do TCP/IP pela ARPANET e o lançamento do DNS (Domain Name System), que revolucionou a maneira como os usuários interagiam com a rede.

A década de 1990 trouxe importantes mudanças, sendo a comercialização da internet em 1989 um marco para a rápida adoção do TCP/IP, que se estabeleceu como o protocolo predominante para redes em todo o mundo. Em 1995, a especificação do IPv6 foi publicada, para enfrentar o desafio de esgotamento dos endereços IPv4 ao adicionar novas funcionalidades. Outro ponto relevante ocorreu em 2012, com o 'IPv6 Launch Day', quando importantes provedores de conteúdo e ISPs ativaram permanentemente o suporte a IPv6.

Como opera o TCP/IP na prática

Na prática, o TCP/IP atua dividindo dados em pacotes menores, enviando-os pela rede e remontando-os no destino. Por exemplo, ao acessar uma página web:

1. Ao inserir um endereço na barra de pesquisa, o TCP inicia uma conexão com o servidor via 'handshake de três vias'.
2. O servidor divida o conteúdo da página em pacotes menores. Cada pacote recebe um cabeçalho TCP com informações como número de sequência e porta de destino.
3. O IP adiciona seu cabeçalho a cada pacote, com os endereços IP de origem e destino.
4. Os pacotes transitam pela rede, podendo seguir diferentes rotas.
5. Ao chegar ao seu computador, o IP verifica os endereços e passa os dados para o TCP.
6. O TCP reordena os pacotes, solicita o reenvio de pacotes perdidos, quando necessário, e então apresenta os dados remontados ao navegador.
7. Finalmente, o navegador renderiza a página web.

Todo esse procedimento ocorre em frações de segundo e de forma imperceptível ao usuário, providenciando uma experiência de navegação fluida.

Esse exemplo ilustra a colaboração entre as diferentes camadas do modelo TCP/IP.

Estrutura do protocolo TCP/IP

O modelo TCP/IP se segmenta em quatro camadas, cada uma desempenhando funções específicas:

Camada de Aplicação

A camada de aplicação é a mais próxima do usuário e abrange protocolos de alto nível como HTTP, SMTP, FTP e DNS.

Camada de Transporte

A camada de transporte é responsável pela comunicação fim a fim entre aplicações. Os principais protocolos aqui são TCP e UDP.

Camada de Rede

A camada de rede trata do roteamento de pacotes de dados, principalmente pelo IP.

Camada de Interface

A camada de interface, ou acesso à rede, se dedica à transmissão física dos dados, cuidando dos detalhes específicos da tecnologia de rede utilizada.

Quando os dados são enviados, eles descem por essas camadas, cada uma adicionando suas informações de controle. No receptor, o processo se inversa, subindo até a aplicação.

Aplicações do TCP/IP

O TCP/IP serve de base para quase todas as comunicações na internet, englobando navegação na web, e-mail, transferência de arquivos, streaming de mídia, mensagens instantâneas, Voz sobre IP (VoIP) e Internet das Coisas (IoT).

Vantagens do TCP/IP

Entre suas vantagens estão a interoperabilidade, escalabilidade, robustez, independência de hardware, arquitetura aberta, confiabilidade e roteamento eficiente.

Desvantagens do TCP/IP

Embora tenha muitos benefícios, o TCP/IP possui algumas limitações, como complexidade, overhead devido a cabeçalhos, latência por conta do estabelecimento de conexões e questões de segurança e congestionamento.

Apesar dessas desvantagens, o TCP/IP permanece como a base da internet moderna, graças à sua flexibilidade, robustez e ampla aceitação.