Hoje em dia, os usuários da rede estão cada vez mais exigentes e, em alguns casos, essas exigências correspondem a necessidades (em uma cirurgia à distância, por exemplo, é necessário que todos os dados cheguem ao destino). Com isso, as aplicações (HTTP - HyperText Transfer Protocol, SMTP - Simple Mail Transfer Protocol e FTP - File Transfer Protocol, por exemplo), cada vez mais, necessitam de um serviço confiável e de qualidade. A camada de rede (3ª camada) não trata questões como congestionamento, perda ou ordenação de pacotes. Esse papel de entrega confiável dos dados é atribuído à 4ª camada (tanto no modelo OSI quanto no modelo TCP/IP) de uma rede, a camada de transporte.
Os principais serviços oferecidos pela camada de transporte são:
- Controle de conexão: os protocolos dessa camada oferecem serviços orientados à conexão (TCP - Protocolo de Controle de Transmissão) e não orientados à conexão (UDP - Protocolo de Datagrama do Usuário). A diferença é que os orientados à conexão precisam, antes de enviar pacotes de dados reais, estabelecer uma comunicação com os usuários finais para, só depois, transmitir.
- Fragmentação: se uma informação a ser transmitida é grande, como, por exemplo, uma mensagem SMTP com todas as fotos de uma festa, a camada de transporte fragmenta-a em pacotes menores para que a camada de rede possa encapsular e transmitir. Essa fragmentação só é reconhecida no transmissor e no receptor (sendo as outras camadas ignorantes quanto a ela).
- Endereçamento: a camada de transporte oferece à camada de aplicação a função de endereçamento, onde os serviços são identificados por sua porta e a conexão entre sua estação e outro host é feita a partir de um socket (consiste em IP + porta). Com esse endereçamento, um usuário pode abrir duas janelas de um browser com links diferentes e ser reconhecido como um mesmo host.
- Confiabilidade: para garantir confiabilidade, a camada de transporte oferece controle de fluxo, controle de erros e controle de congestionamento.
Dois protocolos da camada de transporte, como já mencionados anteriormente, são UDP e TCP.
O UDP é um serviço de entrega dos dados não orientado à conexão e não confiável. Fornece apenas os serviços de endereçamento e fragmentação, não fornecendo o serviço de confiabilidade. O UDP não adiciona nenhum serviço ao protocolo IP (protocolo da camada de rede) sendo, então, uma extensão desse protocolo.
A principal função do UDP é multiplexar na origem e demultiplexar no destino os datagramas transmitidos. Para isso, cada segmento UDP contém a seguinte estrutura (descrição baseada na Figura 2):
- DestinationPort: número de porta destino;
- SourcePort: número de porta de origem (campo opcional), que serve para indicar para onde as respostas (caso existam) devem ser enviadas;
- UDP length: tamanho do datagrama;
- UDP Checksum: soma de verificação para ver se o datagrama recebido está correto;
- Playload/Dados: dados a serem enviados.
Um programa que usa o UDP aceita a responsabilidade de lidar com a questão da confiabilidade (perda de mensagem, duplicação, retardo, transmissão defeituosa e perda de conectividade).
O código de implementação de um protocolo UDP é bastante simples. Além disso, é necessário um número menor de mensagens para transmitir um pacote (comparado ao TCP), pois não necessita de uma configuração inicial, sendo, dessa forma, teoricamente mais rápido.
O protocolo TCP faz a comunicação fim-a-fim da rede e é um serviço orientado à conexão bastante confiável (independente da qualidade de serviços das sub-redes que lhe servem de caminho). Ele garante a entrega dos dados na sequência em que foram fornecidos e sem perda nem duplicação.
Veja, a seguir, características do TCP que permitem as garantias citadas acima.
- Orientado à conexão: para conseguir transmitir os dados para um destino, é preciso, antes, estabelecer uma conexão com este. O protocolo TCP tem 3 fases durante uma conexão (estabelecimento da ligação, transferência de dados, e encerramento da ligação). O estabelecimento da ligação consiste em: cliente envia um pacote TCP com flag "SYN activa" e espera o servidor aceitar a ligação (envia um pacote SYN + ACK). Se, durante um espaço de tempo, a confirmação de aceitação do servidor não for recebida, o cliente reenvia o pacote SYN. Ao receber o pacote de aceitação, o cliente envia um pacote ACK de confirmação do estabelecimento da ligação. Todo esse processo, chamado de Three-Way Hanshake, pode ser visto na Figura 3.
- Desconexão "suave": o TCP só encerra a conexão após entregar os dados ao receptor. A desconexão é feita da forma mostrada na Figura 4.
- O TCP é Full-duplex, ou seja, permite a transferência simultânea nas duas direções durante a sessão.
- O TCP enxerga a rede como uma conexão ponto-a-ponto, fornecendo, assim, uma conexão direta entre os aplicativos dos hosts. Essa conexão é chamada de conexão virtual, pois, entre o transmissor e o receptor, os dispositivos de camada de rede não enxergam a camada de transporte (Figura 5).
- Confiabilidade do TCP: várias características garantem a confiabilidade do TCP. Veja, a seguir, algumas delas.
- Retransmissão: o TCP, ao enviar um pacote, inicializa um temporizador (mecanismo de timeout) para receber a confirmação do recebimento. Se, após o timeout, a confirmação não for recebida, o pacote é retransmitido.
- Controle de fluxo: o TCP implementa o controle de fluxo para que o receptor não receba mais pacotes do que a sua capacidade permite, evitando, assim, a perda de pacotes por parte do receptor (ex.: um transmissor rápido enviando pacotes para um receptor lento).
- Controle de congestionamento: o transmissor não pode enviar mais pacotes do que a rede pode suportar, evitando, assim, a perda de pacotes durante a transmissão.
A estrutura de um pacote TCP pode ser observada na Figura 6 (para informações sobre cada pedaço do pacote leia [2]). Observe que, por fornecer serviços que o UDP não fornece, a complexidade dessa estrutura é maior que a de um segmento UDP.
Para uma aplicação em que a velocidade na entrega dos dados é mais útil do que a confiabilidade (como, por exemplo, aplicações de multimídia), o protocolo UDP é mais adequado. Outra aplicação que utiliza o UDP é o DNS (Domain Name System). Mas, em aplicações em que a confiabilidade é mais importante do que a velocidade, como, por exemplo, na transferência de arquivos (aplicação de gerenciamento de downloads), o TCP se torna mais adequado.
Logo, o conceito de melhor protocolo torna-se abstrato se pensarmos em função das necessidades de cada aplicação. Cada aplicação tem uma necessidade e, para cada necessidade, um protocolo se torna mais adequado ou não.
Fontes:
[1] http://www.ifba.edu.br/professores/romildo/downloads/ifba/transporte.pdf. Último acesso em 10/04/2011.
[2] http://www.slideshare.net/luiz_arthur/redes-camada-de-transporte. Último acesso em 10/04/2011.
[3] Notas de aula do prof. Moreira. Último acesso em 10/04/2011.