O Que é o Protocolo TCP/IP e Como Ele Funciona?

Pode não parecer, mas para que a Internet possa operar, uma série de protocolos e tecnologias funcionam de maneira invisível, sem parar e de forma quase instantânea. Nesse sentido, o conjunto de protocolos TCP/IP está entre as tecnologias mais importantes para rede mundial de computadores.

Nos próximos parágrafos, explicaremos o que é o modelo TCP/IP, qual a sua importância para a Internet e como ele funciona. Desta forma, você poderá entender de um jeito mais abrangente alguns detalhes das operações da web e será capaz de solucionar alguns problemas do seu site de maneira mais rápida.

História do TCP/IP

A história do TCP/IP se confunde com as origens da própria Internet. O conjunto de protocolos foi desenvolvido em 1969, no Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Ele fez parte do projeto conhecido como ARPANET — uma tecnologia de comunicação entre computadores que, décadas mais tarde, viria a se tornar a Internet como a conhecemos hoje.

O objetivo dos pesquisadores era criar uma tecnologia de comunicação capaz de transmitir grandes volumes de dados em alta velocidade. À época, tal propósito era justificado pelas estratégias militares num período conturbado para os Estados Unidos, em meio à Guerra Fria e a Guerra do Vietnã, e com os receios cada vez mais fortes sobre uma possível guerra nuclear.

Felizmente, a guerra nuclear nunca aconteceu, mas o desenvolvimento da tecnologia seguiu — agora, nas gigantes tecnológicas e em universidades dos EUA e do Reino Unido. Um dos primeiros testes do protocolo TCP/IP ocorreu em 1975, entre a Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, e a University College London, na Inglaterra.

Ao longo das décadas seguintes, o desenvolvimento da tecnologia se juntaria a outros avanços, como a criação do HTTP, para a formação da Internet tal qual ela é conhecida hoje: uma rede mundial de computadores trocando dados e informações de maneira incessante.

Como o TCP/IP Funciona

Embora apenas dois protocolos estejam evidenciados no nome do TCP/IP, a tecnologia funciona por meio de camadas, que trabalham em conjunto para garantir a transmissão, integridade e segurança dos dados conforme eles viajam pela web.

A divisão do TCP/IP em camadas existe porque, desta forma, a transmissão de dados pode ser padronizada e realizada de modo independente dos dispositivos envolvidos no processo. Isto é, não importa o sistema operacional, a arquitetura do seu processador ou a linguagem de programação envolvida: por ser um modelo padronizado e processado de maneira uniforme, o TCP/IP garante que os dados serão transmitidos da forma correta.

Abaixo, vamos dar uma olhada em cada uma dessas camadas separadamente e vamos falar sobre as suas funções. Em seguida, explicaremos como elas funcionam em conjunto para formar o TCP/IP.

A Camada de Aplicação

A camada de aplicação refere-se aos programas e protocolos que o TCP/IP deve utilizar para iniciar a transmissão de dados.

Fazendo um paralelo com um serviço postal, a camada de aplicação seria o momento de escolher qual serviço você quer utilizar dependendo do elemento que deseja enviar. Por exemplo, você pode contratar os serviços dos Correios para enviar um telegrama ou uma transportadora para enviar uma caixa.

No universo digital não é diferente: um navegador de Internet pode utilizar protocolos como o HTTP e o HTTPS para realizar a comunicação a partir das URLs. Enquanto isso, um cliente de transferência de arquivos, como o FileZilla, utiliza o protocolo FTP. Já um serviço de email geralmente utiliza o protocolo SMTP.

Em outras palavras, a camada de aplicação existe para que o TCP/IP defina qual o tipo ou finalidade daquela transmissão de dados específica, seja ela o carregamento de um site, o upload de arquivo ou o envio de um email, por exemplo. A partir desta definição, o processo é encaminhado para as camadas seguintes.

A Camada de Transporte (TCP)

A camada de transporte refere-se ao Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) da sigla TCP/IP. Ela é que define como os dados serão transmitidos entre as duas partes do processo (como o seu computador e o servidor no qual um site está hospedado, por exemplo).

Seguindo com o paralelo do serviço postal, a camada de transporte seria a preparação do seu pacote para envio: o serviço define qual meio de transporte será utilizado e como o pacote será embalado para que chegue no seu destino intacto, entre outras medidas.

Para isso, a camada de transporte estabelece os canais de comunicação de transferência de dados, todos eles independentes dos hosts e responsáveis por garantir que cada byte que compõe os dados em questão serão transmitidos de forma íntegra.

É nesta camada que os dados são divididos em pacotes e numerados, criando uma sequência lógica que será verificada nas camadas seguintes para garantir que o processo seja concluído com processo. Além disso, é a camada de transporte que define para onde os dados devem ser enviados e a que taxa essa transferência deve ser realizada.

Portas TCP

Para realizar esse processo, o TCP usa as chamadas portas, elementos numéricos que identificam os pontos de uma transferência de dados. As portas são sempre utilizadas em conjunto com um endereço de rede (como o endereço IP, sobre o qual falaremos mais abaixo).

Por serem identificadas numericamente num padrão de 16 bits, as portas vão do 0 até o 65535. Alguns números de portas são universalmente utilizados para determinados processos. Por exemplo:

• Porta 20: transferência de dados via FTP
• Porta 21: controle de comando FTP
• Porta 22: login SSH (Secure Shell)
• Porta 25: recebimento de emails via SMTP
• Porta 53: serviço de DNS (Sistema de Nomes de Domínio)
• Porta 80: transferências HTTP
• Porta 443: transferências HTTPS (via TLS/SSL)

Vale notar que, embora o TCP seja o protocolo mais utilizado na camada de transporte, outros protocolos também podem ser utilizados. Podem ser citados como exemplo o SCTP (Stream Control Transmission Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol).

A Camada de Rede (IP)

No paralelo com o serviço postal, a camada de rede — também conhecida como camada de Internet — é responsável por dar o sinal verde final para o envio do seu pacote. 

Em linguagem mais técnica, essa camada lida com as interfaces dos hosts e transforma os pacotes de dados em datagramas. Cada datagrama possui dois componentes principais: um cabeçalho (header), contendo o endereço IP da origem e do destino e outros dados relevantes, e a carga útil (payload), que contém os dados em si que estão sendo enviados.

Aqui, vale fazer a distinção entre IP e endereço IP. IP, ou Protocolo de Internet, é o conjunto de regras e definições que permite que os dados sejam enviados entre computadores e servidores conectados ao redor do mundo. 

O endereço IP, por outro lado, é um elemento específico, utilizado para identificar numericamente cada host envolvido no processo de transferência — garantindo, desta forma, que os dados saiam do lugar certo e cheguem ao lugar certo, da mesma forma que um endereço doméstico para uma transportadora.

Além do protocolo IP, a camada de rede também utiliza o protocolo ICMP (Protocolo de Mensagens de Controle da Internet), responsável por fornecer relatórios de erros às fontes de envio de dados. Desta forma, caso haja algum problema na comunicação entre os hosts, a mensagem definirá qual foi o erro ocorrido e ajustes poderão ser realizados para completar o processo de maneira bem-sucedida.

A Camada de Interface

Por fim, a camada de interface — também chamada de camada de enlace de dados ou ligação de dados — lida com a transferência em si dos dados entre os hosts. Ou seja, finalizando o paralelo com o serviço postal, trata-se do envio de fato do seu pacote ao destinatário.

A camada de interface é responsável, entre outros aspectos, por definir como os dados serão transmitidos, seja por uma conexão cabeada (como Ethernet, por exemplo) ou sem fios (como uma rede Wi-Fi).

Como as Camadas Trabalham Juntas?

Como foi possível notar nos tópicos acima, o modelo TCP/IP trabalha com uma pilha de protocolos e processos que ocorrem continuamente, e que podem variar de forma significativa de acordo com o tipo de dado que você está transferindo (um site ou um email, por exemplo), o dispositivo, a arquitetura do sistema, a configuração do servidor, sua conexão com a rede e diversos outros aspectos.

Usemos como exemplo, para ilustrar o trabalho em conjunto das camadas, o envio de um email. 

1. Ao clicar no botão “enviar”, a camada de aplicação entende que se trata do envio de um email e aciona o protocolo SMTP, responsável por esse tipo de comunicação.
2. A camada de transporte divide o conteúdo em pacotes numerados, para garantir a integridade dos dados, e direciona os pacotes para a porta apropriada — no caso de um email, geralmente é a porta 25, mais utilizada para o protocolo SMTP.
3. A camada de rede transforma os pacotes em datagramas, contendo os endereços IP da origem e destino dos dados, e direciona os datagramas aos servidores de destino.
4. A camada de interface cuida da transferência dos dados em si, definindo como eles serão enviados — por exemplo, via Wi-Fi, caso seu dispositivo esteja conectado a uma rede sem fio.
5. Ao chegar no servidor de destino, os pacotes são enviados novamente à camada de transporte para serem reorganizados de volta em seu formato original.
6. Uma vez realizado este processo de remontagem, o email finalmente chega à caixa de entrada do destinatário.

Vale notar que todo este processo ocorre de forma silenciosa e quase instantânea — ou seja, a maioria dos usuários sequer precisará se preocupar com isso durante o uso normal da Internet.

Conclusão

Neste artigo, você aprendeu que o modelo TCP/IP lida com todas as transferências de dados na Internet, tornando sua existência fundamental para o próprio funcionamento da web. 

Exploramos desde as origens da tecnologia, no Departamento de Defesa dos Estados Unidos, e sua posterior utilização por instituições de ensino ao redor do mundo, até a criação da Internet como a conhecemos hoje, no início dos anos 90.

Aprendemos ainda que o TCP/IP representa uma pilha de protocolos divididos em quatro camadas principais: a de aplicação, a de transporte, a de rede e a de interface. Essas camadas representam os diferentes estágios de preparação e envio de dados por meio de pacotes, lidando com aspectos como as aplicações, protocolos e portas utilizados para a transferência.

Esperamos que a leitura tenha sido proveitosa e você possa aplicar os conhecimentos aqui apresentados nos seus próximos projetos. Deixe quaisquer dúvidas na seção de comentários logo abaixo e até a próxima!

Perguntas Frequentes: TCP/IP