🎯 Objetivo e mensagem central

Este tópico usa a distinção entre endereço físico (MAC) e endereço lógico (IP) e a ideia de que switch e roteador atuam em camadas diferentes, vistas no estudo dos componentes de rede. Ao final, você será capaz de situar os protocolos mais cobrados nas camadas dos modelos OSI e TCP/IP, reconhecer endereços IPv4 e IPv6, diferenciar TCP de UDP e associar cada serviço da internet ao seu protocolo e à sua porta padrão.

Por que estudar protocolos se ninguém os vê na tela? Porque eles explicam o que você vê. O cadeado do navegador, o “endereço não encontrado”, a mensagem de e-mail que chega a todos os seus aparelhos: tudo isso é obra de protocolos. E as bancas adoram perguntas do tipo “qual protocolo…” e “qual porta…”.

Protocolos e modelos em camadas

Um protocolo é um conjunto de regras que define o formato das mensagens, a ordem em que são trocadas e o que fazer ao recebê-las. É como o protocolo de um atendimento ao público: quem chega retira a senha, aguarda ser chamado, apresenta o documento e só então é atendido. Se cada lado seguir regras diferentes, a conversa não acontece.

Como a comunicação em rede envolve muitos problemas diferentes (o sinal no fio, a entrega na rede local, a escolha do caminho, a confiabilidade, a aplicação), as regras foram organizadas em camadas. Cada camada presta serviço à camada de cima e usa o serviço da camada de baixo. Há dois modelos que você precisa conhecer.

Modelo OSI

O modelo OSI (Open Systems Interconnection), da ISO, é um modelo de referência com sete camadas. Ele é usado para ensinar e para classificar equipamentos e protocolos, mas não é a pilha de protocolos que roda de fato na internet.

Leia a tabela de baixo para cima e você verá o caminho de “fazer o sinal chegar” até “fazer a aplicação entender”. As camadas 1, 2 e 3 já apareceram no estudo dos dispositivos; agora você tem o quadro completo.

Modelo TCP/IP

O modelo TCP/IP é o que a internet realmente usa. Na forma descrita pelos documentos técnicos da internet (RFC 1122), ele tem quatro camadas: aplicação, transporte, internet e acesso à rede (também chamada de enlace). As camadas de aplicação, apresentação e sessão do OSI foram reunidas em uma só camada de aplicação, e as camadas física e de enlace foram reunidas na camada de acesso à rede. Observe a correspondência na Figura 1.

Encapsulamento

Quando você envia algo, cada camada acrescenta ao dado um cabeçalho com as informações de que precisa, como um envelope dentro de outro. A camada de transporte forma o segmento (no TCP) ou o datagrama (no UDP); a camada de rede o coloca dentro de um pacote com os endereços IP; a camada de enlace o coloca dentro de um quadro com os endereços MAC; e a camada física transmite os bits. No destino, o processo se inverte. Esse processo de envelopamento é chamado de encapsulamento, e a Figura 2 mostra os envelopes um dentro do outro.

Endereçamento IP

O IP (Internet Protocol) é o protocolo da camada de internet (rede). Ele dá a cada interface um endereço lógico e leva os pacotes de rede em rede até o destino, com a ajuda dos roteadores. O IP não garante a entrega nem a ordem: ele faz o “melhor esforço”, e a confiabilidade, quando necessária, fica com a camada de transporte.

IPv4 e IPv6

A tabela mostra o motivo da criação do IPv6: os endereços IPv4 se esgotaram diante de bilhões de aparelhos conectados. No IPv6, zeros à esquerda de cada grupo podem ser omitidos, e uma única sequência de grupos zerados pode ser substituída por ::, apenas uma vez no endereço, para que não haja ambiguidade. O endereço de loopback aponta para a própria máquina e é usado para testar a pilha de protocolos local.

Endereços privados, NAT e máscara

Para economizar endereços, foram reservadas faixas privadas de IPv4 (RFC 1918), que podem ser usadas livremente dentro de redes locais e não são roteadas na internet: 10.0.0.0 a 10.255.255.255, 172.16.0.0 a 172.31.255.255 e 192.168.0.0 a 192.168.255.255. É por isso que tantas casas têm aparelhos com endereços começados por 192.168.

Para que esses aparelhos naveguem, o roteador usa o NAT (Network Address Translation, tradução de endereços de rede): ele troca o endereço privado de origem pelo seu endereço público, anota a troca e desfaz a tradução quando a resposta chega. Vários aparelhos da casa ou da agência saem para a internet com um único endereço público.

Por fim, a máscara de sub-rede indica quais bits do endereço identificam a rede e quais identificam o dispositivo. Na máscara 255.255.255.0, também escrita como /24, os três primeiros números identificam a rede, e o último identifica o dispositivo. Com ela, o computador sabe se o destino está na rede local (entrega direta) ou fora dela (envio ao gateway padrão).

Protocolos de apoio: ICMP, ARP e DHCP

Três protocolos trabalham “nos bastidores” do IP. O ICMP transporta mensagens de controle e de erro, como “destino inalcançável” e o eco usado pelo comando ping. O ARP descobre o endereço MAC correspondente a um endereço IP na rede local, ligando a camada de rede à de enlace. O DHCP, que funciona na camada de aplicação, distribui automaticamente endereço IP, máscara, gateway padrão e servidores DNS aos aparelhos que entram na rede.

TCP e UDP

O IP leva o pacote até a máquina. Mas em uma máquina rodam vários programas ao mesmo tempo: navegador, cliente de e-mail, atualização do sistema. A camada de transporte entrega os dados ao programa certo, identificado por um número de porta, e decide quanto de controle aplicar. Os dois protocolos dessa camada têm filosofias opostas.

A escolha depende do que é pior para a aplicação: perder dados ou atrasar. Em um arquivo de planilha, um único byte perdido corrompe o documento, então o TCP é a escolha. Em uma chamada de vídeo, um pedaço de imagem que chega atrasado já não serve, e é melhor seguir em frente; o UDP é mais adequado.

O TCP abre a conexão com o chamado aperto de mão em três etapas (three-way handshake): o cliente envia um pedido de sincronização (SYN), o servidor responde com sincronização e confirmação (SYN-ACK), e o cliente confirma (ACK). Só então os dados começam a fluir.

Protocolos de aplicação

Na camada de aplicação estão os protocolos que você “usa” sem perceber. Os cartões trazem os mais cobrados.

Dois desses protocolos merecem uma palavra a mais. O DNS funciona como a agenda de contatos da internet: as pessoas memorizam nomes, mas os roteadores só entendem endereços IP. Quando você digita o endereço de um site, o computador primeiro pergunta ao servidor DNS qual é o IP correspondente e só depois se conecta a ele. Se o DNS falhar, a internet “parece” fora do ar, embora o acesso por endereço IP continue funcionando.

O HTTPS é o HTTP dentro de um túnel criptografado pelo TLS (sucessor do antigo SSL). É ele que faz aparecer o cadeado na barra de endereço. O cadeado indica que a conexão está protegida e que o certificado do site é válido para aquele nome, mas não garante que o site seja honesto; golpistas também usam HTTPS. Esse ponto será aprofundado no estudo de navegadores e de segurança da informação.

Os protocolos de correio eletrônico aparecem aqui apenas para que você os situe na camada de aplicação: o SMTP envia mensagens, e o POP3 e o IMAP permitem ler a caixa postal. As diferenças entre eles e o funcionamento completo do e-mail têm estudo próprio, na parte do curso dedicada ao correio eletrônico.

Versões seguras

Vários protocolos antigos foram criados sem criptografia e ganharam versões protegidas, em geral pelo uso de TLS ou de SSH: HTTP → HTTPS; FTP → FTPS (FTP com TLS) ou SFTP (transferência de arquivos sobre SSH); Telnet → SSH; e os protocolos de e-mail, que passaram a ter versões com TLS. Diante de uma alternativa sobre segurança, procure a versão protegida.

Portas mais cobradas

As portas são números de 0 a 65.535 que identificam o serviço em cada máquina. As portas de 0 a 1023 são chamadas de “bem conhecidas” e estão associadas a serviços padronizados, conforme o registro mantido pela IANA. Um servidor web, por exemplo, “escuta” na porta 80 (HTTP) e na 443 (HTTPS). A combinação de endereço IP e porta identifica uma ponta da comunicação, como o número do prédio e o número da sala.

Não é preciso decorar a tabela inteira de uma vez. Concentre-se primeiro nas portas que mais aparecem: 21, 22, 23, 25, 53, 80, 110, 143 e 443. As demais costumam surgir como alternativas de distração. Observe também a coluna de transporte: DNS e DHCP, que fazem trocas curtas e rápidas, usam UDP; os serviços que precisam de entrega garantida usam TCP.

🧭 Revisão

✍️ Exercícios de revisão

Nível 1 · Recordar

Nível 2 · Compreender

Nível 3 · Aplicar

Nível 4 · Analisar

Você concluiu o estudo sobre as noções de protocolos de rede. No próximo tópico, avançaremos para as ferramentas e aplicativos de rede, onde veremos como usar comandos como ping, tracert e ipconfig para testar exatamente os protocolos que você acabou de conhecer. Continue firme nos estudos!

Os casos apresentados são hipotéticos, elaborados para fins didáticos.