Protocolos de rede

Os protocolos de rede são um conjunto de regras, convenções e estruturas de dados que determinam como os dispositivos trocam dados pelas redes. Em outras palavras, os protocolos de rede podem ser equiparados a idiomas que dois dispositivos devem entender para comunicação contínua de informações, independentemente de suas disparidades de infraestrutura e design.

O modelo OSI: Como funcionam os protocolos de rede

Para entender as nuances dos protocolos de rede, é imperativo conhecer primeiro o modelo Open Systems Interconnection (OSI). Considerado o principal modelo arquitetônico para comunicações de trabalho na internet, a maioria dos protocolos de rede usados hoje é estruturalmente baseada no modelo OSI.

O modelo OSI divide o processo de comunicação entre dois dispositivos da rede em 7 camadas. Uma tarefa ou grupo de tarefas é atribuído a cada uma dessas 7 camadas. Todas as camadas são independentes e as tarefas atribuídas a elas podem ser executadas independentemente.

Para colocar isso em contexto, aqui está uma representação do processo de comunicação entre dois dispositivos da rede seguindo o modelo OSI:

As sete camadas do modelo OSI podem ser divididas em dois grupos: camadas superiores, incluindo as camadas 7, 6 e 5, e camadas inferiores, incluindo as camadas 4, 3, 2 e 1. As camadas superiores lidam com problemas de aplicação e as camadas inferiores lidam com problemas de transporte de dados.

O protocolo de rede divide o processo de comunicação em tarefas discretas em todas as camadas do modelo OSI. Um ou mais protocolos de rede operam em cada camada na troca de comunicação.

A seguir estão as descrições detalhadas do funcionamento do protocolo de rede na rede de computadores em cada camada do modelo OSI:

Embora alguns digam que o modelo OSI agora é redundante e menos significativo do que o modelo de rede TCP/IP, ainda há referências ao modelo OSI até hoje, pois a estrutura desse modelo serve para enquadrar as discussões de protocolos e contrastar várias tecnologias.

Classificação de protocolos de rede

Agora que você sabe como funciona o modelo OSI, pode mergulhar direto na classificação dos protocolos. A seguir estão alguns dos protocolos mais proeminentes usados na comunicação de rede.

Protocolos de rede da camada de aplicação

1. DHCP: Protocolo de configuração dinâmica de host

O DHCP é um protocolo de comunicação que permite aos administradores de rede automatizar a atribuição de endereços IP em uma rede. Em uma rede IP, cada dispositivo conectado à internet requer um IP exclusivo. O DHCP permite que os administradores de rede distribuam endereços IP de um ponto crucial e enviem automaticamente um novo endereço IP quando um dispositivo é conectado de um local diferente na rede. O DHCP funciona em um modelo cliente-servidor.

Vantagens de usar DHCP

• Gerenciamento centralizado de endereços IP.
• Adição contínua de novos clientes em uma rede.
• Reutilização de endereços IP, reduzindo o número total de endereços IP necessários.

Desvantagens de usar DHCP

• O rastreamento da atividade na internet torna-se tedioso, pois o mesmo dispositivo pode ter vários endereços IP ao longo de um período.
• Computadores com DHCP não podem ser usados como servidores, pois seus IPs mudam com o tempo.

2. DNS: Protocolo do sistema de nome de domínio

TO protocolo DNS ajuda na tradução ou mapeamento de nomes de host para endereços IP. O DNS funciona em um modelo cliente-servidor e usa um banco de dados distribuído em uma hierarquia de servidores de nomes.

Os hosts são identificados com base em seus endereços IP, mas memorizar um endereço IP é difícil devido à sua complexidade. Os IPs também são dinâmicos, tornando mais necessário mapear nomes de domínio para endereços IP. O DNS ajuda a resolver esse problema convertendo os nomes de domínio de sites em endereços IP numéricos.

Vantagens

• O DNS facilita o acesso à internet.
• Elimina a necessidade de memorizar endereços IP.

Desvantagens

• As consultas DNS não carregam informações pertencentes ao cliente que as iniciou. Isso ocorre porque o servidor DNS só vê o IP de onde veio a consulta, tornando o servidor suscetível à manipulação de hackers.
• Os servidores DNS raiz, se comprometidos, podem permitir que hackers redirecionem para outras páginas para dados de phishing.

3. FTP: Protocolo de transferência de arquivo

O FTP permite o compartilhamento de arquivos entre hosts, locais e remotos, e é executado sobre o TCP. Para transferência de arquivos, o FTP cria duas conexões TCP: controle e conexão de dados. A conexão de controle é usada para transferir informações de controle como senhas, comandos para recuperar e armazenar arquivos, etc., e a conexão de dados é usada para transferir o arquivo real. Ambas as conexões são executadas em paralelo durante todo o processo de transferência de arquivos.

Vantagens

• Permite compartilhar arquivos grandes e vários diretórios ao mesmo tempo.
• Vamos retomar o compartilhamento de arquivos se ele foi interrompido.
• Vamos recuperar dados perdidos e agendar uma transferência de arquivo.

Desvantagens

• O FTP carece de segurança. Dados, nomes de usuários e senhas são transferidos em texto simples, tornando-os vulneráveis a agentes mal-intencionados.
• O FTP carece de capacidades de criptografia, tornando-o não compatível com os padrões do setor.

4. HTTP: Protocolo de transferência de hipertexto

O HTTP é um protocolo de camada de aplicação usado para sistemas de informação distribuídos, colaborativos e hipermídia. Ele funciona em um modelo cliente-servidor, no qual o navegador da web atua como cliente. Dados como texto, imagens e outros arquivos multimídia são compartilhados na World Wide Web usando HTTP. Como um protocolo do tipo solicitação e resposta, o cliente envia uma solicitação ao servidor, que é então processada pelo servidor antes de enviar uma resposta de volta ao cliente.

O HTTP é um protocolo sem estado, o que significa que o cliente e o servidor só estão cientes um do outro enquanto a conexão entre eles estiver intacta. Depois disso, tanto o cliente quanto o servidor se esquecem da existência um do outro. Devido a esse fenômeno, o cliente e o servidor não podem reter informações entre as solicitações.

Vantagens

• O uso de memória e o uso de CPU são baixos devido a conexões simultâneas menores.
• Os erros podem ser relatados sem fechar as conexões.
• Devido a menos conexões TCP, o congestionamento da rede é reduzido.

Desvantagens

• HTTP carece de capacidades de criptografia, tornando-o menos seguro.
• O HTTP requer mais energia para estabelecer comunicação e transferir dados.

5. IMAP e IMAP4: Protocolo de acesso a imagens da internet — IMAP (versão 4)

IMAP é um protocolo de e-mail que permite aos usuários finais acessar e manipular mensagens armazenadas em um servidor de e-mail de seu cliente de e-mail como se estivessem presentes localmente em seu dispositivo remoto. O IMAP segue um modelo cliente-servidor e permite que vários clientes acessem mensagens em um servidor de correio comum simultaneamente. O IMAP inclui operações para criar, excluir e renomear caixas de correio; verificação de novas mensagens; remover mensagens permanentemente; definir e remover sinalizadores; e muito mais. A versão atual do IMAP é a versão 4 revisão 1.

Vantagens

• Como os e-mails são armazenados no servidor de e-mail, a utilização do armazenamento local é mínima.
• Em caso de exclusão acidental de e-mails ou dados, é sempre possível recuperá-los, pois estão armazenados no servidor de correio.

Desvantagens

• Os e-mails não funcionarão sem uma conexão ativa com a internet.
• A alta utilização de e-mails pelos usuários finais requer mais armazenamento de caixas de correio, aumentando assim os custos.

6. POP e POP3: Protocolo dos Correios (versão 3)

O Protocolo dos Correios também é um protocolo de e-mail. Usando este protocolo, o usuário final pode baixar e-mails do servidor de mensagens para seu próprio cliente de e-mail. Depois que os e-mails são baixados localmente, eles podem ser lidos sem uma conexão com a internet. Além disso, uma vez que os e-mails são movidos localmente, eles são excluídos do servidor de e-mail, liberando espaço. O POP3 não foi projetado para realizar manipulações extensas com as mensagens no servidor de correio, ao contrário do IMAP4. POP3 é a versão mais recente do protocolo dos Correios.

Vantagens

• Leia e-mails em dispositivos locais sem conexão com a internet.
• O servidor de e-mail não precisa ter alta capacidade de armazenamento, pois os e-mails são excluídos quando são movidos localmente.

Desvantagens

• Se o dispositivo local para o qual os e-mails foram baixados travar ou for roubado, os e-mails serão perdidos.

7. SMTP: Protocolo de transferência de correio simples

O SMTP é um protocolo projetado para transferir correio eletrônico de forma confiável e eficiente. O SMTP é um protocolo push e é usado para enviar e-mail, enquanto o POP e o IMAP são usados para recuperar e-mails no lado do usuário final. O SMTP transfere e-mails entre sistemas e notifica os e-mails recebidos. Usando SMTP, um cliente pode transferir um e-mail para outro cliente na mesma rede ou outra rede por meio de um relé ou gateway de acesso disponível para ambas as redes.

Vantagens

• Facilidade de instalação.
• Conecta-se a qualquer sistema sem qualquer restrição.
• Não precisa de nenhum desenvolvimento de sua parte.

Desvantagens

• As conversas entre servidores podem atrasar o envio de uma mensagem e aumentam a chance de a mensagem não ser entregue.
• Certos firewalls podem bloquear as portas usadas com SMTP.

8. Telnet: Protocolo de emulação de terminal

O Telnet é um protocolo de camada de aplicação que permite que um usuário se comunique com um dispositivo remoto. Um cliente Telnet é instalado na máquina do usuário, que acessa a interface de linha de comandos de outra máquina remota que executa um programa de servidor Telnet.

Os administradores de rede usam principalmente o telnet para acessar e gerenciar dispositivos remotos. Para acessar um dispositivo remoto, um administrador de rede precisa inserir o IP ou o nome do host do dispositivo remoto, após o qual será apresentado a um terminal virtual que pode interagir com o host.

Vantagens

• Compatível com vários sistemas operacionais.
• Economiza muito tempo devido à sua conectividade rápida com dispositivos remotos.

Desvantagens

• O Telnet carece de capacidades de criptografia e envia informações críticas em texto não criptografado, facilitando o acesso de agentes mal-intencionados.
• Caro devido a velocidades de digitação lentas.

9. SNMP: Protocolo de gerenciamento de rede simples

O SNMP é um protocolo de camada de aplicação usado para gerenciar nós, como servidores, estações de trabalho, roteadores, switches, etc., em uma rede IP. O SNMP permite que os administradores de rede monitorem o desempenho da rede, identifiquem falhas de rede e solucionem problemas. O protocolo SNMP é composto por três componentes: um dispositivo gerenciado, um agente SNMP e um gerenciador SNMP.

O agente SNMP reside no dispositivo gerenciado. O agente é um módulo de software que possui conhecimento local das informações de gerenciamento e traduz essas informações em um formato compatível com o gerenciador SNMP. O gerenciador SNMP apresenta os dados obtidos do agente SNMP, ajudando os administradores de rede a gerenciar os nós de forma eficaz.

Atualmente, existem três versões do SNMP: SNMP v1, SNMP v2 e SNMP v3. As versões 1 e 2 têm muitos recursos em comum, mas o SNMP v2 oferece aprimoramentos, como operações de protocolo adicionais. O SNMP versão 3 (SNMP v3) adiciona capacidades de configuração remota e segurança às versões anteriores.

Protocolos de rede da camada de apresentação

LPP: Protocolo de apresentação leve

O Protocolo de apresentação leve provê um suporte simplificado para serviços de aplicações OSI em redes executadas com protocolos TCP/IP para alguns ambientes restritos. O LPP é projetado para uma classe específica de aplicações OSI, ou seja, aquelas entidades cujo contexto de aplicação contém apenas um elemento do serviço de controle de associação (ACSE) e um elemento do serviço de operações remotas (ROSE). O LPP não é aplicável a entidades cujo contexto de aplicação seja mais extenso, ou seja, contenha um elemento de serviço de transferência confiável.

Protocolos de rede da camada de sessão

RPC: Protocolo de chamada de procedimento remoto

O RPC é um protocolo para solicitar um serviço de um programa em um computador remoto por meio de uma rede e pode ser usado sem a necessidade de entender as tecnologias de rede subjacentes. O RPC usa TCP ou UDP para transportar mensagens entre programas que estão em comunicação. O RPC também funciona no modelo cliente-servidor. O programa solicitante é o cliente e o programa provedor de serviço é o servidor.

Vantagens

• O RPC omite muitas camadas de protocolo para melhorar o desempenho.
• Com o RPC, os esforços de reescrita ou redesenvolvimento de código são minimizados.

Desvantagens

• Ainda não foi comprovado que funciona efetivamente em redes de longa distância.
• Além do TCP/IP, o RPC não oferece suporte a outros protocolos de transporte.

Protocolos de rede da camada de transporte

1. TCP: Protocolo de controle de transmissão

O TCP é um protocolo da camada de transporte que fornece um serviço confiável de entrega de fluxo e conexão virtual para aplicações usando confirmação sequenciada. O TCP é um protocolo orientado à conexão, pois requer que uma conexão seja estabelecida entre as aplicações antes da transferência de dados. Por meio do controle de fluxo e confirmação de dados, o TCP fornece uma extensa verificação de erros. O TCP garante o sequenciamento de dados, o que significa que os pacotes de dados chegam em ordem na extremidade receptora. A retransmissão de pacotes de dados perdidos também é viável com o TCP.

Vantagens

• O TCP garante três coisas: os dados chegam ao destino, chegam no prazo e chegam sem duplicação.
• O TCP quebra automaticamente os dados em pacotes antes da transmissão.

Desvantagens

• O TCP não pode ser usado para conexões de transmissão e multicast.

2. UDP: Protocolo de datagrama de usuário

UDP é um protocolo de camada de transporte sem conexão que fornece um serviço de mensagem simples, mas não confiável. Ao contrário do TCP, o UDP não adiciona confiabilidade, controle de fluxo ou funções de recuperação de erros. O UDP é útil em situações nas quais os mecanismos de confiabilidade do TCP não são necessários. A retransmissão de pacotes de dados perdidos não é possível com UDP.

Vantagens

• Conexões broadcast e multicast são possíveis com UDP.
• O UDP é mais rápido que o TCP.

Desvantagens

• No UDP, é possível que um pacote não seja entregue, seja entregue duas vezes ou não seja entregue.
• A desintegração manual dos pacotes de dados é necessária.

Protocolos da camada de rede

1. IP: Protocolo de internet (IPv4)

IPv4 é um protocolo de camada de rede que contém informações de endereçamento e controle, o que ajuda os pacotes a serem roteados em uma rede. O IP funciona em conjunto com o TCP para entregar pacotes de dados pela rede. No IP, cada host recebe um endereço de 32 bits composto de duas partes principais: o número da rede e o número do host. O número da rede identifica uma rede e é atribuído pela internet, enquanto o número do host identifica um host na rede e é atribuído por um administrador de rede. O IP é responsável apenas por entregar os pacotes, e o TCP ajuda a colocá-los de volta na ordem certa.

Vantagens

• O IPv4 criptografa dados para garantir privacidade e segurança.
• Com o IP, os dados de roteamento se tornam mais escaláveis e econômicos.

Desvantagens

• O IPv4 é trabalhoso, complexo e sujeito a erros.

2. IPv6: Protocolo de internet versão 6

O IPv6 é a versão mais recente do protocolo de internet, um protocolo da camada de rede que contém informações de endereçamento e controle, para permitir que os pacotes sejam roteados na rede. O IPv6 foi criado para lidar com o esgotamento do IPv4. Ele aumenta o tamanho do endereço IP de 32 bits para 128 bits para suportar mais níveis de endereçamento.

Vantagens

• Roteamento e processamento de pacotes mais eficientes em comparação com o IPv4.
• Melhor segurança em comparação com o IPv4.

Desvantagens

• IPv6 não é compatível com máquinas que rodam em IPv4.
• Desafio na atualização dos dispositivos para IPv6.

3. ICMP: Protocolo de mensagens de controle da internet

O ICMP é um protocolo de suporte da camada de rede usado por dispositivos da rede para enviar mensagens de erro e informações operacionais. As mensagens ICMP entregues em pacotes IP são usadas para mensagens fora de banda relacionadas à operação ou operação incorreta da rede. O ICMP é usado para anunciar erros de rede, congestionamento e tempos limite, além de auxiliar na solução de problemas.

Vantagens

• IO ICMP é usado para diagnosticar problemas de rede.

Desvantagens

• Enviar muitas mensagens ICMP aumenta o tráfego de rede.
• Os usuários finais são afetados se usuários mal-intencionados enviarem muitos pacotes de destino ICMP inacessíveis.

Protocolos de rede da camada de link de dados

1. ARP: Protocolo de resolução de endereços

O protocolo de resolução de endereços da internet ajuda a mapear endereços IP para endereços de máquinas físicas (ou endereços MAC para Ethernet) reconhecidos na rede local. Uma tabela chamada cache ARP é usada para manter uma correlação entre cada endereço IP e seu endereço MAC correspondente. O ARP oferece as regras para fazer essas correlações e ajuda a converter endereços em ambas as direções.

Vantagens

• Os endereços MAC não precisam ser conhecidos ou memorizados, pois o cache ARP contém todos os endereços MAC e os mapeia automaticamente com IPs.

Desvantagens

• O ARP é suscetível a ataques de segurança chamados ataques de falsificação de ARP.
• Ao usar o ARP, às vezes um hacker pode interromper completamente o tráfego. Isso também é conhecido como recusa de serviço ARP.

2. SLIP: Protocolo de internet de linha serial

O SLIP é usado para conexões seriais ponto a ponto com TCP/IP. O SLIP é usado em links seriais dedicados e, às vezes, para fins de discagem. O SLIP é útil para permitir que combinações de hosts e roteadores se comuniquem entre si; por exemplo, host-host, host-roteador e roteador-roteador são configurações de rede SLIP comuns. O SLIP é apenas um protocolo de enquadramento de pacotes: Ele define uma sequência de caracteres que enquadram os pacotes IP em uma linha serial. Ele não fornece endereçamento, identificação do tipo de pacote, detecção ou correção de erros ou mecanismos de compressão.

Vantagens

• Por ter uma pequena sobrecarga, é adequado para uso em microcontroladores.
• Ele reutiliza conexões discadas e linhas telefônicas existentes.
• É fácil de implantar, pois é baseado no protocolo de internet.

Desvantagens

• O SLIP não oferece suporte à configuração automática de conexões de rede em várias camadas OSI ao mesmo tempo.
• O SLIP não é compatível com conexões síncronas, como uma conexão criada pela internet de um modem para um provedor de serviços de internet (ISP).

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