Aula 4 — Arquitetura TCP/IP

🌍 De Onde Veio o TCP/IP

Anos 1960: DoD precisava de rede militar sem ponto único de falha
Solução: ARPANET (1969) — dados roteados por qualquer caminho
TCP/IP criado por Vint Cerf & Bob Kahn, adotado em 1983
Diferente do OSI (teórico) — é a implementação real da internet

TCP Transmission Control Protocol Garante entrega ordenada e confiável de dados; controla erros e fluxo

IP Internet Protocol Endereça e roteia pacotes entre redes distintas ao redor do mundo

4 Camadas Mais simples que o OSI Agrupa as 7 camadas OSI em apenas 4, refletindo como os sistemas reais funcionam

Padrão aberto Não pertence a ninguém Qualquer dispositivo pode implementá-lo; isso possibilitou a expansão global da internet

📊 As 4 Camadas do Modelo TCP/IP

O TCP/IP organiza a comunicação em 4 camadas, da mais alta (mais próxima do usuário) para a mais baixa (mais próxima do hardware).

4

Aplicação Application Layer

HTTP · HTTPS · DNS · DHCP · SSH · SMTP · FTP

message

3

Transporte Transport Layer

TCP · UDP

segmento / datagrama

2

Internet Internet Layer

IP (v4/v6) · ICMP · ARP · OSPF · BGP

pacote

1

Acesso à Rede Network Access Layer

Ethernet · Wi-Fi 802.11 · PPP · cabo · fibra

quadro / bits

Camada 4 — Aplicação

Camada mais próxima do usuário
Não é o app em si, mas os protocolos que ele usa para se comunicar
Principais protocolos: HTTP (web), SMTP (e-mail), DNS (nomes), SSH (acesso remoto)
PDU: mensagem (message)

Camada 3 — Transporte

Responsável pela comunicação fim a fim (host a host). Dois protocolos dominam esta camada:

TCP (Transmission Control Protocol): confiável, orientado a conexão, garante que todos os dados chegam na ordem certa. Usa o handshake de 3 vias (SYN → SYN-ACK → ACK). PDU: segmento.
UDP (User Datagram Protocol): não confiável, sem conexão, mais rápido. Usado em aplicações que toleram perda (streaming, jogos, DNS). PDU: datagrama.

💻 Cliente Three-Way Handshake TCP 🖥️ Servidor

SYN

▶ Seq=0 · SYN=1

Seq=0 · ACK=1 ◄

SYN-ACK

ACK

▶ ACK=1

✅ Conexão TCP estabelecida — transferência de dados pode começar!

TCP

✓ Confiável — reenvio de pacotes perdidos

✓ Ordenado — dados chegam em sequência

✓ Handshake 3 vias antes de transmitir

✓ Controle de fluxo e congestionamento

📦 Downloads, HTTP/S, SSH, FTP, e-mail

VS

UDP

⚡ Rápido — sem overhead de confirmação

⚡ Sem conexão prévia — dispara e esquece

⚡ Sem garantia de ordem de chegada

⚡ Tolerante a perda — atraso é pior

🎮 Streaming, DNS, jogos online, VoIP

Esta camada usa portas para identificar qual aplicação recebe os dados (HTTP = 80, HTTPS = 443, SSH = 22, DNS = 53).

Portas bem conhecidas (well-known ports)

TCP — Confiabilidade100%

UDP — Confiabilidade garantida0%

TCP — Overhead de cabeçalhoalto (20 bytes)

UDP — Overhead de cabeçalhobaixo (8 bytes)

TCP — Latência relativamaior

UDP — Latência relativamenor

Camada 2 — Internet

Cuida do endereçamento lógico e roteamento entre redes
Protocolo central: IP — atribui endereços e define o caminho do pacote
Funciona mesmo atravessando dezenas de roteadores em países diferentes
Também atuam aqui: ICMP (ping) e ARP (resolução de endereços)
PDU: pacote

Camada 1 — Acesso à Rede

Engloba meio físico e enlace local: placas de rede, cabos, Wi-Fi, fibra
Protocolos de acesso ao meio: Ethernet, 802.11
Equivale às camadas Física + Enlace do OSI
PDU: quadro (frame) no enlace / bits no físico

⚠️ Atenção: alguns livros e cursos chamam a camada de Acesso à Rede de “Enlace” ou “Interface de Rede”. Outros dividem o modelo TCP/IP em 5 camadas, separando Enlace e Física. As variações existem — o importante é entender a função de cada nível.

🔀 TCP/IP vs. OSI: Comparação

Os dois modelos descrevem o mesmo processo de comunicação, mas com granularidades diferentes. Conhecer o mapeamento é essencial para falar a mesma língua em qualquer equipe de redes.

OSI — 7 camadas

TCP/IP — 4 camadas

7 Aplicação

➡

4Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

4 Transporte

➡

3Transporte

3 Rede

➡

2Internet

2 Enlace

➡

1Acesso à Rede

1 Física

Aspecto	OSI	TCP/IP
Tipo	Modelo de referência teórico	Implementação prática real
Número de camadas	7	4 (ou 5 em algumas versões)
Origem	ISO, 1984 (teórico)	DoD / ARPANET, 1983 (prático)
Uso atual	Referência conceitual e ensino	Toda a internet e redes modernas
Dependente do protocolo?	Não — genérico	Sim — define TCP, IP, UDP etc.

✅ Dica profissional: na prática, profissionais de rede usam o OSI para descrever e diagnosticar problemas (“o problema é na camada 3”) mas operam com o TCP/IP para configurar e implementar serviços. Dominar os dois é obrigatório.

📋 Protocolos Essenciais por Camada

Cada camada TCP/IP possui um ecossistema de protocolos. Os mais cobrados em provas e mais usados no dia a dia:

CAMADA 4 Aplicação

Protocolo	Função	Porta / Detalhe
`HTTP`	Transferência de páginas web	`TCP 80`
`HTTPS`	HTTP com criptografia TLS	`TCP 443`
`DNS`	Resolve nomes em endereços IP	`UDP/TCP 53`
`DHCP`	Atribui IPs automaticamente	`UDP 67/68`
`SSH`	Acesso remoto seguro	`TCP 22`
`SMTP`	Envio de e-mail	`TCP 25 / 587`
`FTP`	Transferência de arquivos	`TCP 20/21`

CAMADA 3 Transporte

Protocolo	Função	Porta / Detalhe
`TCP`	Entrega confiável, orientado a conexão	Segmentos, ACK
`UDP`	Entrega rápida, sem confirmação	Datagramas

CAMADA 2 Internet

Protocolo	Função	Porta / Detalhe
`IPv4 / IPv6`	Endereçamento e roteamento	Pacotes
`ICMP`	Mensagens de controle e diagnóstico	`ping` `traceroute`
`ARP`	Resolve IP em endereço MAC	LAN local

CAMADA 1 Acesso à Rede

Protocolo	Função	Porta / Detalhe
`Ethernet`	Enlace de dados por cabo	Quadros, MAC
`Wi-Fi 802.11`	Enlace de dados sem fio	Quadros, SSID

📦 Encapsulamento no TCP/IP

Cada camada adiciona seu próprio cabeçalho aos dados recebidos
No receptor, o processo inverso: desencapsulamento camada por camada
Cada cabeçalho carrega as informações que a camada correspondente precisa:
- IP: endereços de origem e destino
- TCP: portas e números de sequência

Aplicação — cria a mensagem

HTTP GET /index.html

0 / 3 cabeçalhos adicionados

↓ Transporte adiciona cabeçalho TCP (porta de origem, porta de destino, número de sequência)

Transporte — Segmento TCP

HDR-TCP

HTTP GET /index.html

↓ Internet adiciona cabeçalho IP (IP de origem, IP de destino)

Internet — Pacote IP

HDR-IP HDR-TCP

HTTP GET

↓ Acesso à Rede adiciona cabeçalho Ethernet (MAC de origem, MAC de destino) + trailer FCS

Acesso à Rede — Quadro Ethernet

HDR-ETH HDR-IP HDR-TCP

HTTP

FCS

01001000 01010100 01010100 01010000 ··· ➡ bits transmitidos pelo cabo ou Wi-Fi

Fluxo de encapsulamento TCP/IP — dados descendo as camadas

✅ FCS (Frame Check Sequence): além do cabeçalho, a camada Ethernet adiciona um trailer no final do quadro — o FCS — que é um checksum para detecção de erros na transmissão física.

🌐 Como a Internet Realmente Funciona

Vamos seguir o caminho de uma requisição quando você digita https://google.com no navegador:

1

DNS — Navegador pergunta ao servidor DNS: "qual é o IP de google.com?" DNS responde com o endereço (via UDP, porta 53). Sem isso, você precisaria memorizar IPs.

2

TCP Handshake — Seu computador inicia conexão TCP com o IP do Google: SYN → SYN-ACK → ACK. Após os 3 pacotes, o canal está aberto.

3

TLS Handshake — Como é HTTPS, cliente e servidor negociam criptografia (TLS 1.3), trocam certificados e estabelecem chaves simétricas. O “S” de HTTPS entra aqui.

4

HTTP GET — Navegador envia GET / HTTP/1.1 Host: google.com. A mensagem é encapsulada: Segmento TCP → Pacote IP → Quadro Ethernet → bits.

5

Roteamento IP — O pacote percorre roteadores pela camada Internet: sua casa → modem → provedor → backbone → data center Google. Cada salto é decidido pelo IP.

6

Resposta — Google envia o HTML da página em múltiplos segmentos TCP. O protocolo garante que todos chegam na ordem certa e solicita reenvio se algum se perder.

7

Renderização — O navegador (camada Aplicação) interpreta o HTML/CSS/JS e exibe a página. Todo esse processo acontece em milissegundos.

Todo esse processo — DNS, TCP, TLS, HTTP, roteamento IP — acontece em milissegundos. É o TCP/IP orquestrando cada etapa, camada por camada, de forma transparente para o usuário.

ping google.com Testa a Camada Internet (IP/ICMP) Verifica conexão IP até o destino e mede latência

traceroute / tracert Mapeia os roteadores Mostra cada salto (hop) IP até o destino

nslookup / dig Consulta DNS Resolve nomes de domínio em IPs diretamente

netstat / ss Conexões TCP ativas Lista portas abertas e conexões estabelecidas na máquina

Three-Way Handshake TCP — SYN → SYN-ACK → ACK

TCP vs UDP — confiabilidade x velocidade

❓ Verifique seu Conhecimento

Qual protocolo é responsável por traduzir nomes de domínio (como www.google.com) em endereços IP?

ADHCP

BARP

CDNS

DICMP

✓ O DNS (Domain Name System) resolve nomes de domínio em endereços IP. O DHCP atribui IPs automaticamente; o ARP resolve IP em endereço MAC dentro da LAN; o ICMP é usado para diagnóstico (ping). Todos atuam em camadas diferentes, mas o DNS é o “catálogo telefônico” da internet.

O TCP utiliza um processo de três etapas para estabelecer uma conexão. A sequência correta desse processo é:

ASYN → ACK → SYN-ACK

BSYN → SYN-ACK → ACK

CACK → SYN → SYN-ACK

DSYN-ACK → SYN → ACK

✓ O TCP three-way handshake segue sempre: (1) cliente envia SYN; (2) servidor responde com SYN-ACK; (3) cliente confirma com ACK. Após os três pacotes, a conexão está estabelecida e a transferência de dados pode começar. O UDP não realiza esse processo.

No modelo TCP/IP, qual camada corresponde à combinação das camadas Física e Enlace de Dados do modelo OSI?

ACamada de Aplicação

BCamada de Transporte

CCamada Internet

DCamada de Acesso à Rede

✓ A camada de Acesso à Rede do TCP/IP agrupa as camadas Física (bits, cabos, sinais) e Enlace de Dados (quadros, endereços MAC, Ethernet, Wi-Fi) do OSI. Já a Camada Internet corresponde à Camada de Rede do OSI (endereçamento IP e roteamento).

Uma aplicação de streaming de vídeo ao vivo prefere usar UDP em vez de TCP. Qual é o principal motivo dessa escolha?

AUDP é mais rápido e um pequeno atraso para reenviar pacotes perdidos seria mais prejudicial do que perder alguns frames de vídeo

BUDP tem criptografia nativa, tornando o streaming mais seguro

CUDP garante que todos os pacotes chegam na ordem correta, sem reordenamento

DTCP não suporta multicast, necessário para streaming ao vivo

✓ O UDP não retransmite pacotes perdidos, o que o torna mais rápido. Para streaming ao vivo, um leve artefato visual é aceitável, mas uma pausa de vários segundos para reenvio TCP seria intolerável. O UDP também não tem criptografia nativa — protocolos como DTLS ou QUIC adicionam segurança sobre ele.

🧩 Atividade Prática — Viagem de um Pacote

Compreender, de forma prática, o funcionamento das 4 camadas do modelo TCP/IP por meio do processo de encapsulamento e desencapsulamento.

👥 Grupos de 3–4 alunos 🏆 Metodologia ativa 🖨️ Imprimível

ID

🆔 Identidade do Grupo — Personalização

Cada grupo cria sua própria “identidade de rede” antes de começar:

🔹 Nome do grupo:

📱 Nome da aplicação (ex: ChatIFRN, ZapIF,etc):

💬 Mensagem personalizada :

📂 Tipo de dado: ☐ Texto ☐ Áudio ☐ Imagem ☐ Vídeo

🗺️ Cenário: ☐ Rede doméstica ☐ Escola (IFRN) ☐ Internet (acesso externo) ☐ Outro:

👥

Integrantes do grupo

• Nome 1:

• Nome 2:

• Nome 3:

• Nome 4:

1

⬇️ Parte 1 — Encapsulamento

Preencha as informações conforme a mensagem desce pelas camadas:

APLICAÇÃO Camada de Aplicação

Mensagem original:

Aplicação utilizada:

TRANSPORTE Camada de Transporte

Protocolo escolhido: ☐ TCP ☐ UDP

Justifique a escolha:

Porta de origem:

Porta de destino:

👉 Dados após essa camada:

INTERNET Camada Internet

IP de origem:

IP de destino:

O destino está: ☐ Mesma rede ☐ Outra rede

👉 Dados após essa camada:

ACESSO À REDE Camada de Acesso à Rede

MAC de origem:

MAC de destino:

Meio físico: ☐ Wi-Fi ☐ Cabo ☐ Outro:

👉 Dados finais (quadro/frame):

2

🔄 Parte 2 — Desencapsulamento

Outro grupo irá receber seus dados e desencapsular camada por camada.

Nome do grupo receptor:

Camada (de baixo para cima)	O que foi removido?
🔵 Acesso à Rede
🟢 Internet
🔵 Transporte
🟣 Aplicação

👉 Mensagem final recebida:

A mensagem chegou correta? ☐ Sim ☐ Não

3

📝 Reflexão Final

1. Por que o protocolo escolhido (TCP/UDP) fez diferença?

2. O que mudaria se o destino estivesse em outra rede?

3. Qual camada foi mais importante no seu cenário?

4. Onde ocorreu (ou poderia ocorrer) falha na comunicação?

🏁

🏁 Conclusão do grupo

Explique, com suas palavras, como os dados viajaram da origem até o destino:

📌 Para refletir: o encapsulamento não é teoria — acontece em milissegundos toda vez que você envia uma mensagem. Cada cabeçalho adicionado numa camada é retirado na camada correspondente do outro lado. Entender esse processo é a base para configurar firewalls, diagnosticar falhas de rede e projetar sistemas seguros.

🦈 Prática Wireshark — Um protocolo por camada

Capturar um pacote DHCP e identificar um protocolo de cada camada do modelo TCP/IP observando o tráfego real de rede.

⏱️ 20–30 min 🤝 Individual ou dupla 🖨️ Imprimível

⚙️

📋 Passo a passo

Abra o Wireshark e selecione a interface ativa
Inicie a captura
No terminal, force a renovação do IP:

Windows
ipconfig /release e depois ipconfig /renew

Linux
sudo dhclient -r && sudo dhclient
Filtre no Wireshark: dhcp
Clique em um pacote e expanda as dobras no painel inferior

1

📡 Camada 1 — Acesso à Rede

Dobra no Wireshark: Ethernet II

MAC de origem (Src):

MAC de destino (Dst):

2

🌐 Camada 2 — Internet

Dobra no Wireshark: Internet Protocol Version 4

IP de origem (Src):

IP de destino (Dst):

3

🔀 Camada 3 — Transporte

Dobra no Wireshark: User Datagram Protocol

Porta de origem (Src Port):

Porta de destino (Dst Port):

4

📦 Camada 4 — Aplicação

Dobra no Wireshark: Dynamic Host Configuration Protocol

Tipo de mensagem:

📌 Para refletir: o Wireshark permite ver em tempo real o que acontece em cada camada do TCP/IP. Cada “dobra” no painel inferior é uma camada do modelo: da Ethernet (Acesso à Rede) ao DHCP (Aplicação). Esse olhar direto sobre o tráfego real é a base do diagnóstico de redes e da análise de segurança.

🖧️ Arquitetura TCP/IP