O que é o modelo em camadas de rede

A comunicação pela Internet não funciona por um único mecanismo.

Quando você vê um site, o dispositivo combina processamento para transportar comunicação por Wi-Fi ou LAN cabeada, processamento para entregá-la ao destino usando endereços IP, processamento para administrar a forma de entrega com TCP ou UDP e processamento para aplicativos trocarem informações por HTTP, DNS e outros protocolos.

Se tentarmos entender tudo isso no mesmo nível, a visão geral da comunicação de rede fica difícil.

Por isso é importante pensar a comunicação em camadas.

O modelo em camadas de rede é uma forma de organizar os mecanismos de comunicação separando-os por papel. Ao considerar que cada camada tem um papel diferente, fica mais fácil entender uma comunicação complexa.

Este artigo vê a estrutura em camadas da rede principalmente pelo modelo TCP/IP, muito usado para entender a comunicação pela Internet.

As quatro camadas do modelo TCP/IP

No modelo TCP/IP, a comunicação é pensada em quatro grandes camadas.

Com essas quatro camadas, fica mais fácil organizar os papéis da comunicação de rede.

O importante não é memorizar todos os detalhes. Primeiro, é preciso entender a diferença de papel assumida por cada camada.

Este artigo tem como objetivo entender a visão geral do modelo TCP/IP. Mecanismos detalhados de endereço IP, roteamento, TCP, UDP, HTTP, HTTPS, DNS e outros são tratados em artigos separados.

Aqui, em vez de explicar cada tecnologia em detalhe, vamos organizar "a que camada do modelo TCP/IP ela se relaciona" e "que papel ela tem na comunicação como um todo".

Por que pensar em camadas

Pensar em camadas serve para separar e entender os papéis da comunicação.

Por exemplo, mesmo quando um site não abre, a causa não é necessariamente uma só.

Pode haver problema na conexão Wi-Fi ou LAN cabeada. Pode haver problema para alcançar o destino usando endereço IP. A conexão TCP pode não ter sido estabelecida corretamente. O DNS pode não ter conseguido converter o domínio em endereço IP. Ou talvez apenas uma resposta de erro tenha voltado no HTTP.

Mesmo diante do mesmo estado "não consigo comunicar", a camada onde o problema ocorre pode ser diferente.

Com o modelo TCP/IP, problemas de comunicação podem ser separados assim.

Assim, pensar em camadas permite organizar o mecanismo de rede por partes.

Camada de interface de rede

A camada mais baixa do modelo TCP/IP é a camada de interface de rede.

Essa camada é a parte que efetivamente transporta a comunicação. Ela se relaciona a LAN cabeada, Wi-Fi, fibra óptica, comunicação móvel e semelhantes.

Os dados de comunicação não se movem por um vazio de forma direta. Na prática, eles são transportados como sinais elétricos, ondas de rádio, sinais de luz e outros.

Por exemplo, na LAN cabeada a comunicação usa cabos. No Wi-Fi, usa ondas de rádio. Na comunicação por fibra óptica, usam-se sinais de luz.

O papel dessa camada não é entender o conteúdo de HTTP ou de uma consulta DNS. Seu papel primeiro é tornar possível transportar sinais de fato.

Se a camada de interface de rede não funcionar, a comunicação IP, TCP e HTTP acima dela também não se estabelece.

Dependendo do material, essa camada também pode ser chamada de "camada de acesso à rede" ou "camada de enlace". Os nomes variam, mas aqui basta entendê-la como a camada para transportar a comunicação de fato.

Camada de Internet

Mesmo que a camada de interface de rede permita transportar sinais, isso sozinho não leva a comunicação ao destino na Internet.

O próximo mecanismo necessário é decidir "para onde entregar". Esse papel é da camada de Internet.

O centro da camada de Internet é o IP.

O IP trata origem e destino da comunicação usando endereços IP. Quando seu dispositivo acessa um site, a comunicação é enviada em direção ao endereço IP da outra parte.

Na Internet há muitos roteadores e equipamentos de rede. Os dados de comunicação passam por eles até chegar ao destino pretendido.

Nessa camada, o importante é "a qual parte entregar".

O ponto importante é que o IP não entende o conteúdo da comunicação em si. O IP não julga o conteúdo HTTP nem o conteúdo de uma página Web; ele trata informações necessárias para entregar ao destino.

Ou seja, a camada de Internet é a camada responsável por "para onde direcionar a comunicação".

Camada de transporte

Mesmo com um mecanismo para chegar ao destino pela camada de Internet, a forma de entregar os dados é outro problema.

Esse papel é da camada de transporte.

Na camada de transporte, usam-se TCP e UDP.

TCP é um mecanismo para enviar e receber dados enquanto administra uma conexão com a outra parte. Ele se relaciona a fazer dados chegarem em ordem e a como tratar dados perdidos no caminho.

UDP é um método de comunicação mais simples que TCP. Como ele não faz controle de conexão nem confirmação de chegada de forma tão rigorosa quanto TCP, pode ser usado em comunicações em que tempo real é importante.

Nessa camada entram questões como "de que forma entregar dados", "se a conexão será administrada" e "a qual aplicativo entregar".

Por exemplo, em um mesmo dispositivo, navegador, aplicativo de chat, jogo, cliente de email e outros aplicativos podem estar se comunicando ao mesmo tempo. Na camada de transporte, números de porta e informações semelhantes são usados para tratar a qual aplicativo cada comunicação deve ser entregue.

Ou seja, a camada de transporte é responsável por "por qual método entregar a comunicação que segue ao destino".

Camada de aplicação

A camada mais alta do modelo TCP/IP é a camada de aplicação.

Nessa camada, trata-se com que regras os aplicativos trocam informações entre si.

Ao ver um site, usam-se HTTP ou HTTPS. HTTP é a regra para navegador e servidor Web trocarem informações.

Por exemplo, o navegador solicita ao servidor Web "quero obter esta página", e o servidor devolve HTML, imagens, CSS, JavaScript e outros dados.

DNS também se relaciona à camada de aplicação. DNS é o mecanismo para converter nomes de domínio em endereços IP.

Quando você digita um domínio no navegador, o dispositivo consulta o endereço IP correspondente a esse nome. Com esse resultado, ele se conecta ao destino real.

Nessa camada, as informações são trocadas em formatos que os aplicativos entendem. No HTTP, a comunicação ocorre na forma de requisições e respostas. No DNS, consulta-se o endereço IP correspondente a um nome de domínio.

Ou seja, a camada de aplicação é responsável por "que informações com significado os aplicativos trocam entre si".

Ver um acesso Web pelo modelo TCP/IP

Ao acessar um site, as camadas do modelo TCP/IP também trabalham juntas.

No entanto, a comunicação real não começa simplesmente "pela camada de baixo". Quando você acessa um site, o processamento começa no aplicativo, como o navegador.

No lado que envia, a comunicação passa das camadas de cima para as de baixo.

Primeiro, na camada de aplicação, o navegador cria uma requisição HTTP ou HTTPS. Quando necessário, o DNS também consulta o endereço IP correspondente ao domínio.

Depois, na camada de transporte, TCP ou UDP administra como os dados serão entregues. Grande parte da comunicação Web usa TCP, mas comunicações como HTTP/3 usam UDP.

Em seguida, na camada de Internet, são tratadas as informações para seguir ao destino usando endereço IP. Aqui, os dados de comunicação são enviados em direção ao endereço IP de destino.

Por fim, na camada de interface de rede, a comunicação é transportada como sinal real por Wi-Fi, LAN cabeada, fibra óptica, comunicação móvel ou similar.

Assim, no lado que envia, dados criados na camada de cima vão sendo passados para a camada de baixo e recebem informações necessárias para serem enviados como comunicação. Esse processamento é chamado de encapsulamento.

Quando a comunicação chega ao servidor, ela passa agora das camadas de baixo para as de cima.

A camada de interface de rede recebe os sinais, a camada de Internet trata as informações de destino, a camada de transporte processa a forma de entrega e, por fim, a comunicação é entregue à aplicação do servidor Web.

Em um acesso Web, o fluxo fica assim.

Visto assim, o modelo TCP/IP não é apenas uma história de "comunicar de baixo para cima". No envio, o processamento vai de cima para baixo; no recebimento, de baixo para cima. Assim a comunicação entre aplicativos se estabelece.

O acesso a um site é, no fim, uma troca entre aplicativos: navegador e servidor Web. Para que essa troca se estabeleça, as camadas de transporte, Internet e interface de rede sustentam a comunicação por baixo.

Diferença em relação ao modelo de referência OSI

Como modelo em camadas de rede, o modelo de referência OSI também é muito usado.

O modelo OSI divide a comunicação em sete camadas. Já o modelo TCP/IP é um modelo de quatro camadas usado de forma mais prática para entender a comunicação pela Internet.

Na fase inicial, não é necessário memorizar em detalhe as sete camadas do modelo OSI. Primeiro, costuma ser mais fácil entender pelo modelo TCP/IP, que se conecta diretamente à comunicação real da Internet.

O modelo OSI também é uma ideia importante para entender redes. Quem quiser estudar com mais detalhe pode pesquisar também sobre o modelo de referência OSI.

Neste artigo, a estrutura básica da comunicação foi organizada principalmente pelo modelo TCP/IP, porque ele se conecta com mais facilidade à comunicação real da Internet.

Ponto importante para pensar em anonimato

O modelo TCP/IP também é importante para pensar em anonimato.

Isso porque as informações visíveis na comunicação mudam conforme a camada.

Por exemplo, endereço IP se relaciona à camada de Internet. Números de porta TCP e UDP se relacionam à camada de transporte. DNS, HTTP, Cookie e User-Agent se relacionam à camada de aplicação.

Todos esses elementos se relacionam à comunicação, mas não estão na mesma camada.

Mesmo escondendo o endereço IP, um Cookie pode levar a julgar que se trata do mesmo usuário. Mesmo que o conteúdo da comunicação esteja criptografado por HTTPS, nem todas as informações sobre o destino de conexão desaparecem. Se o tratamento de DNS for inadequado, também pode ficar visível a qual domínio se tentou acessar.

Ou seja, ao pensar em anonimato, é preciso separar "o que quero esconder" de "informações de qual camada estão visíveis".

Entender o modelo TCP/IP ajuda a organizar a que parte da comunicação se relacionam endereço IP, DNS, HTTPS, Cookie, User-Agent e outros elementos.

Resumo

O modelo em camadas de rede é uma forma de entender a comunicação separando-a por papéis.

Neste artigo, vimos principalmente o modelo TCP/IP, que é útil para entender a comunicação pela Internet.

No modelo TCP/IP, a comunicação é pensada em quatro camadas.

A comunicação se estabelece porque essas camadas trabalham juntas.

Entender as camadas ajuda a separar onde ocorre um problema de rede e que tipo de informação pode ficar visível em cada ponto. Em anonimato, isso também ajuda a não concentrar tudo em um único elemento como IP, HTTPS ou Cookie, e a pensar separadamente que informações permanecem em qual camada.

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