Introdução à Comunicação por Datagramas

Normalmente, a camada responsável pela transmissão dos dados gerados em camadas superiores realiza a transmissão de duas formas: dados fragmentados em pacotes (datagramas) ou streaming. As principais diferenças entre uma transmissão em streaming e uma transmissão baseada em pacotes (datagramas) estão relacionadas à forma como os dados são enviados, recebidos e processados. Vamos analisar cada uma:

Transmissão em Streaming

• Definição: É uma forma de transmissão contínua de dados, geralmente usada para conteúdos multimídia (áudio e vídeo).
• Protocolo comum: Utiliza protocolos como RTP (Real-time Transport Protocol) sobre UDP ou HLS/DASH sobre HTTP.
• Modo de entrega: Os dados são entregues e processados continuamente, permitindo a reprodução do conteúdo quase em tempo real, sem necessidade de download completo.
• Latência: Baixa a moderada, dependendo da técnica utilizada (por exemplo, buffering para evitar interrupções).
• Controle de erro: Pode tolerar pequenas perdas sem comprometer significativamente a experiência do usuário.
• Exemplos de uso: Plataformas como Netflix, YouTube, Spotify e transmissões ao vivo.

Transmissão em Pacotes (Datagramas)

• Definição: Baseia-se no envio de pacotes de dados independentes, onde cada datagrama pode seguir um caminho diferente na rede.
• Exemplos: Protocolos como UDP (User Datagram Protocol), que não garante a entrega ou a ordem dos pacotes. E protocolos como o TCP (Transmission Control Protocol), que provê garantia de entrega.
• Modo de entrega: Os pacotes são enviados de forma discreta, sem garantir que chegarão na mesma ordem ou mesmo que serão entregues (dependendo do protocolo).
• Latência: Aumenta quando há necessidade de confirmação de recebimento de pacotes, como no TCP.
• Controle de erro: Garantia de retransmissão no caso do TCP.
• Exemplos de uso: Aplicações em tempo real como VoIP (ligações pela internet), jogos online, DNS, transmissões multicast.

Como são os pacotes (datagramas)

Um datagrama é tipicamente dividido em 3 partes:

• Um cabeçalho (header)
• Payload (dados)
• EOP (end of package)

Nos bytes reservados ao cabeçalho são colocados os bytes de comunicação entre as partes. O metadado. Com os bytes posicionados nas posições corretas, as partes podem conversar. Confirmar envio, informar quem está enviando, qual o número do pacote, qual o tamanho do payload, confirmar recebimento... Enfim, esses bytes são utilizados para uma conversa entre as partes.

No payload são colocados os bytes de dados que foram acomodados no pacote.

O EOP é uma espécie de fim de pacote, é uma sequência combinada que marca o fim do pacote.

Por que enviar os dados segmentados em pacotes?

Os principais motivos para o uso de transmissão em pacotes são:

1. Eficiência na utilização da rede

• Dividir dados em pacotes permite que várias transmissões ocorram simultaneamente na rede.
• Diferentes pacotes podem seguir rotas distintas para evitar congestionamentos.
• Se um pacote for perdido, somente ele será retransmitido, e não toda a mensagem.

2. Melhor controle de erro

• Cada pacote contém um checksum para verificar a integridade dos dados.
• Se houver erro na transmissão, apenas o pacote corrompido será reenviado, reduzindo desperdício de banda.

3. Gerenciamento de tráfego e controle de congestionamento

• Protocolos como TCP ajustam o tamanho dos pacotes e a taxa de envio conforme a capacidade da rede.
• Se a rede estiver congestionada, pacotes podem ser redirecionados ou retransmitidos.

4. Fragmentação e reassemblagem

• Pacotes menores são mais fáceis de transportar e evitam bloqueios em redes de diferentes capacidades.
• Dispositivos intermediários, como roteadores, podem fragmentar ou juntar pacotes conforme necessário.

5. Comunicação mais robusta e confiável

• Se uma conexão for interrompida, pacotes já transmitidos não são perdidos.
• A comunicação pode ser mantida mesmo com falhas parciais na rede.

Exemplo de datagrama: Cabeçalho TCP

Exemplo de datagrama: Cabeçalho TCP (20 bytes fixos + opções variáveis)

Além do cabeçalho, o protocolo TCP possui um payload variável, com tamanho máximo de 1469 bytes.
O tamanho do payload de cada pacote é normalmente informado no próprio cabeçalho.

Explicação dos principais campos do cabeçalho TCP

1. Número de sequência (Sequence Number)

• Indica qual é o primeiro byte do segmento dentro do fluxo de dados.
• Importante para remontar os dados na ordem correta.

2. Número de confirmação (Acknowledgment Number)

• Usado pelo destinatário para informar qual o próximo byte esperado.
• Se um segmento for perdido, ele não será confirmado, e o remetente o reenviará.

3. Flags de controle (9 bits)

• URG (Urgent) → Indica dados urgentes.
• ACK (Acknowledgment) → Confirma recebimento de dados.
• PSH (Push) → Solicita entrega imediata ao aplicativo.
• RST (Reset) → Reinicia a conexão abruptamente.
• SYN (Synchronize) → Inicia uma conexão.
• FIN (Finish) → Finaliza uma conexão.

4. Tamanho da Janela (Window Size)

• Define quantos bytes o receptor pode armazenar antes de precisar enviar uma confirmação.
• Essencial para o controle de congestionamento e fluxo de dados.

5. Checksum

• Validado pelo receptor para garantir que os dados não foram corrompidos durante a transmissão.