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# Uma introdução a TCP, UDP e Sockets

 Uma introdução (base teórica) para TCP, UDP e Sockets, principalmente para desenvolvedores que desejam programar com Sockets.

 [ Kennedy Tedesco ](https://www.treinaweb.com.br/blog/autor/kennedy-tedesco) 8 anos atrás

  ![](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/uploads/2019/06/11140050/sockets-redes-tcp-udp.png)  

A ideia desse artigo é introduzir o essencial para desenvolvedores que desejam compreender sockets. O foco estará na parte teórica, que servirá de base para outros artigos que lidarão com a parte prática da programação com sockets.

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## A rede de computadores

Uma rede de computadores caracteriza-se por dois ou mais computadores interligados, não importando por qual meio (cabos, ondas de rádio etc), desde que sejam capazes de trocar informações entre si e/ou compartilhar seus recursos de hardware.

Em uma rede de computadores também podemos ter clientes e servidores. *Servidor* é uma máquina que fornece um serviço qualquer na rede e *Cliente* é uma máquina que consome o serviço fornecido pelo *Servidor*. Também dizemos que algumas aplicações são clientes e outras servidoras, quando fornecem ou consomem serviços na rede. Por exemplo, o [Mozilla Thunderbird](https://www.thunderbird.net/pt-BR/) é um cliente de e-mail, já o [Postfix](https://e-tinet.com/linux/postfix-servidor-email/) é um servidor de e-mail. Um navegador de internet (Chrome, Firefox etc) é uma aplicação cliente que requisita dados de um servidor.

Uma rede funciona sob protocolos (que são regras que definem o funcionamento dela) e a família de protocolos mais conhecida e utilizada é a **TCP/IP**, que engloba os protocolos *IP* (da camada de rede), *TCP* e *UDP* (da camada de transporte), *HTTP* (da camada de aplicação) entre outros.

A referência de como as redes funcionam e são construídas vem do [modelo OSI](https://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI), que foi definido pela ISO em meados dos anos 80 para servir de referência para o projeto de hardware e software das redes, pois o que acontecia é que cada fornecedor implementava o seu próprio padrão e isso prejudicava a interoperabilidade. Apesar do modelo OSI ainda ser a referência teórica (o modelo) para as redes, a arquitetura **TCP/IP** é que tem a aplicabilidade e o protagonismo nas intranets e na internet.

O modelo OSI possui sete camadas enquanto o TCP/IP é dividido em cinco. O diagrama abaixo mostra onde as camadas do modelo TCP/IP se “encaixam” no OSI:

![Diagrama TCP/IP - OSI](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/2019/06/08115141/osi-tcp.png)

O protocolo [IP (Internet Protocol)](https://pt.wikipedia.org/wiki/Protocolo_de_Internet) é o mais importante da família *TCP/IP* (ele se localiza na camada de rede) e ele deve ser associado com outros protocolos e, no contexto desse artigo, os mais importantes e mais utilizados são o *TCP* e o *UDP*.

## TCP vs UDP

Ambos são protocolos da camada de transporte e, quando precisamos de confiabilidade no transporte do dado, usamos o protocolo *IP* associado ao *TCP* (que garante a entrega das informações). Quando priorizamos mais velocidade e menos controle, associamos o protocolo *IP* ao *UDP* (tráfego de voz e vídeo são bons exemplos onde o UDP teria boa aplicabilidade, ademais, perdendo um ou outro pacote, não interfere totalmente no todo, permanecendo inteligível).

Observe que a comunicação no TCP se dá nas duas pontas:

![comunicação TCP](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/2019/06/01124308/tcp.png)

Algumas das principais características do TCP (*Transmission Control Protocol*):

- Orientado à conexão (só transmite dados se uma conexão for estabelecida depois de um *Three-way Handshake*);
- É Full-duplex, ou seja, permite que as duas máquinas envolvidas transmitam e recebam ao mesmo tempo;
- Garante a entrega, sequência (os dados são entregues de forma ordenada), não duplicação e não corrompimento;
- Automaticamente divide as informações em pequenos pacotes;
- Garante equilíbrio no envio dos dados (para não causar “sobrecarga” na comunicação);

No UDP, a comunicação se dá em uma ponta e, se algum segmento falha, isso é ignorado e o fluxo continua:

![Diagrama Comunicação UDP](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/2019/06/01124454/udp.png)

Algumas das principais características do UDP (*User Datagram Protocol*):

- Diferente do TCP ele **não** é orientado à conexão;
- Não é confiável como o TCP, ele não garante a entrega completa dos dados;
- É preciso que dividamos manualmente os dados em datagramas (entidades de dados);
- Não garante a sequência da entrega, portanto, os dados podem chegar em uma ordem aleatória;

Por essas características menos restritivas (menos controles) ele é muito mais rápido que o TCP. Como contrapartida, ele exige um pouco mais do desenvolvedor na hora de implementá-lo.

Por fim, é importante pontuar que tanto o *UDP* quanto o *TCP* trabalham com portas, que são elementos lógicos que interligam clientes e servidores de aplicações em redes *TCP/IP*. O cliente precisa saber qual porta ele se conectará no servidor. Por exemplo, servidores web por padrão usam a porta *80* para servir as páginas e quando acessamos uma página web usando o protocolo *http* (que é um protocolo de aplicação da *TCP/IP*) uma conexão *TCP* à porta *80* do servidor é feita.

## O que é um Socket?

Socket provê a comunicação entre *duas pontas* (fonte e destino) - também conhecido como *two-way communication* - entre dois processos que estejam na mesma máquina (*Unix Socket*) ou na rede (*TCP/IP Sockets*). Na rede, a representação de um socket se dá por `ip:porta`, por exemplo: `127.0.0.1:4477` (IPv4). Um socket que usa rede é um Socket TCP/IP.

Muito do que fazemos no dia a dia faz uso de sockets. O nosso navegador utiliza sockets para requisitar as páginas; quando acessamos o nosso servidor pelo protocolo de aplicação *SSH* também estamos abrindo e utilizando um socket.

Sabendo que *TCP/IP* é base da nossa comunicação na internet, considerando o [modelo de rede OSI](https://pt.wikipedia.org/wiki/Modelo_OSI), os *sockets* estão entre a camada de aplicação e a de transporte:

![Diagrama comunicação socket](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/2019/05/31211650/socket-transport-application.png)[  ![Rede de Computadores - Routing e Switching](https://d2knvm16wkt3ia.cloudfront.net/assets/svg-icon/rede-computadores.svg)   Curso Rede de Computadores - Routing e Switching Conhecer o curso ](https://www.treinaweb.com.br/curso/rede-de-computadores-routing-e-switching)

Para os processos envolvidos a sensação é que a comunicação está acontecendo diretamente entre eles, no entanto, ela está passando pelas camadas da rede. Essa abstração provida pelos Sockets é o que chamamos de comunicação lógica. Outra forma de entender os Sockets é que eles são a “interface” de comunicação interprocessos.

Todo cliente deve conhecer o *socket* do servidor (conjunto ip e porta) para se comunicar, mas o servidor só vai conhecer o *socket* do cliente quando este realizar uma conexão com ele, ou seja, a conexão no modelo *cliente-servidor* é sempre iniciada pelo cliente.

O diagrama abaixo mostra que a porta do servidor precisa ser previamente conhecida pelo cliente, enquanto que pro servidor não importa qual é a porta do cliente, ele vai conhecê-la quando a conexão dele com o cliente for estabelecida.

![Diagrama socket](https://dkrn4sk0rn31v.cloudfront.net/2019/06/08110028/sockets.png)

Sistemas operacionais baseados no Unix proveem uma interface padrão para operações *I/O* (input e output) que se passa por descritores de arquivo. Um descritor de arquivo é representado por um número inteiro que se associa a um arquivo aberto e, nesses sistemas, há uma generalização de que “tudo é um arquivo”, então, nesse contexto, um arquivo pode ser uma conexão de rede (um socket é um tipo especial de arquivo), um arquivo de texto, um arquivo de áudio, até mesmo uma pasta é um tipo especial de arquivo.

Como um socket se comporta como um arquivo, chamadas de sistema de leitura e escrita são aplicáveis, da mesma forma como funcionam em um arquivo ordinário, e é aqui que entra a programação de sockets com a API [**POSIX sockets**](https://en.wikipedia.org/wiki/Berkeley_sockets). Linguagens como o Java, PHP etc, abstraem isso fornecendo ao desenvolvedor uma API de ainda mais alto nível.

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### Unix Socket

Em sistemas *Unix* e agora recentemente também no [Windows 10](https://devblogs.microsoft.com/commandline/af_unix-comes-to-windows/), temos um mecanismo para a comunicação entre processos que estão no mesmo host (ao invés da rede), chamado de Unix Socket. A diferença entre um [Unix Socket](https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_domain_socket) (*IPC Socket*) de um [TCP/IP Socket](https://en.wikipedia.org/wiki/Network_socket) é que o primeiro permite a comunicação entre processos que estão na mesma máquina. Já o segundo, além disso, permite a comunicação entre processos através da rede.

No entanto, um *TCP/IP Socket* também pode ser usado para a comunicação de processos que estão na mesma máquina através do [loopback](https://pt.wikipedia.org/wiki/Loopback) que é uma interface virtual de rede que permite que um cliente e um servidor no mesmo *host* se comuniquem (em IPv4 através do IP *127.0.0.0*).

A particularidade é que *Unix Sockets* estão sujeitos às permissões do sistema e costumam ser um pouco mais performáticos, pois não precisam realizar algumas checagens e operações, por exemplo, de roteamento, algo que acontece com os *TCP/IP Sockets*. Ou seja, se os processos estão na mesma máquina, *Unix Sockets* podem ser a melhor opção, mas se estiverem distribuídos na rede, os *TCP/IP Sockets* são a escolha certa.

Se você tem acesso a algum servidor baseado em Unix, execute `netstat -a -p --unix` que ele listará todos os *Unix Sockets* abertos no sistema operacional (bem como mostrará outras informações como o tipo do *Socket*, caminho etc). Se você quiser visualizar tanto os *TCP/IP Sockets* quanto os *Unix Sockets*, você pode executar `netstat -na`, ele exibirá duas tabelas listando todos os sockets abertos:

```
Active Internet connections (servers and established)
Proto Recv-Q Send-Q Local Address           Foreign Address         State
tcp        0      0 127.0.0.1:9070          0.0.0.0:*               LISTEN
tcp        0      0 127.0.0.1:9072          0.0.0.0:*               LISTEN

...

Active UNIX domain sockets (servers and established)
Proto RefCnt Flags       Type       State         I-Node   Path
unix  2      [ ]         DGRAM                    26007836 /run/user/1000/systemd/notify
unix  2      [ ACC ]     SEQPACKET  LISTENING     1976     /run/udev/control

...

```

Existem quatro tipos de sockets: *Stream Sockets*, *Datagram Sockets*, *Raw Sockets* e *Sequenced Packet Sockets* sendo que os dois primeiros são os mais comuns e utilizados.

- **Stream Sockets (SOCK\_STREAM)**: Esse tipo usa **TCP**, portanto, todas as características enumeradas anteriormente se aplicam a ele: garantia de entrega e ordem, orientado à conexão etc;
- **Datagram Sockets (SOCK\_DGRAM)**: Esse tipo usa **UDP**, portanto, não é orientado à conexão, não garante entrega completa dos dados e exige um controle mais especial do desenvolvedor.

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## Concluindo

Sockets estão presentes em quase tudo o que fazemos na internet, naquele jogo multiplayer que você joga, naquele chat que você iniciou online e muito mais. As linguagens de programação (ou extensões delas) abstraem grande parte da programação com sockets. Espero que esse artigo te incentive a trabalhar/estudar um pouco mais sobre eles usando a sua linguagem favorita. Veja nossos artigos sobre [rede de computadore](https://www.treinaweb.com.br/blog/categoria/rede-de-computadores/ "rede de computadore")s.

### Recomendação de leitura

Se você programa ou tem interesse por PHP: [Programação de Sockets em PHP](https://www.treinaweb.com.br/blog/programacao-de-sockets-em-php/ "Programação de Sockets em PHP").

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- [ #Sockets ](https://www.treinaweb.com.br/blog/tag/sockets)
- [ #Rede de Computadores ](https://www.treinaweb.com.br/blog/tag/rede-de-computadores)
- [ #TCP/IP ](https://www.treinaweb.com.br/blog/tag/tcp-ip)

Autor

 ![Kennedy Tedesco](//secure.gravatar.com/avatar/236c86e9469327ba7a9250ff15fef424?d=mm)

## Kennedy Tedesco

 Head de desenvolvimento. Vasta experiência em desenvolvimento Web com foco em PHP. Graduado em Sistemas de Informação. Pós-graduando em Arquitetura de Software Distribuído pela PUC Minas. Zend Certified Engineer (ZCE) e Coffee Addicted Person (CAP). [@KennedyTedesco](https://twitter.com/KennedyTedesco) 

 [Todos os artigos](https://www.treinaweb.com.br/blog/autor/kennedy-tedesco)  

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