Portas TCP e UDP

A entrega de encomendas pelo correio é possível porque cada casa tem um endereço único. Na internet acontece a mesma coisa. Cada dispositivo conectado à internet possui um endereço único, atribuído pelo servidor DHCP.

Porém, além de casas, existem os apartamentos que compartilham o mesmo endereço com outros apartamentos. Para um entregador encontrar o apartamento destino para fazer a sua entrega, ele vai precisar do número do apartamento. Na internet acontece exatamente a mesma coisa.

O que é porta?

A porta é um número que é adicionado no final do endereço IP. A porta é vinculada a um aplicativo que está em execução na máquina cujo endereço IP foi atribuído.

No exemplo acima, caso a máquina com o endereço IP 192.168.11.2 permita o acesso na porta 80, uma outra máquina pode acessar o seu conteúdo através da porta 80. Na porta 80, geralmente é permitido o acesso através do protocolo HTTP.

Mesmo tendo o endereço IP de alguma máquina hospedeira, não significa que podemos ter total acesso à ela. Só é possível acessar os aplicativos permitidos pela máquina hospedeira. Uma máquina é programada para permitir acesso em determinadas portas apenas para máquinas autorizadas através da internet.

Quando uma máquina disponibiliza um serviço através de uma porta, ela se torna um servidor. A diferença entre um servidor e um computador é o seu papel na transferência de dados. A máquina que acessa outro computador é chamada de cliente e a máquina que fornece dados é chamada de servidor.

Um computador pode servir como cliente ou servidor. Quando visualizamos algum conteúdo na internet, nosso dispositivo se torna o cliente e o dispositivo que fornece o conteúdo é o servidor. O servidor é capaz de controlar os acessos com tecnologias como firewall e evitar múltiplos acessos em um curto período de tempo (DoS) para aumentar a segurança e manter a acessibilidade.

Uma máquina pode ter múltiplas portas e permitir mais do que um tipo de acesso. Um exemplo é a computação em nuvem que deve ter as suas portas configuradas para permitir o acesso remoto dos clientes através de protocolos específicos e seguros.

Obs: Porta é a expressão em português na área de informação para expressar a palavra “port”. Ambas palavras “porta” e “port” possuem significados diferentes se traduzidas em sua utilização ordinária. Essas palavras só possuem o mesmo significado se usadas na área de informação.

Considere o endereço IP abaixo:
$$150.94.177.5$$
O endereço IP acima é apenas o endereço IP de alguma máquina conectada à internet. Mesmo não tendo uma porta definida, as configurações desse servidor encaminham o cliente para a porta que permite o acesso. Se o acesso for feito através do navegador e o acesso for permitido, provavelmente a porta que o cliente será encaminhado será 443, onde geralmente atua o protocolo HTTPS.

O número da porta pode ser arbitrário. Porém, utilizamos algumas portas como padrão para alguns aplicativos. A porta 80 é usada como porta padrão para a visualização de sites através do navegador, ou seja, o protocolo HTTP.

Além dessa porta, existem muitas outras portas padrões. Algumas delas são:

A razão para usarmos uma porta padrão é para facilitar a identificação do aplicativo que está sendo executado em cada porta. Porém, como medida de segurança, alguns programadores usam portas aleatórias para o acesso.

Em resumo, para um servidor poder ser acessado através da internet, ele precisa ser configurado para liberar uma porta para o acesso externo. Mesmo se um computador ter um endereço IP e estar conectado com a internet, não é possível acessar essa máquina. Entretanto, há excessões onde uma máquina é infectada com malwares como o RAT para obter acesso remoto sem a permissão de um servidor.

A maioria dos protocolos usados na internet são extensões dos protocolos TCP e UDP. Os protocolos TCP e UDP são a base para muitos protocolos usados hoje na internet.

TCP (Transmission Control Protocol)

No modelo OSI, o TCP (protocolo de controle de transmissão) é utilizado na camada de transporte. O TCP permite uma conexão orientada e garante a entrega de dados seja feita entre o servidor e o cliente. Um conexão orientada significa que o servidor e o cliente deve estabelecer a conexão primeiro, e em seguida fazer a transferência de dados.

A unidade de dados básica do TCP é chamada de segmento. Um segmento tem um cabeçalho (header) e carga útil (payload). No cabeçalho são armazenadas informações sobre o segmento, uma dessas informações é a porta de origem e destino.

Durante o tráfego dos segmentos, imprevistos como problemas de conexão podem acontecer durante o caminho. Nesse caso o TCP reenvia os segmentos e certifica que os dados chegaram em segurança na outra máquina para encerrar a conexão.

Apesar do TCP garantir o envio de dados, ele tem um ponto negativo: a latência. A latência pode se tornar um problema para clientes e servidores que necessitam transferência de dados volumosas em tempo real. Por isso, o TCP é usado em ocasiões onde a latência não apresenta prejuízos para a experiência do usuário, como em e-mails, visualização de sites e download de arquivos.

UDP (User Datagram Protocol)

Assim como o TCP (protocolo de datagrama do usuário), o UDP também também atua na camada de transporte. A unidade de dados do UDP é o datagrama e assim como o segmento TCP, possui cabeçalho e carga útil. A grande diferença do UDP com o protocolo TCP é que ele não garante que os dados cheguem ao computador cliente. O UDP simplesmente continua enviando dados de forma contínua para o cliente sem verificar se os dados chegaram no outro lado. Outro fato importante é que no UDP, um servidor pode realizar troca de dados com múltiplos clientes, ou seja, vários clientes podem acessar um único servidor ao mesmo tempo.

Mesmo não garantindo a entrega de dados, essa forma de transmissão pode ser vantajosa para aplicativos que necessitam alta velocidade de transmissão, como vídeos, jogos online ou conversas online.

Portas TCP e UDP

Como documentado no RFC 1180, os protocolos TCP e UDP ficam situados acima do IP que é o endereço lógico da máquina conectada com a internet externa.

A imagem acima mostra a estrutura simplificada dentro de um computador que pode se conectar com a internet. Fora do quadrado, há o campo chamado “conexão” que indica um cabo que conecta o computador com a internet. ARP é um protocolo que gerencia o endereço MAC em relação ao endereço IP. ENET é a forma simplificada de “Ethernet” que indica um cabo com acesso a internet conectado diretamente ao computador.

Observando a imagem acima é possível observar que os protocolos TCP e UDP utilizam o endereço IP para fazer a comunicação entre computadores. No quadrado “IP”, a informação chega em pacotes IP (IP packets) que contém no seu cabeçalho (header) o tipo de protocolo a ser utilizado (TCP ou UDP) na conexão. Na carga útil (payload) do pacote IP, os dados podem ser segmentos TCP ou datagramas UDP. Em outras palavras, um endereço IP usando a mesma porta pode fazer transferência de dados com UDP ou TCP. Porém, há portas que só suportam TCP e portas que suportam apenas UDP.

Abaixo temos uma lista típica dessas portas:

Exemplo de comunicação TCP e UDP.

A IANA (Autoridade para Atribuição de Números da Internet) é responsável por gerenciar as portas, os aplicativos que atuam nas portas e os protocolos utilizados. Mesmo não sendo padronizado pela IANA aplicativos podem ser vinculados a portas arbitrárias e usar o protocolo mesmo não sendo reconhecido oficialmente.

É importante lembrar que o uso de portas não oficializadas pode levar a problemas de compatibilidade com outros sistemas ou dispositivos de rede, especialmente se houver interação com serviços de terceiros. Alguns sistemas de firewall ou roteadores podem bloquear ou restringir o tráfego em portas não oficializadas por padrão.

Ao usar portas não oficializadas, é recomendável documentar e comunicar claramente a porta que está sendo usada, a fim de evitar conflitos ou problemas de conectividade com outros sistemas.

Conclusão

Aplicativos podem escolher entre TCP e UDP para atender as suas exigências, porém não podem usar ambos protocolos simultaneamente na mesma porta. É importante vincular os aplicativos com seus respectivos protocolos em portas documentadas pela IANA para evitar problemas de compatibilidade no futuro.