Tipos, funções e implementação de soquetes na comunicação de rede

Protocolos de rede usados

Protocolo TCP/IP

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) é um conjunto de protocolos de comunicação usados para conectar dispositivos em uma rede e na Internet. O TCP/IP consiste em dois protocolos principais:

• Protocolo de controle de transmissão (TCP): Um protocolo orientado a conexão que garante que os dados sejam transmitidos de forma confiável e sequencial entre o remetente e o destinatário.
• Protocolo de Internet (IP): Um protocolo sem conexão responsável pelo roteamento de pacotes de dados da origem ao destino em redes complexas.

Os soquetes servem como interfaces para usar esses protocolos em aplicativos. O Socket Stream usa TCP para comunicação confiável, enquanto  o Socket Datagram usa UDP para comunicação rápida, mas menos confiável.

Papel na comunicação em rede

O TCP/IP desempenha um papel importante na comunicação de rede por vários motivos:

• Confiabilidade: o TCP fornece um mecanismo de controle de erros e garante que os dados sejam recebidos na ordem correta sem perda de dados.
• Flexibilidade: O TCP/IP pode ser usado em muitos tipos diferentes de redes, incluindo redes locais (LANs) e redes amplas (WANs).
• Compatibilidade: TCP/IP é o padrão de fato para comunicação de rede, o que significa que quase todos os dispositivos e sistemas operacionais o suportam.
• Escalabilidade: O TCP/IP foi projetado para oferecer suporte a redes de todos os tamanhos, desde pequenas redes até a Internet global.

O TCP/IP é frequentemente usado com o Socket Stream porque essa combinação fornece comunicação confiável e ordenada, o que é essencial para muitos aplicativos, como navegação na Web, e-mail e transferência de arquivos.

Protocolo UDP

UDP (User Datagram Protocol) é um protocolo de comunicação que faz parte da família de protocolos TCP/IP. O UDP é um protocolo sem conexão que permite a entrega de pacotes de dados (conhecidos como datagramas) sem qualquer garantia de entrega confiável ou sequência correta de dados.  Os soquetes de datagrama usam UDP para comunicação de dados rápida e eficiente.

Diferenças com TCP/IP

Vantagens de usar o UDP:

• Velocidade: Como não há sobrecarga para controle de conexão ou sequenciamento de pacotes,  o UDP é mais rápido que o TCP.
• Baixa latência:  o UDP tem menor latência porque não requer configurações de conexão antes que os dados possam ser enviados.
• Eficiência:  o UDP é mais eficiente para aplicativos que podem tolerar a perda de vários pacotes de dados, como streaming de mídia e jogos online.

Desvantagens de usar UDP:

• Não confiável:  UDP não garante a transmissão de dados. Os pacotes de dados podem ser perdidos ou chegar na ordem errada.
• Sem controle de fluxo:  o UDP não possui um mecanismo de controle de fluxo para evitar sobrecarregar a rede.
• Sem recuperação de erros: O UDP não possui um mecanismo para detectar e corrigir erros na transmissão de dados.

O UDP é adequado para aplicativos que exigem altas velocidades e podem tolerar alguma perda de dados, enquanto o TCP é mais adequado para aplicativos que exigem confiabilidade e sequências de dados precisas.

Fluxo de soquete (TCP) vs. datagrama de soquete (UDP)

O Socket Stream (TCP) e  o Socket Datagram (UDP) têm características diferentes que os tornam mais adequados para diferentes situações. A escolha entre velocidade e confiabilidade depende das necessidades específicas do aplicativo ou serviço que está sendo desenvolvido.

Fluxo de soquete (TCP)

Confiabilidade:

• Entrega sequencial: O TCP garante que os dados serão recebidos na mesma ordem em que foram enviados.
• Controle de erros: O TCP possui um mecanismo para detectar e corrigir erros de transmissão.
• Controle de fluxo: O TCP gerencia o fluxo de dados entre o remetente e o destinatário para evitar sobrecarga na rede.
• Handshake: O TCP requer um processo de três vias (handshake de três vias) para estabelecer uma conexão antes que os dados possam ser transmitidos, garantindo que a conexão seja estável antes que a comunicação ocorra.

Quando escolher TCP (fluxo de soquete):

• Aplicativos da Web: HTTP e HTTPS usam TCP para garantir a entrega de documentos da Web completos e sequenciais.
• E-mail: Protocolos como SMTP, IMAP e POP3 usam TCP para garantir que as mensagens de e-mail sejam enviadas e recebidas corretamente.
• Transferência de arquivos: Os protocolos FTP e SFTP usam TCP para garantir que os arquivos sejam transferidos sem erros.
• Aplicativos de transação: Os sistemas bancários e as transações financeiras usam TCP para garantir que os dados da transação não sejam perdidos ou corrompidos.

Datagrama de soquete (UDP)

Velocidade:

• Sem conexão: o UDP não requer um processo de conexão como o TCP, tornando-o mais rápido.
• Sem garantia de entrega: O UDP não garante entrega confiável ou sequencial, por isso tem menor latência.
• Eficiência: o UDP é mais eficiente em termos de uso de recursos porque não há sobrecarga para controle de erros e sequenciamento.

Quando escolher UDP (Datagrama de Soquete):

• Streaming de mídia: Aplicativos como streaming de vídeo e rádio online usam UDP para enviar dados continuamente com baixa latência, embora alguns pacotes de dados possam ser perdidos.
• Jogos online: Os jogos online geralmente usam UDP para comunicação rápida entre o servidor e o cliente, pois a perda de alguns pacotes de dados não afeta tanto a experiência de jogo.
• VoIP (Voice over IP): As aplicações de telefonia pela Internet utilizam UDP para enviar dados de voz com baixa latência, pois uma pequena perda de dados não interrompe a conversa.
• Broadcast e Multicast: UDP é usado para enviar dados para vários receptores simultaneamente em uma rede.

Aqui está uma tabela de comparação simples entre TCP e UDP: