03 - Serviços

A camada de transporte oferece diferentes categorias de Serviços dependendo das necessidades da aplicação que a utiliza. Estes serviços são definidos por primitivas como orientação a conexão, confiabilidade, modo de operação (simplex, half-duplex, full-duplex) e o modelo de comunicação (circuito virtual vs datagrama).

1. Serviço Orientado à Conexão (Connection-Oriented)

Implementado principalmente pelo TCP.
- Exige uma fase de estabelecimento (Three-Way Handshake) antes dos dados serem enviados.
- Oferece um fluxo de bytes bidirecional e confiável.
- Similaridade: Funciona como uma chamada telefônica, onde o link é mantido enquanto dura a conversação.

Fases de uma Conexão TCP

Características do Serviço Orientado a Conexão

• Negociação de parâmetros: MSS, Window Scale, SACK, Timestamps trocados no SYN.
• Manutenção de estado: Ambos os lados mantêm Sequence Number, Ack Number, cwnd, rwnd, ssthresh.
• Detecção de falhas: Timeout de inatividade (keepalive) detecta queda do par.
• Custo: 1 RTT extra antes do primeiro byte útil + overhead de cabeçalho (20 bytes).

2. Serviço Sem Conexão (Connectionless)

Implementado principalmente pelo UDP.
- Não há estabelecimento prévio de conexão; o dado é simplesmente enviado.
- Cada unidade de dados (Datagrama) é tratada de forma independente.
- Similaridade: Funciona como o correio tradicional (enviar cartas), onde não há garantia de que a carta do dia anterior chegará antes da carta de hoje.

Características do Serviço Sem Conexão

• Stateless: O emissor não mantém informação sobre datagramas enviados.
• Sem overhead de handshake: o primeiro byte útil já pode ir no primeiro datagrama (0-RTT).
• Independência de mensagens: Cada datagrama é uma mensagem autocontida (modelo de record boundary preservado, ao contrário do TCP que é byte stream).
• Suporte a multicast: natural, já que cada datagrama é roteado isoladamente.

3. Serviço Confiável vs Não Confiável

Confiável (TCP)

Garante entrega através de:
- Sequence numbers e ACKs cumulativos.
- Retransmissão por timeout (RTO) ou Fast Retransmit (3 dup ACKs).
- Detecção de duplicatas e reordenação para entrega à aplicação em ordem.
- SACK para retransmitir apenas o necessário.

Não Confiável (UDP)

• Nenhuma garantia: pacotes podem ser perdidos, duplicados ou reordenados.
• A aplicação é responsável por qualquer confiabilidade desejada (ex: TFTP implementa seu próprio ACK, QUIC implementa sua própria retransmissão).
• Vantagem: nenhuma sobrecarga de temporizadores, buffers de retransmissão ou estado.

4. Modo de Operação

No TCP o full-duplex é uma propriedade fundamental: cada direção tem seu próprio Sequence Number e Window Size independentes. Fechar uma direção (FIN) não fecha a outra até que ambos os lados façam isso.

5. Circuito Virtual vs Datagrama

Esses dois paradigmas vêm da teoria de redes de pacotes e correspondem à divisão entre TCP e UDP na camada de transporte:

Importante: o TCP simula um circuito virtual entre os dois hosts sem que os roteadores intermediários saibam da sua existência. O estado é mantido apenas nas pontas (end-to-end principle, RFC 1958).

6. Serviços Adicionais da Camada de Transporte

• Controle de fluxo (TCP): Window Size protege o receptor de ser inundado.
• Controle de congestão (TCP): cwnd e algoritmos (Reno, CUBIC, BBR) protegem a rede.
• Controle de erro (TCP e UDP): Checksum com pseudo-header detecta corrupção e endereçamento incorreto.
• Serviço de stream (TCP): entrega de bytes em ordem, sem fronteiras de mensagem.
• Serviço de mensagem (UDP): preserva fronteiras entre datagramas — cada sendto corresponde a um recvfrom no destino.

7. Qual Serviço Escolher?

A escolha depende do compromisso entre Confiabilidade e Velocidade:

8. Serviços Híbridos Modernos

Aplicações recentes fogem à dicotomia TCP/UDP:

• QUIC (HTTP/3): roda sobre UDP, mas implementa confiabilidade, controle de congestão e criptografia (TLS 1.3) em userspace. Permite múltiplos streams independentes (sem head-of-line blocking) e 0-RTT para conexões repetidas.
• SCTP (Stream Control Transmission Protocol, RFC 4960): combina características de TCP (confiável) e UDP (mensagem-preservando), com suporte a multi-homing e múltiplos streams numa mesma conexão. Usado em sinalização telefônica (SIGTRAN).
• WebRTC: usa SRTP sobre UDP, com congestão customizada (GCC) e FEC para tolerar perdas em tempo real.