Network

Camadas de Redes

Modelo OSI

O modelo OSI é um modelo de referência conceitual que padroniza como sistemas de comunicação trocam dados. Possui 7 camadas, cada uma com responsabilidade bem definida.

7. Aplicação

É a camada mais próxima do usuário. Fornece a interface entre o software e a rede, permitindo que aplicações acessem serviços de comunicação. Protocolos: HTTP, FTP, DNS, SMTP, SSH

6. Apresentação

Responsável pela tradução dos dados entre formatos que a aplicação entende e formatos adequados para transmissão. Também cuida de criptografia e compressão. Protocolos: SSL/TLS, JPEG, ASCII, MPEG

5. Sessão

Gerencia o estabelecimento, manutenção e encerramento de sessões entre aplicações. Controla o diálogo entre sistemas, inclusive recuperação em caso de falha. Protocolos: NetBIOS, RPC, PPTP

4. Transporte

Garante a entrega fim-a-fim dos dados. É responsável por segmentação, controle de fluxo, controle de erro e confiabilidade da transmissão. Protocolos: TCP (confiável, orientado a conexão), UDP (rápido, sem garantia)

3. Rede

Determina o melhor caminho para os dados chegarem ao destino, realizando o roteamento entre redes distintas. Trabalha com endereçamento lógico. Protocolos: IP, ICMP, OSPF, BGP

2. Enlace de Dados

Garante a transferência confiável de dados entre dois nós diretamente conectados. Detecta e corrige erros da camada física. Trabalha com endereçamento físico (MAC). Protocolos: Ethernet, Wi-Fi (802.11), ARP

1. Física

Transmite os bits brutos pelo meio físico. Define características elétricas, mecânicas e funcionais do meio de transmissão. Exemplos: Cabos coaxiais, fibra óptica, sinais de rádio, conectores RJ45

Modelo TCP/IP (4 camadas)

O modelo prático usado na internet real, que "colapsa" algumas camadas do OSI.

PDUs

Protocol Data Unit é a forma como cada layer é encapsulado. Cada camada adiciona um cabeçalho (header) ao dado antes de passar para a camada abaixo. Na recepção, cada camada remove o seu cabeçalho (desencapsulamento). PDUs por camada:

• Aplicação → mensagem
• Transporte → segmento (TCP) / datagrama (UDP)
• Rede → pacote
• Enlace → quadro (frame)
• Física → bit

Domínio de Colisão

Sobre a l1 e l2, é a área da rede onde dois dispositivos podem tentar enviar dados ao mesmo tempo pelo mesmo meio, causando uma interferência (colisão).

Domínio de Broadcast

Broadcast é a transmissão simultânea para multiplos receptores. O domínio então seria quais dispositivos estariam conectados para processar um sinal enviado por broadcast. Quem limita esse domínio é um router ou alterar a máscara (usando #CIDR).

Máscara

Existe tanto para IPv4 quanto para IPv6. A máscara ela define qual rede o IP está. Ou seja, enquanto que o IP identifica exatamente o dispositivo, a máscara do IP revela quem é considerado vizinho direto (está na mesma rede ou não). Exemplo: 192.168.1.10/24 e 192.168.1.10/26 pertencem a um mesmo dispositvo, porém, a forma como se interpreta a rede é diferente.

CIDR

Classless Inter-Domain Routing é uma forma moderna (surgiu em1993) de representar faixas de IP e fazer roteamento. É o substituto do modelo #Classful Addressing. Dessa forma, os IP são munidos junto com a notação /n, indicando tamanho a se considerar da máscara e, portanto, qual rede. Passar a usar mácaras de tamanho variável e não mais classes (com máscaras implícitas fixas), reduziu o desperdiço de IPs. Agora é possível ajustar a máscara conforme a nescessidade.

VLSM

Classful Addressing

Surgiu em 1981, os IPs eram divididos em classes, baseadas no primeiro número do endereço.

Desperdício de IPs

Imagine uma empresa que precisava de 500 IPs. No modelo Classful Addressing:

• Classe C (254) → pequeno demais
• Classe B (65 mil) → absurdo de grande Se a empresa escolhesse um IP de classe B. Ex: 154.12.0.1/16 ao 154.12.1.245/16, (eles nao vinham com a notacao /16, seria algo implícito). O restante dos outros IPs, 154.12.1.246/16 ao 154.12.255.255/16 não poderiam ser alocados. Se alguem tentasse alocar um desses IPs e nao estivesse fisicamente perto/ conectado em um router comum, a pessoa nao conseguiria se conectar a internet/ uma rede maior. Todo pacote que fosse para ela seria roteado para a empresa na verdade (os roteadores iriam ler 154.12.x.x e ir enviando ponto a ponto para onde está a empresa). (Ou seja, fora o erro de roteamento errado, os vários hosts que pertecem a mesma rede produziriam Broadcast Storm/ erro devido ao #Domínio de Broadcast ser muito grande).

Network Socket

É uma abstração do SO usada pela camada de aplicação para acessar a rede. é basicamente a interface que o SO fornece para a aplicação usar TCP/UDP/IP.

O SO fornece operações de sockets principais para os programas:

• bind(): vincular uma porta a um IP. isso faz com que o SO saiba para qual processo entregar os dados.
• listen(): é exclusivo para TCP. prepara o socket, definindo o tamanho da fila de conexões (para começar a receber SYNs e handshakes).
• accept(): é exclusivo para TCP.
• recv():
• send(): receive um dado

Quando falamos de blocking/non-blocking estamos no rerindo ao comportamento de I/O, seja no contexto de CPU, Filesystem e em sockets de rede.

Blocking

Se chamar recv() e não houver dados, a thread atual fica bloqueada até que os dados cheguem. É mais fácil de programar e entender (programação síncrona/sequencial). Porém, tem baixa eficiência para muitos clientes. Requer uma thread por conexão, o que consome muita memória e CPU para troca de contexto sobrecarregada.

Non-blocking

Se recv() for chamado e não houver dados, a função retorna um erro específico (como EWOULDBLOCK ou EAGAIN no Linux/Unix) imediatamente. Isso permitindo a multiplexação de conexões.

Sync/Async vs Blocking/Non-blocking

Sync/async é sobre como você espera no seu programa. "chega depois". Bllocking/non-blocking é sobre se a thread fica realmente bloqueada na syscall;

Os dois eixos são independentes — só são fortemente correlacionados porque os runtimes mais populares casam um modelo async com I/O non-blocking por baixo.

Event Loop é uma arquitetura que coordena Async + Non-Blocking.

Analogia

• Sync + blocking: você pede e fica parado no balcão até sair.
• Sync + non-blocking: você pede, pergunta "pronto?", recebe "não" e fica perguntando em loop.
• Async + non-blocking: você pede, recebe uma senha (Future/Promise), vai sentar e mexer no celular; te chamam quando fica pronto.
• Async + blocking: você "tem uma senha", mas ainda assim fica plantado no balcão sem fazer nada — desperdiça o mecanismo assíncrono.

Conclusão

sync + blocking é o thread-per-request tradicional. MUITO usado. Async + non-blocking é o moderno modelo event-loop com multiplexação de IO. muito usado. Sync + non-blocking é um pooling. meio estranho mas é usado em alguns cenários. Async + blocking é possívelmente erro. Não traz benefício de fato. é estranho voce fazer um "chega depois"/prometer ceder a thread durante esperas — mas chama algo que segura a thread mesmo assim.

Referências