Os frames Ethernet são “envelopes” para os pacotes TCP/IP. O aplicativo (um navegador, um servidor web, ou qualquer outro aplicativo transmitindo dados pela rede) envia os dados ao sistema operacional, que divide o fluxo em pacotes TCP/IP e os envia à placa de rede. As placas de rede (que não entendem o protocolo TCP/IP) tratam os pacotes como um fluxo de dados qualquer e adicionam mais uma camada de endereçamento, desta vez baseada nos endereços MAC dos dispositivos da rede, gerando o frame Ethernet que é finalmente transmitido. Ao chegar do outro lado, o “envelope” é removido e o pacote TCP/IP é entregue.
O uso dos frames adiciona alguns bytes adicionais a cada pacote transmitido, reduzindo sutilmente o desempenho da rede. Veja o diagrama de um frame Ethernet:
A transmissão de cada frame começa com o envio de 8 bytes contendo um preâmbulo e uma sequência de inicialização. Ele serve para avisar outros micros da rede de que uma transmissão está prestes a começar. Estes 8 bytes iniciais não fazem parte do frame e são descartados pelas placas de rede depois de recebidos, por isso não aparecem no relatório mostrado por sniffers de rede, como o wireshark.
O pacote TCP/IP está contido dentro do campo de dados, que pode incluir até 1500 bytes por frame. Junto com os dados é transmitido o cabeçalho do frame (14 bytes no total), que inclui o endereço MAC de destino, endereço MAC de origem e um campo para o tipo de dados e mais 4 bytes finais, que contém códigos de CRC, usados (pelas placas de rede) para verificar a integridade do frame recebido. Caso o frame chegue incompleto ou corrompido, a placa de rede solicita a retransmissão.
Dentro do pacote TCP/IP temos novos headers, que contém o endereço IP de origem, endereço IP de destino, porta de origem, porta de destino, códigos de verificações, número do pacote, campo para inclusão de opções e assim por diante. No total, temos 20 bytes para os headers do protocolo TCP e mais 20 bytes para os headers do protocolo IP, totalizando 40 bytes de headers por pacote. Desta forma, temos 1460 bytes de dados em um pacote de 1500 bytes e 536 bytes de dados em um pacote de 576 bytes, por exemplo:
À primeira vista, pode parecer estranho que sejam incluídos headers separados para o TCP e o IP, mas a verdade é que os dois são complementares e por isso não podem ser dissociados. É por isso que usamos o termo “TCP/IP”, como se os dois protocolos fossem uma coisa só.
Os headers do protocolo IP incluem o endereço IP de origem e o endereço IP de destino, enquanto os headers do TCP incluem a porta de origem e de destino, por exemplo. Em resumo, podemos dizer que o IP se encarrega da entrega dos pacotes, enquanto o TCP se encarrega da verificação de erros, numeração de portas e tudo mais.
Como disse, os pacotes podem ter até 1500 bytes no total, onde temos até 1460 bytes de dados e 40 bytes dos headers. Arquivos e outros tipos de informações são transmitidas na forma de sequências de vários pacotes. Um arquivo de 15 KB, por exemplo, seria dividido em um total de 11 pacotes; os 10 primeiros contendo 1460 bytes cada um e o último contendo os últimos 760 bytes. É graças aos códigos de verificação e numeração dos pacotes que arquivos grandes podem ser transmitidos de forma íntegra mesmo através de conexões via modem ou links wireless, onde diversos pacotes são corrompidos ou perdidos. Basta retransmitir os pacotes extraviados ou danificados quantas vezes for necessário. 🙂
Embora os pacotes TCP/IP de 1500 bytes sejam os mais comuns, o tamanho pode variar de acordo com o meio de transmissão usado. No ADSL PPPoE (o ADSL com autenticação, usado na maioria das instalações atuais), por exemplo, são utilizados pacotes de 1492 bytes, enquanto que nas conexões discadas são geralmente utilizados pacotes de apenas 576 bytes. Existem ainda casos de pacotes maiores, utilizados em situações específicas.
Dentro da rede local, temos (incluindo o preâmbulo do frame Ethernet) um total de 1526 bytes transmitidos para cada pacote TCP/IP de 1500 bytes. Em uma rede local, que trabalha a 100 ou 1000 megabits, isso não faz muita diferença, mas na internet isso seria um grande desperdício. Por isso, os roteadores se encarregam de eliminar estas informações desnecessárias, retransmitindo apenas os pacotes TCP/IP propriamente ditos. É por isso disso que não é possível criar regras de firewall baseadas em endereços MAC para pacotes vindos da Internet: os endereços MAC fazem parte das informações incluídas no frame Ethernet, que são descartadas pelos roteadores.