Multiplexação e demultiplexação

Nesta seção, discutiremos multiplexação e demultiplexação na camada de transporte, isto é, a ampliação do serviço de entrega hospedeiro a hospedeiro provido pela camada de rede para um serviço de entrega processo a processo para aplicações que rodam nesses hospedeiros. Para manter a discussão em nível concreto, vamos examinar esse serviço básico da camada de transporte no contexto da Internet. Enfatizamos, contudo, que o serviço de multiplexação/demultiplexação é necessário para todas as redes de computadores.

No hospedeiro de destino, a camada de transporte recebe segmentos da camada de rede logo abaixo dela e tem a responsabilidade de entregar os dados desses segmentos ao processo de aplicação apropriado que roda no hospedeiro. Vamos examinar um exemplo. Suponha que você esteja sentado à frente de seu computador, descarregando páginas Web enquanto roda uma sessão FTP e duas sessões Telnet. Por conseguinte, você tem quatro processos de aplicação de rede em execução — dois processos Telnet, um processo FTP e um processo HTTP. Quando a camada de transporte em seu computador receber dados da camada de rede abaixo dela, precisará direcionar os dados recebidos a um desses quatro processos. Vamos ver agora como isso é feito.

Em primeiro lugar, lembre-se de que dissemos, nas seções 2.7 e 2.8, que um processo (como parte de uma aplicação de rede) pode ter um ou mais sockets, portas pelas quais dados passam da rede para o processo e do processo para a rede. Assim, como mostra a Figura 3.2, a camada de transporte do hospedeiro destinatário na verdade não entrega dados diretamente a um processo, mas a um socket intermediário. Como, a qualquer dado instante, pode haver mais de um socket no hospedeiro destinatário, cada um tem um identificador exclusivo. O formato do identificador depende de o socket ser UDP ou TCP, como discutiremos em breve.

Agora, vamos considerar como um hospedeiro destinatário direciona à porta correta um segmento de camada de transporte que chega. Cada segmento de camada de transporte tem um conjunto de campos para essa finalidade. Na extremidade receptora, a camada de transporte examina esses campos para identificar a porta receptora e direcionar o segmento a esse socket. A tarefa de entregar os dados contidos em um segmento da camada de transporte à porta correta é denominada demultiplexação. O trabalho de reunir, no hospedeiro de origem, porções de dados provenientes de diferentes portas, encapsular cada porção de dados com informações de cabeçalho (que mais tarde serão usadas na demultiplexação) para criar segmentos, e passar esses segmentos para a camada de rede é denominada multiplexação. Note que a camada de transporte do hospedeiro que está no meio da Figura 3.2 tem de demultiplexar segmentos que chegam da camada de rede abaixo para os processos P1 ou P2 acima; isso é feito direcionando à porta correspondente do processo os dados contidos no segmento que está chegando. A camada de transporte desse hospedeiro também tem de juntar dados de saída dessas portas, formar segmentos de camada de transporte e passá-los à camada de rede. Embora tenhamos apresentado multiplexação e demultiplexação no contexto dos protocolos de transporte da Internet, é importante entender que essas operações estarão presentes sempre que um único protocolo em uma camada (na de transporte ou em qualquer outra) for usado por vários protocolos na camada mais alta seguinte.

Para ilustrar o serviço de demultiplexação, lembre-se da metáfora das moradias apresentada na seção anterior. Cada uma das crianças é identificada por seu nome próprio. Quando Bill recebe uma grande quantidade de correspondência do carteiro, realiza uma operação de demultiplexação ao examinar para quem as cartas estão endereçadas e, em seguida, entregar a correspondência a seus irmãos e irmãs. Ann realiza uma operação de multiplexação quando coleta as cartas de seus irmãos e irmãs e entrega a correspondência na agência do correio.

Agora que entendemos os papéis da multiplexação e da demultiplexação na camada de transporte, vamos examinar como isso é feito em um hospedeiro. Sabemos, pela nossa discussão anterior, que multiplexação na camada de rede requer (1) que as portas tenham identificadores exclusivos e (2) que cada segmento tenha campos especiais que indiquem a porta para a qual o segmento deve ser entregue. Esses campos especiais, ilustrados na Figura 3.3, são o campo de número de porta da fonte e o campo de número de porta do destino. (Os segmentos UDP e TCP têm outros campos também, que serão examinados nas seções subsequentes deste capítulo.) Cada número de porta é um número de 16 bits na faixa de 0 a 65535. Os números de porta entre 0 e 1023 são denominados números de porta bem conhecidos; eles são restritos, o que significa que estão reservados para utilização por protocolos de aplicação bem conhecidos, como HTTP (que usa a porta número 80) e FTP (que usa a porta número 21). A lista dos números de porta bem conhecidos é apresentada no RFC 1700 e atualizada em http://www.iana.org [RFC 3232]. Quando desenvolvemos uma nova aplicação, devemos atribuir a ela um número de porta.

Agora já deve estar claro como a camada de transporte poderia implementar o serviço de demultiplexação: cada porta do hospedeiro pode receber um número designado; quando um segmento chega ao hospedeiro, a camada de transporte examina seu número de porta de destino e o direciona à porta correspondente. Então, os dados do segmento passam através da porta e entram no processo ligado a ela. Como veremos, é assim que o UDP faz demultiplexação. Todavia, veremos também que multiplexação/demultiplexação em TCP é ainda mais sutil. 

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