Ao enviar um e-mail ou carregar uma página da web, você não está enviando um único arquivo enorme para o mundo todo. Você está enviando uma bagunça fragmentada. Funciona por causa da rede comutada por pacotes, uma infraestrutura digital que divide os dados em pedaços menores chamados pacotes. Esses pedaços passam por uma série de switches, são roteados até seu destino e então remontados pelo computador receptor. Este processo é conhecido como armazenar e encaminhar.
Se a Internet ou sua rede local estiver inoperante, você provavelmente estará lidando com uma falha exatamente nesse mecanismo.
Por que a comutação de pacotes é melhor que a comutação de circuitos
As redes tradicionais usam comutação de circuitos. Pense nisso como uma linha telefônica dedicada. Um único caminho físico é aberto com largura de banda fixa e os dados fluem sequencialmente por essa linha até que a conversa termine. Ele mantém o caminho aberto, independentemente de alguém estar falando.
A comutação de pacotes é diferente. Não se importa com um único caminho dedicado. Em vez disso, ele direciona os pacotes por várias rotas disponíveis. Cada switch toma uma decisão com base na eficiência atual da rede. Se um caminho estiver congestionado ou interrompido, os pacotes simplesmente serão redirecionados.
Este design oferece duas vantagens principais:
* Capacidade de canal otimizada.
* Melhor tolerância a falhas.
Mas há um problema. A comutação de pacotes é complicada. Requer poder de processamento significativo e grandes quantidades de RAM para gerenciar as decisões de roteamento. Também pode introduzir atrasos. Os pacotes podem chegar fora de ordem ou alguns podem ser totalmente perdidos. Devido a esta complexidade, a comutação de pacotes é preferida para arquivos pequenos. A comutação de circuitos ainda é usada para transferências grandes e em tempo real, onde a latência é mais importante do que a eficiência.
A anatomia de um pacote de dados
Uma rede comutada por pacotes possui dois componentes principais: núcleos e bordas.
O núcleo consiste em roteadores e sistemas de controle conectados por canais de alta largura de banda. A borda é onde fica o seu dispositivo. Seu sistema host – seu PC, telefone ou tablet – envia e recebe esses pacotes.
A comunicação em todo o núcleo depende de protocolos. Esses são procedimentos que remetentes e destinatários usam para conversar de maneira eficaz. O conjunto coletivo de protocolos é chamado de pilha de protocolos.
Cada pacote que atravessa o núcleo é um datagrama. Tem duas partes:
1. Cabeçalho : Informações de controle, incluindo endereços de remetente e destinatário.
2. Carga útil : os dados reais que estão sendo entregues.
Às vezes, esses pacotes são divididos ainda mais em unidades menores. Isso é fragmentação de pacotes. Isso acontece quando os dados são muito grandes para serem manipulados por um link de rede específico de uma só vez.
Redes sem conexão versus redes orientadas a conexão
Nem todas as redes de pacotes operam da mesma maneira. Eles geralmente se enquadram em duas categorias: sem conexão e orientados a conexão.
As redes sem conexão, também chamadas de redes de datagramas, funcionam conforme descrito acima. Os dados são particionados, os cabeçalhos são anexados e cada datagrama encontra sua melhor rota da origem ao destino. Não é necessário acordo prévio.
Redes orientadas a conexão imitam a comutação de circuitos. Eles configuram uma rota dedicada entre o remetente e o destinatário antes de qualquer dado ser transferido. Essa abordagem obtém os benefícios da comutação de circuitos enquanto permanece em uma rede digital. É mais estruturado, mas menos flexível.
A história da divisão de dados
A ideia não começou com a Internet moderna. Tudo começou com Paul Baran, engenheiro da RAND Corporation. No início da década de 1960, a Força Aérea dos EUA fez-lhe uma pergunta assustadora: como poderia uma rede de comunicações informáticas sobreviver a um ataque nuclear?
Baran propôs o “roteamento da batata quente”. A ideia era dividir grandes unidades de dados em blocos menores. Ele publicou sua teoria em uma série de estudos entre 1960 e 1962. Mais tarde, ele a expandiu para uma análise de 11 volumes intitulada On Distributed Communications em agosto de 1964.
O governo e as empresas privadas o ignoraram. Eles ainda não estavam interessados em comunicações distribuídas.
De forma independente, Donald Davies, cientista da computação do Laboratório Nacional de Física do Reino Unido, chegou ao mesmo conceito. Ele começou a construir uma rede para testar a ideia. Baran chamou suas unidades de “blocos de mensagens”. Davies os chamou de “pacotes”.
O termo pegou por causa de Lawrence Roberts. Roberts era gerente da ARPA (agora DARPA). Em outubro de 1967, num simpósio em Gatlinburg, Tennessee, ele conheceu o trabalho de Davies. Roberts adotou o termo comutação de pacotes para ARPANET. Esse projeto acabaria evoluindo para a Internet que conhecemos hoje.
“A comutação de pacotes é, portanto, preferida para a transmissão de arquivos relativamente pequenos, enquanto a comutação de circuitos ainda é usada para transferências maiores.”
O legado desses primeiros engenheiros ainda está nas guias do seu navegador. Cada vez que você transmite um vídeo ou baixa um arquivo, você confia na lógica de armazenar e encaminhar que Baran e Davies criaram para sobreviver ao fim do mundo. Ou, pelo menos, para evitar que o Netflix seja armazenado em buffer quando o servidor ficar ocupado.
A Guerra Fria da comutação de pacotes
Os primeiros dias da ARPANET foram definidos por uma revolução silenciosa. Bolt Beranek e Newman, conhecidos como BBN, construíram a infraestrutura em apenas um ano. Eles pegaram os conceitos abstratos de Paul Baran e Donald Davies e os fizeram funcionar. O primeiro teste bem-sucedido aconteceu em outubro de 1969. Não foi chamativo. Ele conectou quatro nós: UCLA, Stanford Research Institute, UCSB e a Universidade de Utah. Em 1975, esse número cresceu para 57.
O interesse público, no entanto, era morno. Quando a ARPANET foi apresentada na Conferência Internacional sobre Comunicações por Computador, em outubro de 1972, a reação foi desanimadora. A indústria de comunicações dos EUA não entendeu esse sentido. Alguns eram hostis. Outros simplesmente não se importaram.
BBN e Robert Kahn viram uma abertura. Eles fundaram a Telenet, uma rede comercial de comutação de pacotes. A ideia era simples. Se as grandes empresas de telecomunicações não o construíssem, uma empresa privada o faria.
Ceticismo Global e Projetos Nacionais
Os EUA não foram os únicos a experimentar a comutação de pacotes. Outros países avançaram mais rapidamente. Em novembro de 1973, o serviço postal francês anunciou o TRANSPAC. O Sistema Telefônico Trans-Canadá seguiu com o DATAPAC em outubro de 1974. A NTT do Japão também tinha planos.
A maioria dos fornecedores ficou à margem. Eles assistiram. Eles esperaram. Eles queriam ver se essas primeiras redes iriam falhar ou sobreviver.
Enquanto os governos construíam os seus próprios sistemas isolados, os investigadores refinavam a tecnologia central. Colin Davies concluiu a rede Mark II em 1973. Ela influenciou o Reino Unido e grande parte da Europa. Louis Pouzin terminou CÍCLADES naquele mesmo ano.
“A rede CYCLADES de Pouzin tornou os hosts, em vez dos núcleos da rede, responsáveis pela correção de erros.”
Essa mudança foi crítica. Descentralizou o controle. Colocou o fardo da confiabilidade nos próprios computadores, não na infraestrutura.
Padronizando o Caos
Cinco nações lideraram o ataque: Canadá, França, Japão, Reino Unido e EUA. Enfrentaram um problema de fragmentação. Cada rede usava regras diferentes. Eles não conseguiam conversar um com o outro.
As negociações começaram em 1975. O objetivo era uma interface host-rede padrão. O resultado foi a Recomendação CCITT X.25. Adotado em março de 1976, unificou esses sistemas díspares. Marcou a ascensão de redes de serviço público interconectadas.
X.75 veio logo depois. Padronizou a forma como as redes internacionais se conectavam. Este foi o precursor da web global que usamos hoje. Mas não foi suficiente.
O avanço do TCP/IP
Em 1979, Bob Kahn liderou o Escritório de Técnicas de Processamento de Informações da DARPA. O Departamento de Defesa dos EUA tinha várias redes de comutação de pacotes. Nenhum era compatível. Esta foi uma fraqueza estratégica.
Kahn resolveu isso. Ele pressionou pelo TCP/IP. Este padrão de protocolo foi imaginado em um artigo de 1974 escrito com Vincent Cerf. Ele foi projetado para conectar redes incompatíveis.
A DARPA o adotou. Outros laboratórios de pesquisa se seguiram. O público eventualmente usou. O TCP/IP tornou-se a base da Internet.
Não foi inevitável. Foi uma escolha. Uma escolha feita quando ninguém mais estava olhando.
