Você envia um e-mail. Você transmite um vídeo. Você carrega esta página. Nada disso acontece através de um único fio dedicado aberto apenas para você. Isso é um mito. A internet funciona no caos. Ele funciona em redes comutadas por pacotes.
Esses são sistemas digitais que pegam seus arquivos de dados e os fragmentam em pequenas unidades chamadas pacotes. Eles disparam esses pacotes através de um labirinto de nós, ou switches, em todo o mundo. Os switches usam um método chamado store-and-forward. Eles pegam o pacote, olham o endereço e o enviam. No destino, o computador remonta os fragmentos no arquivo original. Sem esse processo, a Internet moderna como a conhecemos não existiria.
A maioria das redes locais (LANs) usa essa mesma lógica. Se você estiver em Wi-Fi ou Ethernet, estará navegando em ondas comutadas por pacotes.
A diferença entre comutação de circuitos e pacotes
As redes tradicionais eram diferentes. Pense em linhas telefônicas antigas. As redes comutadas por circuito constroem um caminho físico com largura de banda fixa. Eles mantêm esse caminho aberto do início ao fim. Todos os dados viajam sequencialmente por esse único caminho. Está ordenado. É rígido.
As redes comutadas por pacotes não se importam com a ordem. Eles direcionam os pacotes por vários caminhos simultaneamente. Cada switch toma uma decisão com base na eficiência. Se um caminho ficar inativo devido a uma interrupção, os switches redirecionarão os pacotes por outras rotas disponíveis.
Isso cria um problema. Os pacotes chegam fora de ordem. Eles chegam em horários diferentes. O receptor tem que montar o quebra-cabeça.
Essa abordagem oferece benefícios significativos em relação à comutação de circuitos. Otimiza a capacidade do canal. Melhora a tolerância a falhas. Se uma estrada for fechada, o tráfego flui para outro lugar. Mas há um custo. A comutação de pacotes é complicada. Exige um poder de processamento significativo. Requer grandes quantidades de memória de acesso aleatório (RAM) nos switches.
Também há atrasos. O redirecionamento leva tempo. Às vezes, os pacotes se perdem na confusão. Devido a essas sobrecargas, a comutação de pacotes é preferida para arquivos relativamente pequenos. A comutação de circuitos ainda é usada para transferências maiores onde o tempo é crítico, como chamadas de vídeo em tempo real.
Anatomia de uma rede comutada por pacotes
Toda rede comutada por pacotes possui dois componentes principais. O núcleo e a borda.
O núcleo consiste em roteadores e sistemas de controle. Eles estão conectados por canais de comunicação de alta largura de banda. Esta é a rodovia. A borda é onde residem os sistemas do usuário final. Seu laptop. Seu telefone. Esses hosts são capazes de enviar e receber pacotes de dados.
A comunicação em todo o núcleo depende de protocolos. Esses são procedimentos que remetentes e destinatários usam para conversarem entre si de maneira eficaz. Os protocolos usados para transferir seus dados formam uma pilha de protocolos.
Cada pacote de transmissão, geralmente chamado de datagrama, possui duas partes. O cabeçalho e a carga útil.
O cabeçalho contém informações de controle. Ele contém o endereço do remetente. Ele contém o endereço do destinatário. Ele informa aos switches para onde ir. A carga útil é a informação real que você deseja entregar. Às vezes, os pacotes são divididos em unidades ainda menores. Isso é chamado de fragmentação de pacotes.
Redes sem conexão versus redes orientadas a conexão
As redes comutadas por pacotes vêm em dois sabores. Sem conexão e orientado à conexão.
As redes sem conexão, também conhecidas como redes de datagramas, funcionam conforme descrito acima. Os dados são particionados em pedaços menores. Os cabeçalhos estão anexados. Os datagramas seguem o melhor caminho possível da origem ao destino. Não há acordo prévio.
Redes orientadas a conexões imitam redes comutadas por circuitos. Eles configuram uma rota dedicada entre o host remetente e o host receptor antes de ocorrer qualquer transferência de pacote. Esta fase de configuração obtém os benefícios da comutação de circuitos enquanto permanece em uma rede digital.
Quem inventou isso?
A ideia de dividir grandes unidades de dados em pacotes menores não parecia totalmente formada. Evoluiu.
Paul Baran, engenheiro da RAND Corporation, foi o primeiro a imaginar o conceito. Ele estava respondendo a uma pergunta da Força Aérea dos EUA. Como poderia uma rede de comunicações informáticas sobreviver a um ataque nuclear? Sua solução foi o “roteamento da batata quente”. Ele publicou sua teoria em estudos RAND entre 1960 e 1962. Ele a expandiu em uma análise de 11 volumes intitulada On Distributed Communications em agosto de 1964.
O governo e as empresas privadas o ignoraram. A ideia despertou pouco interesse na época.
De forma independente, Donald Davies, cientista da computação do Laboratório Nacional de Física (NPL) do Reino Unido, desenvolveu o mesmo conceito. Ele começou a trabalhar em uma rede para testá-la. Baran chamou suas unidades de “blocos de mensagens”. Davies os chamou de “pacotes”.
O termo pegou. Lawrence (Larry) Roberts, gerente da ARPA (agora DARPA), soube do trabalho de Davies em outubro de 1967. Ele assistiu a um simpósio em Gatlinburg, Tennessee. Roberts adotou o termo comutação de pacotes de Davies para ARPANET. Esse projeto se tornou o precursor da internet.
Não foi tranquilo. Não foi imediato. Mas funcionou. E agora, cada vez que você atualiza uma página, você testemunha o resultado de uma decisão tomada para sobreviver a uma guerra nuclear. Ou talvez apenas para enviar um e-mail com mais rapidez. A distinção não importa mais. Os pacotes estão voando.
A base para a Internet moderna foi lançada muito antes de você clicar em um link. Tudo começou com a ARPANET, a primeira rede pública de comutação de pacotes, que executou seu primeiro teste bem-sucedido em outubro de 1969. O projeto era rígido – construído em apenas um ano por Bolt Beranek e Newman (BBN). Eles pegaram conceitos de Baran e Davies e os tornaram reais. No início, era pequeno. Quatro nós. UCLA, Stanford Research Institute, UC Santa Barbara e Universidade de Utah. Em 1975, cresceu para 57 nós.
Mas a verdadeira história não é apenas o código. É o atrito. Quando a ARPANET foi apresentada em outubro de 1972 na primeira Conferência Internacional sobre Comunicações por Computador (ICCC), a reação da indústria foi mista. Sim, provou que a comutação de pacotes funcionou. Mas grande parte do sector das comunicações nos EUA permaneceu desinteressado. Alguns foram totalmente hostis.
BBN e Roberts perceberam a lacuna. Eles fundaram a Telenet naquele mesmo ano. Uma rede comercial. Porque o sector público não estava a avançar suficientemente rápido.
Ceticismo Global e Construções Paralelas
Enquanto os EUA hesitavam, outros países agiram. Ou assim parecia.
Em novembro de 1973, a França anunciou o TRANSPAC. Uma rede doméstica de pacotes administrada pela divisão postal e de telecomunicações. Depois veio o DATAPAC em outubro de 1974. O Sistema Telefônico Trans-Canada o lançou. A Nippon Telegraph and Telephone Corporation do Japão planejou sua própria rede pública de dados comutada por pacotes.
A maioria dos fornecedores ficou à margem. Eles preferiram esperar. Assista ao desempenho das primeiras redes públicas. Veja se eles realmente funcionavam na natureza.
“A maioria dos provedores permaneceu cética, preferindo esperar e ver o desempenho das primeiras redes públicas.”
Redes Experimentais Moldando a Europa
Durante esse período de espera, os pesquisadores não pararam de trabalhar. Eles construíram novas redes. Eles experimentaram. Eles melhoraram o conceito central.
Donald Davies concluiu sua rede Mark I no NPL em 1970. Em seguida, ele construiu o Mark II. Concluído em 1973. Influenciou gradualmente o Reino Unido e grande parte da Europa.
Louis Pouzin, um cientista da computação francês, concluiu o CYCLADES no mesmo ano. 1973. Este foi diferente. Era baseado em datagrama. Isso mudou a responsabilidade. Em vez de os núcleos da rede tratarem os erros, foram os hosts que o fizeram. Isso mudou as comunicações por computador para sempre.
A Rede Europeia de Informática (EIN) entrou em funcionamento em 1976. Financiada internacionalmente. Outra peça do quebra-cabeça.
O impulso para a padronização
Por que as nações precisavam conversar? Cinco países estavam construindo redes públicas de pacotes. Canadá. França. Japão. O Reino Unido. Os EUA.
Eles precisavam de uma interface host-rede padrão. Forte motivação. Sem isso, as suas redes eram ilhas. As negociações começaram em 1975. O resultado foi a Recomendação CCITT X.25. Adotado por todas as nações envolvidas em março de 1976.
X.25 deu início à próxima fase. Redes interligadas de serviço público. Não foi o fim da história. Seguiram-se acordos adicionais. X.75 era um protocolo padrão para conexão de redes internacionais. Permitiu que as infra-estruturas de diferentes países comunicassem entre si.
A divisão do DoD e TCP/IP
Em 1979, Robert Kahn tornou-se diretor do Information Processing Techniques Office (IPTO) da DARPA. O Departamento de Defesa dos EUA tinha múltiplas redes de comutação de pacotes. Mas nenhum era compatível. Eles falavam línguas diferentes.
Kahn consertou. Ele fez com que o DoD adotasse o TCP/IP. Um padrão de protocolo que ele imaginou pela primeira vez em um artigo de 1974 escrito com Vincent Cerf. Desenvolvedor de software proeminente. Coautor.
Difusão TCP/IP. Mudou-se para outros laboratórios de pesquisa. Depois, para o público em geral. Tornou-se a base para a rede definitiva de comutação de pacotes. A Internet.
A transição não foi instantânea. Mas a arquitetura se manteve. Os padrões permaneceram. E o cepticismo dos anos 70 desapareceu na infra-estrutura de hoje. Ainda usamos a mesma lógica fundamental. Pacotes em movimento. Correção dos anfitriões. Interfaces definidas.
