Seu e-mail chegou. Em algum momento nos últimos segundos, ele não viajou como um bloco sólido. Foi desfiado. Quebrado em pequenos pedaços. Enviado em rotas diferentes. Remontado do outro lado. Esta é a realidade de uma rede comutada por pacotes. É a espinha dorsal invisível da Internet moderna e funciona dividindo os arquivos de dados em unidades menores chamadas pacotes antes de enviá-los através de uma série de nós ou switches.
Pense nisso como uma logística de armazenamento e envio. Os switches roteiam esses pacotes de forma independente. Eles não esperam que o arquivo inteiro chegue. Eles apenas empurram cada peça em direção ao seu destino. Assim que tudo chega, o dispositivo receptor monta o quebra-cabeça novamente. A Internet funciona com essa lógica. A maioria das redes locais (LANs) também o faz.
A compensação de eficiência
As redes tradicionais usaram uma abordagem diferente. Redes comutadas por circuito. Eles construíram um único caminho físico para os dados. Uma pista dedicada. Manteve esse caminho aberto pelo tempo que fosse necessário. Todas as informações viajaram sequencialmente. Se você estivesse na linha, você tinha largura de banda. Período.
A comutação de pacotes é mais confusa, mas mais inteligente. Ele direciona os pacotes por vários caminhos. Cada decisão de troca melhora a eficiência geral. Se um caminho específico ficar inativo devido a uma interrupção, os pacotes serão redirecionados. Eles seguem um caminho diferente. Isso significa que os pacotes podem chegar fora de ordem. O sistema de destino deve resolvê-los.
Existem benefícios. Capacidade de canal otimizada. Melhor tolerância a falhas. Mas é complicado. Você precisa de um poder de processamento significativo. Você precisa de muita RAM para lidar com o caos. Também há atrasos no redirecionamento. A perda de pacotes acontece. Devido a esta complexidade, a comutação de pacotes é preferida para arquivos pequenos. A comutação de circuitos ainda vence em transferências grandes e em tempo real, onde a consistência é mais importante do que a eficiência.
Dentro do núcleo e da borda
Uma rede comutada por pacotes possui duas zonas principais. O núcleo e a borda. O núcleo consiste em roteadores e sistemas de controle. Eles se conectam por meio de canais de alta largura de banda. A borda é onde residem os sistemas do usuário final. Hosts como o seu computador pessoal ficam aqui. Eles enviam e recebem pacotes.
A comunicação em todo o núcleo depende de protocolos. Estas são as regras. Os procedimentos que remetentes e destinatários usam para conversar de maneira eficaz. A pilha de protocolos usada para transferir seus dados é chamada de pilha de protocolos. É um sistema em camadas. Cada camada tem um trabalho.
Cada transmissão, conhecida como datagrama, tem duas partes. Um cabeçalho. Uma carga útil. O cabeçalho contém informações de controle. Endereço do remetente. Endereço do destinatário. A carga útil é a informação real que você está tentando entregar. Às vezes, os pacotes são divididos em unidades menores. Isso é fragmentação de pacotes. Acontece quando os dados excedem certos limites de tamanho.
Sem conexão vs. Orientado a conexão
Essas redes vêm em dois sabores. Redes sem conexão. Também chamadas de redes de datagramas. Este é o modelo padrão. Partições de dados em pedaços. Anexar cabeçalhos. Os datagramas seguem o melhor caminho da origem ao destino. Nenhuma garantia de ordem. Nenhuma garantia de chegada. Basta rapidez e eficiência.
Depois, há redes orientadas a conexão. Redes de circuitos virtuais. Eles imitam a comutação de circuitos. Eles configuram uma rota dedicada antes de enviar qualquer coisa. Isso oferece alguns benefícios do método antigo enquanto permanece em redes digitais. É uma abordagem híbrida. Você paga um custo de configuração pela confiabilidade.
A história da ruptura
O conceito não surgiu do nada. Paul Baran, engenheiro da RAND Corporation, primeiro imaginou quebrar grandes unidades de dados em pacotes menores. Ele estava resolvendo um problema militar. Como uma rede de computadores sobrevive a um ataque nuclear? Sua resposta foi “roteamento de batata quente”. Passe os dados rapidamente. Não se agarre a isso.
Ele publicou isso entre 1960 e 1962. Em seguida, lançou uma análise de 11 volumes intitulada Sobre Comunicações Distribuídas em agosto de 1964. O governo a ignorou. As empresas privadas não se importaram. A ideia era muito radical. Muito abstrato.
Enquanto isso, Donald Davies trabalhava no Reino Unido. Cientista da computação do Laboratório Nacional de Física (NPL). Ele chegou ao mesmo conceito de forma independente. Ele começou a construir uma rede para testá-lo. Baran chamou suas unidades de “blocos de mensagens”. Davies os chamou de “pacotes”. O nome pegou.
Lawrence “Larry” Roberts soube do trabalho de Davies em outubro de 1967. Foi um simpósio em Gatlinburg, Tennessee. Roberts gerenciava a ARPANET para o governo dos EUA. Ele viu o valor. Ele adotou o mandato de Davies. A comutação de pacotes tornou-se o padrão da ARPANET. O precursor da Internet que conhecemos hoje.
Por que ainda usamos métodos mais antigos para algumas tarefas? Porque nem todo problema precisa de uma solução descentralizada. Às vezes você só quer uma linha reta. Mas para a web global? A bagunça quebrada, redirecionada e reordenada é exatamente o que precisamos. É resiliente. É flexível. É a única maneira de escalar.
Os primeiros dias da troca de pacotes
A ARPANET não apareceu simplesmente. Foi construído rapidamente. Bolt Beranek e Newman (BBN) projetaram-no em um único ano. Eles pegaram ideias de Baran e Davies e as fizeram funcionar. O primeiro teste real aconteceu em outubro de 1969. Foi público. Foi comutado por pacotes.
A rede começou pequena. Quatro nós. UCLA. Instituto de Pesquisa de Stanford. UC Santa Bárbara. E a Universidade de Utah. Em 1975, esse número saltou para 57. Estava crescendo.
Exibindo (e não impressionando)
Em outubro de 1972, Roberts e BBN apresentaram a ARPANET na primeira Conferência Internacional sobre Comunicações por Computador. Eles provaram que a comutação de pacotes funcionou. A reação? Silêncio. Ou pior. A maior parte da indústria de comunicações dos EUA não se importou. Alguns até odiaram a ideia.
A BBN viu uma lacuna. Roberts e BBN fundaram a Telenet naquele mesmo ano. Uma rede comercial. Criado para pessoas que queriam pagar pela conectividade em vez de pesquisá-la gratuitamente.
Faíscas de interesse global
Outros países avançaram mais rapidamente. Em novembro de 1973, a divisão postal francesa anunciou o TRANSPAC. Uma rede de pacotes doméstica. Em outubro de 1974, o Sistema Telefônico Trans-Canadá lançou o DATAPAC. A NTT do Japão também estava a planear a sua própria rede pública de dados.
A maioria dos provedores permaneceu cética. Eles assistiram. Eles esperaram. Eles queriam ver se as primeiras redes realmente sobreviveriam.
Novas experiências na Europa
Enquanto as redes públicas eram construídas, os investigadores brincavam. Davies concluiu a rede Mark II em 1973. Ela começou no NPL em 1970. Influenciou o Reino Unido e grande parte da Europa.
Louis Pouzin, um cientista da computação francês, terminou o CYCLADES naquele mesmo ano. Ele usou datagramas. Mudou a forma como as pessoas pensavam sobre a correção de erros. Em vez de o núcleo da rede corrigir os erros, foram os hosts que fizeram isso. Essa mudança foi importante. Isso tornou a rede mais inteligente. A Rede Europeia de Informática (EIN) entrou em operação em 1976. Financiada internacionalmente.
Padronizando o Caos
Cinco nações tiveram que concordar em algo. Canadá. França. Japão. O Reino Unido Os EUA Eles precisavam de uma interface de rede host padrão. As negociações começaram em 1975.
O resultado foi a Recomendação CCITT X.25. Adotado em março de 1976. Inaugurou a próxima fase da comutação de pacotes. Redes interligadas de serviço público. X.75 logo veio em seguida. Um padrão para conectar redes internacionais.
O Nascimento do TCP/IP
Robert Kahn tornou-se diretor do IPTO da DARPA em 1979. O Departamento de Defesa dos EUA tinha várias redes de comutação de pacotes. Nenhum deles falou um com o outro.
Kahn corrigiu isso. Ele fez com que o Departamento de Defesa adotasse o TCP/IP. Um padrão de protocolo que ele imaginou com Vincent Cerf. Cerf foi um desenvolvedor de software proeminente. Kahn escreveu um artigo sobre isso em 1974.
Difusão TCP/IP. Foi para laboratórios de pesquisa. Depois para o público. Tornou-se a base para a rede definitiva de comutação de pacotes. A Internet.
Parece que a história se repete? Nós construímos os canos. Então nós os preenchemos. A tecnologia estava pronta. A infraestrutura estava lá. Continuamos adicionando nós.
