Redes e a Internet

Quando envias uma mensagem, ela não viaja inteira por um fio dedicado até ao destino. É partida em pedaços chamados pacotes, e cada pacote atravessa a rede por si, saltando de equipamento em equipamento até chegar. Esta página explica por que a rede funciona assim, que peças a compõem e como se organizam em camadas.

Comutação de circuitos e de pacotes

Na comutação de circuitos, como na chamada telefónica clássica, a rede reserva um caminho completo antes de falar: primeiro estabelece a ligação, depois transmite, no fim liberta. Enquanto falas, aquela fatia da rede é tua, mesmo nos silêncios. É simples de perceber e dá atraso constante, mas desperdiça capacidade quando ninguém está a falar.

Na comutação de pacotes, a mensagem é dividida em pacotes com endereço de destino no cabeçalho, e cada pacote segue sozinho. Não há reserva: os pacotes de utilizadores diferentes partilham as mesmas ligações, à vez. Isto aproveita muito melhor a rede, porque os silêncios de uns preenchem os dados dos outros, mas obriga a gerir filas e a aceitar atrasos variáveis.

Compara os dois com números. Uma mensagem de 3 Mbits numa ligação de 1 Mbps, com dois saltos até ao destino e 0,5 s de estabelecimento de chamada:

• Em comutação de circuitos: 0,5 s de estabelecimento mais 3 Mbits a 1 Mbps, ou seja 3 s de transmissão. Total de 3,5 s.
• Em comutação de pacotes com 3 pacotes de 1 Mbit: o primeiro pacote chega ao fim de 2 saltos de 1 s cada, ou seja aos 2 s; os outros dois chegam logo atrás, um por segundo. Total de 3 s, sem estabelecimento.

Os pacotes ganham aqui, e ganham ainda mais quando a rede está partilhada: enquanto um utilizador pensa, os pacotes dos outros ocupam a ligação. O preço é a fila em cada equipamento, que estudas em Desempenho e filas de espera.

A arquitetura da Internet

A Internet é uma rede de redes: redes locais e de operadores ligadas entre si por equipamentos que encaminham pacotes. Três papéis aparecem em todo o lado:

• Os terminais (o teu portátil, o telemóvel, o servidor) são as pontas, onde nascem e morrem os pacotes.
• Os routers ligam redes entre si e decidem, pacote a pacote, para onde o enviar a seguir.
• As ligações (fibra, cabo, rádio) transportam os bits entre equipamentos, cada uma com o seu débito e o seu atraso.

No bordo da rede estão as redes de acesso (a tua casa, a universidade); no centro, o núcleo de routers e fibras de grande débito que interliga tudo. Os protocolos que todos falam, do terminal ao núcleo, são a pilha TCP/IP.

A pilha TCP/IP em cinco camadas

Cada camada resolve um problema e usa o serviço da camada de baixo:

1. Física: põe bits no meio (tensões no cabo, ondas no ar).
2. Ligação de dados: move tramas entre vizinhos diretos e trata os erros desse salto.
3. Rede: leva pacotes da origem ao destino através de várias redes (é a camada do IP e dos routers).
4. Transporte: entrega entre processos, com ou sem fiabilidade (TCP e UDP).
5. Aplicação: o que os programas veem (HTTP, DNS, correio, FTP).

Cada camada embrulha os dados da camada de cima com o seu cabeçalho, como envelopes dentro de envelopes. Quando um pacote chega, cada camada abre o seu envelope e passa o conteúdo para cima. Esta separação é o que permite trocar o Wi-Fi por cabo sem tocar no navegador: muda a camada física, o resto nem repara.