Uma descrição dos componentes da rede
A Internet é uma rede de computadores que interconecta milhares de dispositivos computacionais ao redor do mundo. Há pouco tempo, esses dispositivos eram basicamente computadores de mesa, estações de trabalho Linux, e os assim chamados servidores que armazenam e transmitem informações, como páginas da Web e mensagens de e-mail. No entanto, cada vez mais sistemas finais modernos da Internet, como TVs, laptops, consoles para jogos, telefones celulares, webcams, automóveis, dispositivos de sensoriamento ambiental, quadros de imagens, e sistemas internos elétricos e de segurança, estão sendo conectados à rede. Realmente, o termo rede de computadores está começando a soar um tanto desatualizado, dados os muitos equipamentos não tradicionais que estão sendo ligados à Internet. No jargão da Internet, todos esses equipamentos são denominados hospedeiros ou sistemas finais. Em julho de 2008. havia aproximadamente 600 milhões de sistemas finais ligados à Internet [ISC, 2009], sem contar os telefones celulares, laptops e outros dispositivos que são conectados à rede de maneira intermitente.
Sistemas finais são conectados entre si por enlaces (links) de comunicação e comutadores de pacotes. Na Seção 1.2, veremos que há muitos tipos de enlaces de comunicação, que são constituídos de diferentes tipos de meios físicos, entre eles cabos coaxiais, fios de cobre, fibras óticas e ondas de rádio. Enlaces diferentes podem transmitir dados em taxas diferentes, sendo a taxa de transmissão de um enlace medida em bits por segundo.
Quando um sistema final possui dados para enviar a outro sistema final, o sistema emissor segmenta esses dados e adiciona bytes de cabeçalho a cada segmento. Os pacotes de informações resultantes, conhecidos como pacotes no jargão de rede de computadores, são enviados através da rede ao sistema final de destino, onde são reagregados aos dados originais.
Um comutador de pacotes encaminha o pacote que está chegando em um de seus enlaces de comunicação de entrada para um de seus enlaces de comunicação de saída. Há comutadores de pacotes de todos os tipos e formas, mas os dois mais proeminentes na Internet de hoje são roteadores e comutadores de camada de enlace (switches). Esses dois tipos de comutadores encaminham pacotes a seus destinos finais. Os comutadores de camada de enlace são tipicamente utilizados em redes de acesso, enquanto os roteadores são utilizados principalmente no núcleo da rede. A sequência de enlaces de comunicação e comutadores de pacotes que um pacote percorre desde o sistema final remetente até o sistema final receptor é conhecida como rota ou caminho através da rede. É difícil de estimar a exata quantidade de tráfego na Internet [Odylsko, 2003]. A PriMetrica [PriMetrica, 2009] estima que 10 terabits por segundo de capacidade internacional foram utilizados por provedores da Internet pública em 2008, sendo que essa capacidade duplica, aproximadamente, a cada dez anos.
As redes comutadas por pacotes (que transportam pacotes) são, de muitas maneiras, semelhantes às redes de transporte de rodovias, estradas e cruzamentos (que transportam veículos). Considere, por exemplo, uma fábrica que precise transportar uma quantidade de carga muito grande a algum depósito localizado a milhares de quilômetros. Na fábrica, a carga é dividida e carregada em uma frota de caminhões. Cada caminhão viaja, independentemente, pela rede de rodovias, estradas e cruzamentos ao depósito de destino. No depósito, a carga é descarregada e agrupada com o resto da carga pertencente à mesma remessa. Deste modo, os pacotes se assemelham aos caminhões, os enlaces de comunicação se assemelham às rodovias e estradas, os comutadores de pacote se assemelham aos cruzamentos e cada sistema final se assemelha aos prédios. Assim como o caminhão faz o percurso pela rede de transporte, o pacote utiliza uma rede de computadores.
Sistemas finais acessam a Internet por meio de Provedores de Serviços de Internet (Internet Service Providers — ISPs), entre eles ISPs residenciais como empresas de TV a cabo ou empresas de telefonia; ISPs corporativos, ISPs de universidades e ISPs que fornecem acesso sem fio em aeroportos, hotéis, cafés e outros locais públicos. Cada ISP é uma rede de comutadores de pacotes e enlaces de comunicação. ISPs proveem aos sistemas finais uma variedade de tipos de acesso à rede, incluindo acesso por modem discado de 56 kbps, acesso residencial de banda larga como modem de cabo coaxial ou DSL (linha digital de assinante), acesso por LAN de alta velocidade e acesso sem fio. ISPs também fornecem acesso a provedores de conteúdo, conectando sites Web diretamente à Internet. Esta se interessa pela conexão entre os sistemas finais, portanto os ISPs que fornecem acesso a esses sistemas também devem se interconectar. Esses ISPs de nível mais baixo são interconectados por meio de ISPs de nível mais alto, nacionais e internacionais, como AT&T e Sprint. Um ISP de nível mais alto consiste em roteadores de alta velocidade interconectados com enlaces de fibra ótica de alta velocidade. Cada rede ISP, seja de nível mais alto ou mais baixo, é gerenciada de forma independente, executa o protocolo IP (ver adiante) e obedece a certas convenções de nomeação e endereço.
Os sistemas finais, os comutadores de pacotes e outras peças da Internet executam protocolos que controlam o envio e o recebimento de informações. O TCP (Transmission Control Protocol — Protocolo de Controle de Transmissão) e o IP (Internet Protocol — Protocolo da Internet) são dois dos protocolos mais importantes da Internet. O protocolo IP especifica o formato dos pacotes que são enviados e recebidos entre roteadores e sistemas finais. Os principais protocolos da Internet são conhecidos coletivamente como TCP/IP. Começaremos a examinar protocolos neste capítulo de introdução. Mas isso é só um começo — grande parte deste livro trata de protocolos de redes de computadores!
Dada a importância de protocolos para a Internet, é adequado que todos concordem sobre o que cada um dos protocolos faz. É aqui que os padrões entram em ação. Padrões da Internet são desenvolvidos pela IETF (Internet Engineering Task Force — Força de Trabalho de Engenharia da Internet) [IETF, 2004]. Os documentos padronizados da IETF são denominados RFCs (request for comments — pedido de comentários). Os RFCs começaram como solicitações gerais de comentários (por isso o nome) para resolver problemas de arquitetura que a precursora da Internet enfrentava. Os RFCs tendem a ser bastante técnicos e detalhados. Definem protocolos como TCP, IP, HTTP (para a Web) e SMTP (Protocolo Simples de Transferência de Correio — Simple Mail Transfer Protocol) (para e-mail). Atualmente, existem mais de 5.000 RFCs. Outros organismos também especificam padrões para componentes de rede, mais notavelmente para enlaces da rede. O IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee [IEEE, 802, 2009], por exemplo, especifica os padrões Ethernet e Wi-Fi sem fio.
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