Fragmento de texto extraído das
páginas 33, 34, 35 e 36 do Livro Redes de Computadores 5º Edição 2011
Créditos
aos autores da obra:
Autores
Originais: Andrew S. Tanenbaum e David Wetherall
Tradução
para Português: Daniel Vieira
Revisão
Técnica: Prof. Dr. Isaias Lima, Universidade Federal de Itajubá
Editora Pearson Education do Brasil
A INTERNET
A Internet não é de modo algum
uma rede, mas sim um vasto conjunto de redes diferentes que utilizam certos
protocolos comuns e fornecem determinados serviços comuns. É um sistema incomum
no sentido de não ter sido planejado nem ser controlado por ninguém. Para
entendê-la melhor, vamos começar do início e observar como e por que ela foi
desenvolvida. Se desejar conhecer uma história maravilhosa sobre o surgimento
da Internet, recomendamos o livro de John Naughton
(2000). Trata-se de um daqueles raros livros que não apenas são divertidos de
ler, mas que também têm 20 páginas de citações destinadas aos historiadores
sérios. Uma parte do material a seguir se baseia nesse
livro.
É claro que também foram escritos inúmeros livros técnicos sobre a Internet e seus protocolos. Para obter mais informações consulte, por exemplo, Maufer (1999).
A ARPANET
A
história começa no final da década de 1950. No auge da Guerra Fria, o
Departamento de Defesa dos Estados Unidos queria uma rede de controle e comando
capaz de sobreviver a uma guerra nuclear. Nessa época, todas as comunicações
militares passavam pela rede de telefonia pública, considerada vulnerável. A
razão para essa convicção pode ser vista na Figura 1.22(a). Nessa figura, os
pontos pretos representam centrais de comutação telefônica, cada uma das quais
conectada a milhares de telefones. Por sua vez, essas centrais de comutação
estavam conectadas a centrais de comutação de nível mais alto (centrais
interurbanas), formando uma hierarquia nacional com apenas uma pequena
redundância. A vulnerabilidade do sistema era o fato de que a destruição de
algumas centrais interurbanas importantes poderia fragmentar o sistema em
muitas ilhas isoladas.
Figura 1.22
| (a) Estrutura do sistema de telefonia. (b) Sistema distribuído de
comutação proposto por Baran.
Por volta de 1960, o Departamento de Defesa dos Estados Unidos firmou um contrato com a RAND Corporation para encontrar uma solução. Um de seus funcionários, Paul Baran, apresentou o projeto altamente distribuído e tolerante a falhas da Figura 1.22(b). Tendo em vista que os caminhos entre duas centrais de comutação quaisquer eram agora muito mais longos do que a distância que os sinais analógicos podiam percorrer sem distorção. Baran propôs o uso da tecnologia digital de comutação de pacotes. Ele enviou diversos relatórios para o Departamento de Defesa descrevendo suas idéias em detalhes (Baran. 1964). Os funcionários do Pentágono gostaram do conceito e pediram à AT&T, na época a empresa que detinha o monopólio nacional da telefonia nos Estados Unidos, que construísse um protótipo. A AT&T descartou as idéias de Baran. Afinal, a maior e mais rica corporação do mundo não podia permitir que um jovem pretensioso lhe ensinasse a criar um sistema telefônico. A empresa informou que a rede de Baran não podia ser construída e a ideia foi abandonada.
Pegando um gancho nesse ponto da narrativa do mestre Tanenbaum sobre a História da Internet, cabe uma observação importante que o autor do Blog gostaria de fazer: Fica claro que topoogia estrela não se harmoniza com a arquitetura TCP/IP porque tal topologia suplime as premissas mais caras para as quais a rede TCP/IP foi desenvolvida. Quais sejam: re-roteamento, contingenciamento, alta disponibilidade e tolerância a falha. Portanto, redes de grandes corporações, como bancos, telecoms, governos, etc. não pode ter como parâmetro de projeto pontos concentradores baseados em topologias estrelas.
Vários anos se passaram e o Departamento de Defesa ainda não tinha um sistema melhor de comando e controle. Para entender o que aconteceu em seguida, temos de retornar a outubro de 1957, quando a União Soviética derrotou os Estados Unidos na corrida espacial com o lançamento do primeiro satélite artificial, o Sputnik. Quando tentou descobrir quem tinha ‘dormido no ponto’, o presidente Eisenhower acabou detectando a disputa entre o Exército, a Marinha e a Força Aérea pelo orçamento de pesquisa do Pentágono. Sua resposta imediata foi criar uma organização centralizada de pesquisa de defesa, a ARPA, ou Advanced Research Projects Agency. A ARPA não tinha cientistas nem laboratórios; de fato, ela não tinha nada além de um escritório e um pequeno orçamento (para os padrões do Pentágono). A agência realizava seu trabalho oferecendo concessões e contratos a universidades e empresas cujas ideias lhe pareciam promissoras.
Durante os primeiros anos, a ARPA tentou compreender qual deveria ser sua missão. Porém, em 1967, a atenção do então diretor de programas da ARPA, Larry Roberts, que estava tentando descobrir como oferecer acesso remoto aos computadores, se voltou para as redes. Ele entrou em contato com diversos especialistas para decidir o que fazer. Um deles, Wesley Clark, sugeriu a criação de uma sub-rede comutada por pacotes, dando a cada host seu próprio roteador.
Após algum ceticismo inicial, Roberts comprou a ideia e apresentou um documento um tanto vago sobre ela no ACM SIGOPS Symposium on Operating System Principies, realizado em Gatlinburg, Tennessee, no final de 1967 (Robens, 1967). Para grande surpresa de Roberts, outro documento na conferência descrevia um sistema semelhante, que não só tinha sido projetado mas, na realidade, havia sido totalmente implementado sob a orientação de Donald Davies no National Physical Laboratory, na Inglaterra. O sistema do NPL não era um sistema nacional (ele simplesmente conectava vários computadores no campus do NPL), mas demonstrava que a comutação de pacotes podia funcionar. Além disso, ele citava o trabalho anteriormente descartado de Baran. Roberts voltou de Gatlinburg determinado a construir o que mais tarde ficou conhecido como ARPANET.
A sub-rede consistiria em minicomputadores chamados processadores de mensagens de interface, ou IMPs (Interface Message Processors), conectados por linhas de transmissão de 56 kbps. Para garantir sua alta confiabilidade, cada IMP seria conectado a pelo menos dois outros IMPs. A sub-rede tinha de ser uma sub-rede de datagrama, de modo que, se algumas linhas e alguns IMPs fossem destruídos, as mensagens poderiam ser roteadas automaticamente para caminhos alternativos.
Cada nó da rede deveria ter um IMP e um host na mesma sala, conectados por um fio curto. Um host poderia enviar mensagens de até 8.063 bits para seu IMP que, em seguida, dividiria essas mensagens em pacotes de no máximo 1.008 bits e os encaminharia de forma independente até o destino. Cada pacote era recebido por completo antes de ser encaminhado; assim, a sub-rede se tomou a primeira rede eletrônica de comutação de pacotes de store-and-forward (de armazenamento e encaminhamento).
Em seguida, a ARPA abriu uma concorrência para a construção da sub-rede. Doze empresas apresentaram propostas. Depois de avaliar todas as propostas, a ARPA selecionou a BBN, uma empresa de consultoria de Cambridge, Massachusetts e, em dezembro de 1968, assinou um contrato para montar a sub-rede e desenvolver o software para ela. A BBN resolveu utilizar, como IMPs, minicomputadores Honeywell DDP-3 16 especialmente modificados, com 12 K palavras de 16 bits de memória principal. Os IMPs não tinham unidades de discos, pois os componentes móveis eram considerados pouco confiáveis. Os IMPs eram interconectados por linhas privadas das companhias telefônicas, de 56 kbps. Embora 56 kbps hoje seja a única escolha de adolescentes que não podem dispor de DSL ou modems a cabo, na época era o melhor que o dinheiro podia comprar.
Figura 1.23 | O projeto original da
ARPANET.
O software foi dividido em duas partes: sub-rede e host. O software da sub-rede consistia na extremidade IMP da conexão host-IMP, no protocolo IMP-IMP e em um protocolo do IMP de origem para o IMP de destino, criado para aumentar a confiabilidade. O projeto original da ARPANET é mostrado na Figura 1.23.
Fora da sub-rede, também havia necessidade de software, ou seja, a extremidade referente ao host da conexão host-IMP, o protocolo host-host e o software de aplicação. Logo ficou claro que a BBN era da opinião que, quando tivesse aceitado uma mensagem em uma conexão host-IMP e a tivesse colocado na conexão host-IMP no destino, sua tarefa teria terminado.
Entretanto, Roberts tinha um problema: os hosts também precisavam de software. Para lidar com ele, Roberts convocou uma reunião com os pesquisadores de rede, em sua maioria estudantes universitários, em Snowbird, Utah, no verão de 1969. Os universitários esperavam que algum perito em redes explicasse o projeto geral da rede e seu software, e depois atribuísse a cada um deles a tarefa de desenvolver uma parte do projeto. Eles ficaram absolutamente surpresos ao verem que não havia nenhum especialista em rede e nenhum projeto geral. Os estudantes teriam de descobrir o que fazer por conta própria.
No entanto, em dezembro de 1969 entrou no ar uma rede experimental com quatro nós: UCLA, UCSB, SRI e University of Utah. Esses quatro nós foram escolhidos porque todos tinham um grande número de contratos com a ARPA, e todos tinham computadores host diferentes e completamente incompatíveis (para aumentar o desafio). A primeira mensagem host a host havia sido enviada dois meses antes, do nó na UCLA, por uma equipe liderada por Len Kleinrock (pioneiro da teoria de comutação de pacotes) para o nó em SRI. A rede cresceu rapidamente à medida que outros IMPs foram entregues e instalados; logo se estendeu por todo o território norte-americano. A Figura 1.24 mostra a rapidez com que a ARPANET se desenvolveu nos três primeiros anos.
Figura 1.24 | O crescimento da
ARPANET. (a) Dezembro 1969. (b) Julho de 1970. (c) Março de 1971. (d) Abril de
1972. (e) Setembro de 1972.
Além de ajudar no súbito
crescimento da ARPANET, a ARPA também financiou pesquisas sobre o uso de redes
de satélite e redes móveis de rádio de pacotes. Em uma hoje famosa
demonstração, um motorista de caminhão viajando pela Califórnia utilizou a rede
de rádio de pacotes para enviar mensagens à SRI, que
então foram encaminhadas pela ARPANET até a Costa Leste dos Estados Unidos, de
onde foram enviadas à University College,
em Londres, pela rede de satélite. Isso permitiu que um pesquisador no caminhão
usasse um computador situado em Londres enquanto dirigia pelo estado da
Califórnia.
Essa experiência também demonstrou que os protocolos da ARPANET não eram adequados para execução em redes diferentes. Essa observação levou a mais pesquisas sobre protocolos, culminando com a invenção dos protocolos e do modelo TCP/IP (Cerf e Kahn, 1974). O TCP/IP foi criado especificamente para manipular a comunicação entre redes interligadas, algo que se tomou mais importante à medida que um número maior de redes era conectado a ARPANET.
Para estimular a adoção desses novos protocolos, a ARPA ofereceu diversos contratos para implementar o TCP/lP em diferentes plataformas de computação, incluindo sistemas IBM, DEC e HP, bem como o UNIX de Berkeley. Os pesquisadores na University of California em Berkeley reescreveram o TCP/IP com uma nova interface de programação (soquetes) para o lançamento iminente da versão 4.2BSD do UNIX de Berkeley. Eles também escreveram muitos programas aplicativos, utilitários e de gerenciamento para mostrar como era conveniente usar a rede com soquetes.
A ocasião foi perfeita. Muitas universidades tinham acabado de adquirir um segundo ou um terceiro computador VAX e uma LAN para conectá-los, mas não tinham nenhum software de rede. Quando surgiu o 4.2BSD, com TCP/IP, soquetes e muitos utilitários de rede, o pacote completo foi adotado imediatamente. Além disso, com o TCP/IP, era fácil conectar as LANs à ARPANET, e muitos fizeram isso.
Durante a década de 1980, novas redes, em particular as LANs, foram conectadas à ARPANET. À medida que a escala aumentou, tomou-se cada vez mais dispendioso localizar os hosts, e assim foi criado o sistema de nomes de domínio, ou DNS (Domam Name System), para organizar máquinas em domínios e relacionar nomes de hosts com endereços IP. Desde então, o DNS se transformou em um sistema generalizado de bancos de dados distribuídos, capaz de armazenar uma série de informações referentes à atribuição de nomes...
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