Uma Retrospectiva da TI 25 anos atrás. Parte 3 (O ambiente de rede do final dos anos 1980 e o modelo OSI versus TCP/IP)

Uma Retrospectiva da TI 25 anos atrás. Parte 3 (O ambiente de rede do  final dos anos 1980 e o modelo OSI versus TCP/IP)

Do original A Retrospective: Twenty-Five Years Ago. Artigo de Geoff Huston da APNIC.The Internet Protocol Journal, Volume 15, No. 1, March 2012.

Traduzido por Raul Ricardo Gauer. Editado por Ademar Felipe Fey.

 O ambiente de rede do final dos anos 1980

Um engenheiro de rede no final de 1980 era, provavelmente, altamente versado ​​em como conectar terminais seriais aos mainframes. As “pin-outs” (pinagens) no plugue DB-25 usados ​​pelo protocolo RS-232 foi, provavelmente, um dos ABCs básicos de redes de computadores. Naquela época, a maior parte do ambiente de rede convencional estava preocupada com a conexão desses terminais para mainframes, multiplexadores estatísticos e centralizadores (Switch, Hub) de terminais, sendo que os fornecedores de comutadores seriais, como Gandalf e Micom, ainda eram importantes em muitos ambientes computacionais de larga escala.

Ao mesmo tempo, outra tecnologia de redes estava emergindo, inicialmente pela necessidade de casar Workstations de alta capacidade com mainframes, a qual foi denominada como Ethernet. Comparada com os kilobits por segundo normalmente obtidos através da execução de protocolos de linha serial sobre pares trançados de fios de cobre, a taxa de transferência de 10 Mbps da Ethernet foi extremamente rápida. Além disso, a Ethernet podia abranger ambientes com um diâmetro de cerca de 1500 metros, e com certa quantidade de ajustes ou com o uso de Bridges Ethernet e de fibra óptica com repetidores, esta distância poderia ser estendida para 10 km ou mais.

A Ethernet proporcionou uma grande mudança no ambiente de rede. Já não eram mais redes hub-and-spoke, nas quais o sistema usava o mainframe no centro. A Ethernet fornecia uma arquitetura de barramento comum que apoiou o sistema de comunicação de “qualquer um-para-qualquer um”. A Ethernet também foi um padrão aberto, e muitos vendedores estavam produzindo equipamentos com interfaces Ethernet. Em teoria, estas interfaces todas eram interoperáveis, pelo menos no nível de passar frames Ethernet através da rede (diferentemente da incompatibilidade bastante desagradável entre a especificação Digital-Intel-Xerox original e a especificação IEEE 802.3 “padronizada”!).

No entanto, embora com protocolos de enquadramento básico de dados, o ambiente de rede ainda era um pouco caótico. Lembro-me das primeiras versões dos roteadores multiprotocolos produzidos pela Proteon e pela Cisco, que suportavam mais de 20 protocolos de rede! Houve o modelo de protocolos DECnet, um conjunto de protocolos proprietário de rede da Digital Equipment Corporation, que por volta de 1987 só havia liberado a Fase IV, e estava olhando na direção de uma liberação da Fase V, a qual era para interoperar com o modelo OSI (Interconexão de Sistemas Abertos)  da ISO (Organização Internacional para Padronização).

Houve o Systems Network Architecture (SNA) da IBM , que era uma rede hierárquica que apoiava uma arquitetura genérica de sistemas de entradas (job), provenientes de estações de trabalho remotas, agrupadas em torno de um mainframe central. Havia o Xerox Network Services (XNS) usado por estações de trabalho Xerox. Em seguida, houve o Architecture Network Computing (NCA) da Apollo e o AppleTalk, da Apple. E também, nesta mistura, surgiu o modelo de protocolos Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP / IP), utilizado na época predominantemente em sistemas UNIX, embora as implementações do TCP / IP para VAX da Digital / sistema VMS foram muito populares na época. Uma rede de campus Ethernet do final dos anos 1980, provavelmente usava todos esses protocolos, e mais, concomitantemente.

E lá estava o modelo ISO-OSI, conjunto de protocolos, que existia mais como um conjunto de protocolos futuro do que como uma realidade de trabalho no momento.

Os modelos de protocolos ISO-OSI e TCP / IP foram um pouco diferentes dos outros que estavam sendo usados no momento, porque ambos estavam usando esforços deliberados para responder a uma necessidade crescente de uma solução de rede independente de fornecedor. Na época, o ambiente de TI estava passando por uma transição da monocultura de um único fornecedor para um ambiente de TI abrangente, que englobava o hardware do mainframe, rede, periféricos, terminais e o software do sistema operacional, aplicativos e rede, tudo em um ambiente fragmentado, que incluía um ambiente de um conjunto diversificado de estações de trabalho pessoais, computadores desktop, periféricos e vários minicomputadores maiores e mainframes. O que era necessário era uma tecnologia de rede que fosse universalmente compatível com todos estes diversos ativos de TI, em vez de um ambiente fragmentado. Sim, era possível ligar a maioria destes sistemas em um substrato Ethernet comum, mas fazer A falar para B ainda era um desafio, e várias formas de tradução, usando diferentes protocolos, também era bastante comum na época. O que a indústria precisava era de um fornecedor independente de protocolos de rede, e havia dois candidatos principais para este papel.

 ISO-OSI e TCP / IP

O conjunto de protocolos ISO-OSI foi exibido pela primeira vez em 1980. Foi destinado a ser um conjunto de protocolos que englobasse tudo que abrangia referente aos protocolos IEEE 802.3 Ethernet e o protocolo de pacotes X.25, sendo este último a solução de serviços preferida por muitas operadoras de telefonia. A camada de rede do ISO-OSI incluía muitas abordagens, incluindo o setor de telefonia do Integrated Service Digital Network (ISDN), um serviço orientado a conexão de rede (CONS), uma função de circuito virtual baseada principalmente em X.75, que era essencialmente a função “call-conection” do X.25, e um serviço de rede sem conexão (CLNS), vagamente baseado no protocolo IP e com o uso do protocolo de roteamento do Sistema End-to-Intermediate System Routing Exchange Protocol (ES-IS).

Acima da camada de rede, inúmeros protocolos de transporte ponto a ponto, nomeados Transport Protocol classe 4 (TP4), um serviço de transporte confiável orientado a conexão e Transport Protocol Classe 0 (TP0), um serviço de conexão de pacote datagrama. Acima desta camada, havia uma camada de sessão, X.215, utilizada pelos serviços TP4, e uma camada de apresentação usando a sintaxe Abstract Syntax Notation One (ASN.1).

O modelo ISO-OSI incluiu numerosos níveis de aplicativos, incluindo serviços Virtual Terminal Protocol (VTP) para terminal remoto, File Transfer Acess Management (FTAM) para transferência de arquivos, Job Transfer And Management (JTAM) para submissão de trabalhos em lote, Message Handling System (MHS, também conhecido como X.400) para correio eletrônico, e o serviço de diretório X.500. O ISO-OSI também incluiu o Common Management Information Protocol (CMIP), serviço de gerenciamento de ativos de rede. O ISO-OSI tentou ser tudo para todos, como evidenciado pela abordagem adotada por muitos dos comitês de normalização OSI naquele momento.

Quando confrontado com as escolhas tecnológicas, as comissões aparentemente têm evitado tomar uma decisão crítica, incorporando ambas as abordagens para o padrão. A decisão mais crítica neste conjunto de protocolos foi a inclusão de ambos os protocolos de rede, orientado à conexão e sem conexão. Eles também utilizaram protocolos da camada de sessão e da camada de apresentação, cujos papéis eram precisamente um mistério para muitos! O ISO-OSI era um trabalho em andamento na época, e com o apoio do setor de telefonia, juntamente com o apoio de numerosos grandes fornecedores de TI, foi dado a este conjunto de protocolos uma aura de inevitabilidade dentro da indústria. Independente de qualquer outra coisa que pudesse acontecer, havia a expectativa confiante de que na década de 1990 todas as redes de computadores inevitavelmente passariam a usar o conjunto de protocolos ISO-OSI como algo comum.

Se o ISO-OSI tinha um mantra de inevitabilidade, o outro suite de protocolos abertos, o conjunto de protocolos TCP / IP, negou quaisquer ambições futuras. O TCP / IP foi pensado na época como uma experiência em projeto e arquitetura de rede, que ao final iria seguir o caminho de todos os outros experimentos, e ser descartado em favor de uma abordagem mais ampla e deliberadamente projetada. Comparado com os protocolos ISO-OSI, o modelo TCP / IP foi extremamente “minimalista” na sua abordagem. Talvez o elemento mais radical na sua concepção era evitar a abordagem convencional na época da construção da rede em cima de um protocolo confiável de enlace de dados. Por exemplo, no DECnet Fase IV, o protocolo de enlace de dados, o Digital Data Communications Message Protocol (DDCMP), realizava controles de pacotes de integridade e controle de fluxo no nível de enlace de dados. O TCP / IP graciosamente evitou esse problema, permitindo que os pacotes fossem descartados silenciosamente por comutadores de dados intermediários, ou corrompidos durante o tráfego. Nem sequer estipulava que os sucessivos pacotes dentro da conversação fim-a-fim deviam seguir caminhos idênticos, através da rede.

Assim, o papel de comutação de pacotes foi radicalmente simplificado, porque agora o switch de pacotes não precisava manter uma cópia dos pacotes transmitidos, nem precisava de um complexo protocolo de enlace de dados para rastrear a integridade do pacote, a transmissão e o controle de fluxo de pacotes. Quando um comutador recebia um pacote, ele transmitia o pacote com base em uma pesquisa simples do endereço de destino contido no pacote, usando uma tabela de encaminhamento localmente, ou ele descartava o pacote.

A segunda simplificação radical com o TCP / IP foi o uso de pacotes de fragmentação em tempo real. Anteriormente, as redes digitais foram construídas de maneira “verticalmente integrada”, onde as propriedades das camadas inferiores foram criadas para atender a aplicação pretendida da rede. Não é de admirar que o setor de telefonia colocasse o seu apoio no X.25, que era um protocolo digital de fluxo confiável não sincronizado. Se você quisesse baixos níveis de jitter, você usava uma rede com pacotes de tamanhos menores, embora pacotes maiores melhorem a eficiência do transporte. A Ethernet tentou atender a essa grande variação de forma independente, permitindo pacotes entre 64 e 1500 octetos, mas mesmo assim houve críticos que disseram que para o terminal remoto acessar os pacotes menores, estes ainda eram muito grandes e, em grande escala, o movimento de dados em massa dos pacotes maiores eram muito pequenos.

Fiber Distributed Data Interface (FDDI), a rede em anel de pacotes de 100 Mbps, que estava surgindo na época como o “próximo” salto na rede de alta velocidade, usava um pacote de tamanho máximo de 4000 octetos, em um esforço para melhorar a eficiência do transporte, enquanto o Asynchronous Transfer Mode  (ATM) tentou lançar uma inovação com um singular pacote de tamanho fixo estranho de 53 octetos!

O IP abordou este problema tentando evitar completamente este esquema de pacotes de tamanho fixo, os Pacotes poderiam ser de até 64.000 octetos de comprimento, e se um comutador de pacotes tentasse enviar um grande pacote através de uma interface que não pudesse aceitar, ao comutador era permitido dividir o pacote em fragmentos de tamanho adequado. Os fragmentos não seriam reagrupados em tempo real, o qual seria o papel do receptor final dos pacotes.

Como um exercício de projeto, o protocolo IP certamente mostrou a elegância de contenção. O IP assumia tão pouco em termos das propriedades de transmissão das redes subjacentes, que cada pacote era na verdade uma aventura! Mas o IP não foi concebido para ser o protocolo para apoiar o mundo prolífico de comunicação de silício nos próximos anos. Este protocolo e as redes IP que foram surgindo no final de 1980 se destinavam a serem experiências em rede. Havia uma visão comum de que as lições aprendidas com a experiência de funcionamento de alta velocidade em redes locais e redes de área ampla (WAN), usando o conjunto de protocolos TCP / IP, poderiam justificar maiores esforços da indústria. A inclusão de tecnologias baseadas em IP no modelo ISO-OSI era uma instanciação visível desta proposta de abordagem evolutiva.

Enquanto esses dois grupos de protocolos competiam uns com os outros pela atenção da indústria na época, havia uma diferença fundamental: Foi um fato histórico popular, o momento em que o conjunto de protocolos ISO-OSI foi oficializado com uma pilha de cerca de 6 metros de altura de documentação, que custou muitas centenas de dólares para se obter, sem implementações plenamente funcionais, enquanto que o protocolo TCP / IP foi um conjunto de softwares de código aberto e disponibilizado gratuitamente, sem qualquer documentação. Muitos na época caracterizaram a abordagem pesada do ISO-OSI como “vapourware sobre paperware”, enquanto o esforço do IP, que estava se formando em torno da recém-formada Internet Engineering Task Force (IETF), proclamou-se a trabalhar no princípio de “consenso básico e código em execução”.

Continuação no mês que vem (parte 4): As redes locais (LAN) e as redes de longa distância (WAN)

Sobre ademarfey

Professor de TI aposentado. Escritor na área de Redes de Computadores e Telecomunicações. Também pesquisa a Imigração Alemã no Brasil desde 2017.
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