Ciência Embarcada

Introdução

Você já parou para pensar no que acontece quando você digita um endereço no navegador e aperta Enter? Em frações de segundo, sua mensagem viaja por dezenas de equipamentos, atravessa cabos submarinos, passa por centrais de troca de tráfego e chega a um servidor que pode estar do outro lado do mundo. Parece mágica, mas é engenharia pura.

Nos últimos meses eu tenho trabalhado em provedores de internet, o que me levou a perceber que muitos conceitos que parecem complexos são, na verdade, camadas bem organizadas de protocolos e acordos. Neste artigo, vou desmistificar cada etapa dessa jornada, desde o seu computador até os grandes backbones da Internet.

Vamos juntos desvendar termos como BGP, PTT, peering e entender por que a Internet não tem dono, mas funciona perfeitamente (na maior parte do tempo!).

1. O Começo da Jornada: Sua Casa (LAN)

O que é uma LAN?

LAN significa Local Area Network (Rede de Área Local). É a rede que existe dentro da sua casa ou empresa. Todos os dispositivos conectados ao mesmo roteador Wi-Fi fazem parte dessa rede local.

Como seu computador se comunica?

Quando você quer acessar um site, seu computador primeiro precisa saber como se comunicar com outros dispositivos na rede local. Aqui entram dois protocolos fundamentais:

ARP (Address Resolution Protocol): Imagine que você está em uma festa e quer falar com alguém chamado “João”. Você grita “Onde está o João?” e ele responde “Estou aqui!”. O ARP faz exatamente isso, mas com endereços. Seu computador pergunta “Quem tem o endereço IP 192.168.1.1?” e o roteador responde “Sou eu, meu endereço MAC é XX:XX:XX:XX:XX:XX”.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Quando você liga um dispositivo novo na rede, ele precisa de um endereço IP para funcionar. O DHCP é como um atendente que distribui números de identificação automaticamente. Ele diz: “Bem-vindo! Seu IP será 192.168.1.50, use este DNS, e para sair da rede local, fale com o roteador em 192.168.1.1”.

O papel do roteador doméstico

Seu roteador faz algo muito importante chamado NAT (Network Address Translation). Pense assim: você tem apenas um endereço público (como um número de telefone), mas várias pessoas em casa querem usar a Internet. O NAT permite que todos compartilhem esse único endereço. Quando um pacote volta da Internet, o roteador sabe para qual dispositivo encaminhar baseado em uma tabela que ele mantém.

2. A Conexão com o Mundo: Seu Provedor (ISP)

O que é um ISP?

ISP significa Internet Service Provider (Provedor de Serviços de Internet). É a empresa que você paga mensalmente para ter acesso à Internet – nomes como Vivo, Claro, Oi, ou provedores regionais menores.

Do seu roteador até o ISP

O sinal sai do seu roteador e viaja por:

• Fibra óptica: pulsos de luz através de cabos de vidro finíssimos
• Cabo coaxial: como os antigos cabos de TV a cabo
• Rádio: em áreas rurais ou conexões móveis (4G/5G)

Este sinal chega em um PoP, ou Point of Presence (Ponto de Presença), que é uma instalação física do seu provedor onde ficam os equipamentos que concentram as conexões de muitos clientes.

Agregação de tráfego

Imagine um prédio onde cada apartamento tem um tubo conectado à rua. Seria caos! Em vez disso, todos os tubos se juntam em um cano maior no subsolo. A agregação funciona assim: o tráfego de centenas ou milhares de clientes é concentrado em equipamentos maiores e mais potentes.

Os switches de agregação juntam as conexões, e os roteadores de borda decidem para onde enviar cada pacote usando tabelas de roteamento.

3. BGP: O Protocolo que Une a Internet

O que é BGP?

BGP (Border Gateway Protocol) é o protocolo de roteamento da Internet. Se a Internet fosse um sistema de estradas, o BGP seria o GPS que decide qual caminho tomar para chegar ao destino.

Sistemas Autônomos (AS)

Cada grande provedor, empresa de telecomunicações ou datacenter tem um número AS (Autonomous System Number). É como um CPF da rede. Por exemplo:

• AS 1916 (Rede Nacional de Ensino e Pesquisa – RNP)
• AS 15169 (Google)
• AS 26615 (TIM)
• AS 28573 (Claro)

Como o BGP funciona?

Roteadores BGP conversam entre si anunciando: “Eu sei como chegar nas redes 200.x.x.x, 198.51.100.0/24, etc.” Quando você quer acessar um site, seu pacote vai pulando de roteador em roteador, e cada um consulta sua tabela BGP para decidir o próximo salto mais eficiente.

Políticas de roteamento

Nem sempre o caminho mais curto é o escolhido. Os provedores consideram:

• Custo: rotas pagas (trânsito) versus gratuitas (peering)
• Política comercial: preferência por parceiros
• Qualidade: latência, confiabilidade
• Segurança: filtros contra rotas suspeitas

4. Peering e PTTs: Economizando Dinheiro e Tempo

A diferença entre Peering e Trânsito

Existem dois jeitos principais de redes se conectarem:

Trânsito (Transit): É como pagar um intermediário. Você paga uma operadora maior para que ela entregue seu tráfego onde você não alcança. É caro, especialmente para tráfego internacional.

Peering: É um acordo entre dois provedores para trocar tráfego diretamente, geralmente sem custo. É como dois vizinhos que fazem um acordo para compartilhar a conexão, em vez de cada um contratar separadamente.

O que são PTTs/IXPs?

PTT (Ponto de Troca de Tráfego) ou IXP (Internet Exchange Point) são locais físicos onde vários provedores se encontram para fazer peering. O maior exemplo brasileiro é o IX.br, com pontos em várias cidades.

Por que PTTs são importantes?

Imagine o seguinte cenário sem PTT:

1. Você está em São Paulo usando a operadora A
2. Quer acessar um site também em São Paulo, mas na operadora B
3. Sem PTT: seu tráfego pode ir para Miami (EUA), atravessar o backbone internacional, e voltar para São Paulo
4. Com PTT: as duas operadoras trocam tráfego localmente em milissegundos

Benefícios reais:

• Latência reduzida de 150ms para 5ms
• Economia de custos de trânsito internacional
• Internet mais rápida e barata para todos

Veja mais sobre o IX.br na publicação IX.br: o maior ponto de troca de tráfego do mundo.

Route Servers

Em um PTT grande, se cada participante precisasse fazer peering individual com todos os outros, seriam milhares de conexões BGP. Os route servers simplificam isso: você faz uma única sessão BGP com o route server, e ele distribui as rotas para todos os outros participantes.

5. Backbones: As Superestradas da Internet

O que é são Backbones?

Backbone (literalmente “espinha dorsal”) são as redes de altíssima capacidade que interligam cidades, estados e países. São os “cabos grossos” da Internet.

Características dos Backbones

• Capacidade: links de 100 Gbps, 400 Gbps ou até 800 Gbps
• Redundância: múltiplos caminhos alternativos
• Tecnologia: roteadores especializados que processam milhões de pacotes por segundo
• Alcance: cabos submarinos entre continentes, fibra terrestre de longa distância

MPLS e Engenharia de Tráfego

MPLS (Multiprotocol Label Switching) é uma tecnologia que permite aos provedores “marcar” pacotes e direcioná-los por caminhos específicos, como faixas expressas em uma rodovia. Isso permite:

• Balanceamento de carga entre links
• Priorização de tráfego (VoIP antes de download de arquivo)
• Rotas de backup automáticas

Mapas de Backbones Reais

Abaixo é possível ver os cabos submarinos que interligam regiões, países e continentes. Eles são literalmente a espinha dorsal da internet que conhecemos. Você pode acessar o mapa completo no site Submarine Cable Map.

A próxima imagem mostra o backbone da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP), infraestrutura que conecta institutos de pesquisa, universidades, hospitais universitários e órgãos públicos em todas as regiões do Brasil, oferecendo não apenas conectividade de alta velocidade, mas também serviços avançados como videoconferência, computação em nuvem e colaboração científica.

A RNP mantém PoPs estrategicamente distribuídos pelo país. Em diversos casos, esses PoPs hospedam fisicamente a infraestrutura dos PTTs do IX.br, que são operados pelo NIC.br (Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR). Um exemplo dessa colaboração é o IX.br Recife, instalado nas dependências do PoP-PE da RNP, permitindo que provedores locais façam peering em uma infraestrutura de qualidade mantida pela rede acadêmica.

6. Antes de Chegar ao Servidor: DNS e Anycast

O Sistema de Nomes: DNS

Humanos preferem nomes (como: “google.com”) a números (como: “142.250.219.46”). O DNS (Domain Name System) é a “lista telefônica” da Internet.

Como funciona uma consulta DNS?

1. Você digita “www.exemplo.com“
2. Seu computador pergunta ao servidor DNS recursivo (geralmente do seu ISP ou serviços como 8.8.8.8 do Google)
3. Se o recursivo não souber, ele pergunta aos servidores raiz (13 no mundo, replicados por Anycast)
4. Os servidores raiz direcionam para os servidores TLD (.com, .br, .org)
5. Os TLD direcionam para os servidores autoritativos do domínio
6. Finalmente, você recebe o IP e pode fazer a conexão

Todo esse processo leva entre 20-100 milissegundos na primeira vez. Depois, fica em cache.

Anycast: O Mesmo Endereço, Múltiplos Lugares

Anycast é uma técnica onde o mesmo endereço IP é anunciado de vários locais diferentes. O protocolo BGP automaticamente direciona você para o servidor mais próximo.

Exemplo prático: O DNS do Google (8.8.8.8) não é um servidor em um único local. São centenas de servidores espalhados pelo mundo, todos respondendo pelo mesmo IP. Quando você consulta, vai para o mais próximo de você.

Benefícios:

• Latência reduzida
• Resistência a ataques DDoS (o ataque afeta só uma região)
• Distribuição automática de carga

CDNs (Content Delivery Networks)

CDNs, ou Content Delivery Networks (Redes de Entrega de Conteúdo), como Cloudflare, Akamai e Fastly usam Anycast para distribuir conteúdo. Em vez de buscar uma imagem de um servidor nos EUA, você baixa de um cache próximo a você, que pode estar no seu provedor, no PTT da sua região ou em São Paulo.

7. Datacenters: O Destino Final

A chegada ao servidor

Seu pacote finalmente chega ao datacenter. Mas ele não vai direto para um servidor, passando primeiro por:

1. Firewall: verificação de segurança
2. Load Balancer: distribuidor de carga que decide qual servidor vai te atender
3. Servidor Web: processa sua requisição
4. Banco de dados: se necessário, busca informações
5. Storage: onde os arquivos estão armazenados

Redundância e alta disponibilidade

Serviços modernos não dependem de um único servidor. Estratégias para isso incluem:

• Replicação: dados copiados em múltiplos servidores
• Failover automático: se um servidor cai, outro assume instantaneamente
• Múltiplas zonas de disponibilidade: datacenters em cidades diferentes
• Backup geográfico: cópias em continentes diferentes

Engenharia do Caos

Algumas empresas (como Netflix, Amazon, Google e outras) testam propositalmente falhas em produção para garantir que o sistema aguenta. Desligam servidores aleatórios para ver se a aplicação continua funcionando. Tudo isso para garantir que você vai continuar conseguindo utilizar esses serviços mesmo em caso de falhas no servidor que estava atendendo as suas requisições.

8. BGP na Prática: Exemplo Técnico

Para quem trabalha com redes, aqui está um exemplo básico de configuração BGP usando FRRouting:

# Configuração BGP básica
router bgp 65000
 # Identificação da rede
 bgp router-id 198.51.100.1
 
 # Configuração do vizinho (peer)
 neighbor 203.0.113.2 remote-as 65001
 neighbor 203.0.113.2 description Peering IX.br SP
 neighbor 203.0.113.2 password senha_segura
 
 # Anúncio do nosso prefixo
 network 198.51.100.0/24
 
 # Aplicação de filtros de segurança
 neighbor 203.0.113.2 prefix-list FILTER-IN in
 neighbor 203.0.113.2 prefix-list FILTER-OUT out
 neighbor 203.0.113.2 maximum-prefix 100000
 
 # Validação RPKI
 rpki
  rpki polling-period 300
  rpki cache 192.0.2.1 3323

# Listas de prefixos permitidos
ip prefix-list FILTER-IN permit 0.0.0.0/0 le 24
ip prefix-list FILTER-OUT permit 198.51.100.0/24

O que cada parte faz?

• router-id: identificação única deste roteador
• neighbor: configura peering com outro AS
• network: anuncia que sabemos chegar nesta rede
• prefix-list: filtros de segurança (só aceita/anuncia certas redes)
• maximum-prefix: proteção contra route leak (anúncios excessivos)
• rpki: validação criptográfica de que o AS tem direito de anunciar aquele prefixo

9. Segurança: Protegendo a Internet

Ameaças reais

BGP Hijacking: Um AS malicioso anuncia que sabe chegar em uma rede que não é dele. O tráfego é desviado para o atacante. Já aconteceu com YouTube, Amazon e até redes de criptomoedas.

Route Leak: Um AS anuncia rotas que recebeu de outros AS, causando roteamento subótimo ou loops. Geralmente é erro de configuração, não ataque.

DDoS: Ataque distribuído de negação de serviço, onde milhares de dispositivos enviam tráfego para sobrecarregar um alvo.

Proteções essenciais

RPKI (Resource Public Key Infrastructure): Sistema de certificados digitais que prova quem tem direito de anunciar cada bloco de IPs. É como um documento de propriedade da rede.

ROA (Route Origin Authorization): Declaração assinada digitalmente dizendo “O AS 65000 tem autorização para anunciar 198.51.100.0/24”.

Filtros BGP: Listas de controle que rejeitam:

• Prefixos privados (192.168.x.x, 10.x.x.x)
• Prefixos muito específicos (como /32, exceto em casos especiais)
• Rotas de AS conhecidos por serem problemáticos

Monitoramento contínuo:

• NetFlow/IPFIX: telemetria do tráfego em tempo real
• BGP Monitoring: serviços como RIPE RIS detectam anúncios anômalos
• Looking Glass: ferramentas públicas para consultar rotas

Boas práticas operacionais

1. Sempre validar ROAs com RPKI antes de aceitar rotas
2. Configurar filtros estritos em todos os peers
3. Limitar número máximo de prefixos por vizinho
4. Manter documentação atualizada de políticas de roteamento
5. Participar de comunidades (GTER, LACNIC, NANOG)

10. Desempenho: Latência, Jitter e Perda

Entendendo a latência

Latência é o tempo que um pacote leva para ir de A até B. Componentes:

1. Propagação: Velocidade da luz na fibra (~200.000 km/s)
   • São Paulo → Rio: ~5ms (400 km)
   • Brasil → EUA: ~100ms (cabo submarino)
   • Brasil → Europa: ~150-200ms
2. Transmissão: Tempo para enviar os bits no fio
   • Link de 1 Gbps: quase instantâneo para pacotes pequenos
   • Link de 10 Mbps: perceptível em arquivos grandes
3. Processamento: Cada roteador/switch adiciona ~0.1-1ms
   • 10 saltos = 1-10ms adicionais
4. Fila: Espera quando há congestionamento
   • Pode adicionar 10-100ms em horários de pico

Jitter: O inimigo das chamadas de vídeo

Jitter é a variação da latência. Se um pacote leva 50ms e o próximo leva 150ms, há muito jitter. Isso causa:

• Voz robotizada em chamadas
• Vídeo travando e acelerando
• Jogos com lag imprevisível

Perda de pacotes

Quando roteadores estão sobrecarregados, eles simplesmente descartam pacotes. Taxas aceitáveis:

• Navegação web: até 1% é tolerável
• Vídeo em streaming: até 0.5%
• VoIP: máximo 0.1%
• Gaming competitivo: idealmente 0%

Como melhorar o desempenho

• Usar CDNs para conteúdo estático
• Escolher datacenters próximos ao público-alvo
• Implementar caching em múltiplas camadas
• Otimizar código e consultas ao banco de dados
• Usar protocolos modernos (HTTP/3, QUIC)
• QoS (Quality of Service) para priorizar tráfego crítico

11. Tabelas de Referência Rápida

Camadas da Internet

Latências típicas

Larguras de banda comuns

12. Ferramentas de Diagnóstico

Comandos essenciais

# Ver o caminho que os pacotes percorrem
traceroute exemplo.com
# ou no Windows: tracert exemplo.com

# Consulta DNS detalhada
dig +trace exemplo.com
# Ver todos os servidores consultados

# Teste de latência
ping -c 10 exemplo.com
# Média, mínimo, máximo e desvio padrão

# Verificar rotas BGP (de um Looking Glass)
# Acesse via navegador: https://lg.example.net/

# Medir velocidade real
speedtest-cli
# Ou use speedtest.net no navegador

# Verificar portas abertas
nmap -p 80,443 exemplo.com

# Análise de cabeçalhos HTTP
curl -I exemplo.com
# Ver redirecionamentos, cache, servidor

# Monitoramento contínuo de rede
mtr exemplo.com
# Combina ping e traceroute em tempo real

Interpretando resultados

Traceroute:

1. 192.168.1.1 (1ms)     ← Seu roteador
2. 10.0.0.1 (5ms)        ← Equipamento do ISP
3. 200.x.x.x (10ms)      ← Rede do ISP
4. 200.y.y.y (12ms)      ← PTT ou backbone
5. 198.z.z.z (15ms)      ← Rede de destino
6. 198.w.w.w (16ms)      ← Servidor final

Se você ver:

• *** (asteriscos): firewall bloqueando ICMP, normal
• Salto com latência muito maior que anterior: possível congestionamento
• Muitos saltos (20+): roteamento ineficiente

13. Perguntas Frequentes

Por que minha Internet fica lenta à noite? É o horário de pico (18h-23h). Muitos usuários simultâneos causam congestionamento, especialmente em tecnologias compartilhadas como cabo. A solução é o ISP aumentar capacidade ou você contratar um plano com maior prioridade.

VPN deixa a Internet mais rápida? Geralmente não. VPN adiciona latência e reduz velocidade. A exceção é quando seu ISP tem roteamento ruim para determinado serviço, e a VPN usa um caminho melhor.

Por que alguns sites carregam rápido e outros não? Depende de onde os servidores estão. Um site com CDN no Brasil carrega em 10-20ms. Um site em servidor compartilhado na Europa pode levar 200ms+ apenas para começar a responder.

IPv4 vai acabar? Endereços IPv4 novos já acabaram. Mas com NAT e o mercado secundário de IPs, IPv4 vai continuar funcionando por décadas. IPv6 é o futuro, mas a adoção é lenta.

Como saber se meu ISP faz throttling? Use ferramentas como Wehe ou teste velocidade em diferentes serviços (YouTube, Netflix, torrent). Se houver diferenças grandes entre serviços, pode ser throttling seletivo.

14. O Futuro da Internet

Tendências emergentes

• HTTP/3 e QUIC: Nova versão do protocolo web, mais rápido e resistente a perda de pacotes. Google já usa extensivamente.
• Segment Routing (SR): Evolução do MPLS, mais simples e eficiente para engenharia de tráfego.
• IPv6 puro: Alguns provedores já oferecem conexões IPv6-only com NAT64 para sites legados.
• Redes 5G e 6G: Latência sub-10ms e velocidades de múltiplos Gbps em dispositivos móveis.
• Internet Quântica: Pesquisas em comunicação quântica para segurança absoluta contra interceptação.
• Satélites de baixa órbita: Starlink e similares levando Internet de alta velocidade para áreas remotas.

Conclusão

A Internet é uma obra-prima de engenharia cooperativa. Milhares de empresas e organizações independentes trabalhando juntas através de protocolos abertos e acordos comerciais.

Nesta jornada, vimos como um pacote sai do seu computador, passa pelo roteador com NAT, chega ao seu ISP, possivelmente passa por um PTT onde faz peering, viaja por backbones de alta capacidade, resolve nomes via DNS usando Anycast, e finalmente chega a um datacenter com redundância e balanceamento de carga.

Tudo isso orquestrado principalmente pelo BGP, o protocolo que mantém a Internet funcionando, e protegido por camadas de segurança como RPKI, filtros e monitoramento constante.

Próximos passos

Para se aprofundar:

1. Experimente: Rode traceroute para sites que você usa. Veja quantos saltos, onde estão os PTTs, identifique os ASes.
2. Monitore: Use Looking Glass públicos para ver rotas BGP reais. O IX.br oferece um excelente.
3. Aprenda: Faça cursos de redes (CCNA, CCNP) ou estude documentação de protocolos (RFCs).
4. Participe: Entre em comunidades como GTER (Grupo de Trabalho em Engenharia e Operação de Redes).
5. Configure: Monte um lab com FRRouting ou GNS3 para experimentar BGP e OSPF.

A Internet não é mágica, mas é mágica na forma como bilhões de pessoas se conectam todos os dias através de uma infraestrutura que ninguém controla completamente, mas todos mantêm funcionando.