Questões de desempenho

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COMUNICAÇÃO 
DE DADOS
Ramon dos Santos Lummertz
Questões de desempenho
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
  Caracterizar o desempenho na comunicação de dados em redes.
  Diferenciar latência, throughput e largura de banda.
  Identificar o produto entre largura de banda e latência.
Introdução
O desempenho de rede é a análise e a revisão de dados gerados pelas 
redes, para definir a qualidade dos seus serviços. É um processo qualita-
tivo e quantitativo, que mede e define o nível de desempenho de uma 
determinada rede. O desempenho orienta o administrador de redes na 
revisão, na medição e na melhoria dos serviços.
Neste capítulo, você vai conhecer algumas medidas primárias de 
desempenho da rede, como o atraso, que é o tempo requerido para 
enviar um bit de um computador para outro, e a taxa de transferência, 
throughput, que representa o número de bits por segundo que pode ser 
transmitido pela rede. Além disso, vamos estudar algumas fórmulas para 
medir o desempenho da rede.
Desempenho na comunicação
de dados em redes
Num mundo extremamente conectado, em que empresas, pessoas e coisas 
(internet of things) precisam de rede e internet, questões relacionadas ao 
desempenho são extremamente importantes. Geralmente, utilizamos o termo 
"velocidade", referenciando redes de alta e de baixa velocidade, entretanto, 
com o avanço das tecnologias, uma rede de alta velocidade pode, em alguns 
anos, tornar-se uma rede de baixa ou média velocidade. Por esse motivo, usar 
o termo alta velocidade ou baixa, às vezes, não condiz com o contexto das 
aplicações. Aliás, uma mesma rede pode ser de alta velocidade para a trans-
missão e recepção de um e-mail, entretanto, para um serviço de streaming 
se torna lenta.
Para padronizar e poder mensurar a qualidade de redes, medidas são usadas 
de forma a compreender melhor seus desempenhos. As principais medidas de 
rede são: latência, taxa de transferência, jitter e largura de banda.
A latência ou retardo, conforme Forouzan (2006, p. 90), é “[...] quanto tempo 
leva para uma mensagem inteira chegar de forma completa no seu destino”. Esse 
tempo é medido no momento do envio do primeiro bit do emissor. A latência é 
formada por quatro componentes: tempo de propagação, tempo de transmissão, 
tempo de fila e retardo de processamento.
A taxa de transferência, ou throughput, conforme Comer (2016), é a quan-
tidade de dados transferidos com sucesso pela rede, em um determinado 
momento. A variabilidade, ou jitter, conforme Tanenbaum (1997), é a variação 
do atraso que leva um pacote ou dado de sair do emissor até chegar no receptor. 
O Quadro 1 resume essas medidas. A largura de banda, ou bandwidth, é a 
capacidade de um link de comunicação de rede, com ou sem fio, de transmitir 
a quantidade máxima de dados de um ponto para outro por uma rede de com-
putadores, em certo período de tempo. Comer (2016) apresenta um resumo 
dessas medidas de qualidade, que é ilustrado, igualmente, no Quadro 1.
Fonte: Adaptado de Comer (2016).
Medida Descrição
Latência (atraso) Tempo necessário para transferir 
os dados pela rede.
Taxa de transferência (throughput) Quantia de dados que podem ser 
transmitidos por unidade de tempo.
Variabilidade (jitter) Variação do atraso e da 
duração dos atrasos.
Largura de banda (bandwidth) Capacidade de um link de comunicação 
de rede, com ou sem fio, de 
transmitir a quantidade máxima de 
dados de um ponto para outro.
Quadro 1. Medidas de desempenho de rede
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A importância de medir o desempenho
Diariamente, as demandas das redes aumentam, por isso, a medição ade-
quada do desempenho é primordial para uma boa rede. Uma rede com bom 
desempenho efetivo gera melhor satisfação para o usuário, seja na efi ciência 
interna das empresas, seja em serviços de rede voltados para o cliente, como, 
por exemplo, um e-commerce de venda de passagens aéreas. Isso justifi ca os 
testes de desempenho.
Ao oferecer serviços e softwares aos usuários, problemas de largura de 
banda, de latência e de gargalos podem rapidamente gerar um grande trans-
torno à equipe de tecnologia da empresa. Por isso, os gerentes de redes devem 
ter ações proativas, para garantir qualidade no desempenho da rede e para 
satisfazer continuamente o usuário.
O desempenho de uma rede nunca pode ser totalmente previsto. É preciso, 
portanto, medir o seu desempenho antes, durante e depois de atualizações 
ou de modificações, assim como monitorar permanentemente seu funcio-
namento. Esses são os únicos métodos válidos para garantir totalmente a 
qualidade da rede. 
Fatores que podem impactar no desempenho de rede
O gerenciamento do desempenho da rede inclui práticas de monitoramento e 
de otimização das principais métricas de desempenho, como latência e perda 
de pacotes. Um bom gerenciamento de desempenho de rede deve considerar 
todas as categorias pelas quais os problemas podem se manifestar, como as 
listadas a seguir.
  Infraestrutura: inclui hardware de rede, como roteadores, switches e 
cabos, softwares de rede, incluindo segurança e sistemas operacionais, 
além de serviços de rede, como endereçamento IP e protocolos sem 
fio. Do ponto de vista da infraestrutura, é importante caracterizar os 
padrões gerais de tráfego e largura de banda na rede. Essa medição de 
desempenho da rede fornecerá uma visão sobre quais fluxos estão mais 
congestionados, criando gargalos. Identificar esses elementos pode 
levar às correções e às atualizações proativas, minimizando futuros 
problemas.
  Problemas de rede: as limitações de desempenho inerentes à própria 
rede são frequentes. Múltiplas peculiaridades podem contribuir para seu 
desempenho, e as deficiências, em qualquer uma dessas áreas, podem 
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levar a problemas sistêmicos. Assim como os requisitos de hardware são 
essenciais para o planejamento da capacidade da rede, esses elementos 
devem ser projetados para atender a todas as demandas antecipadas 
do sistema. Por exemplo, memória insuficiente disponível pode, por 
sua vez, levar a um aumento na perda de pacotes ou a um desempenho 
de rede reduzido. O congestionamento da rede, tanto nos dispositivos 
ativos quanto nos links físicos (cabeamento), pode levar a velocidades 
reduzidas, se os pacotes forem enfileirados, ou à perda de pacotes, se 
nenhum sistema de enfileiramento estiver em vigor.
  Softwares: embora os problemas de infraestrutura e hardware de 
rede possam afetar diretamente a experiência do usuário em um 
determinado software, é importante considerar o impacto dos pró-
prios softwares como elementos importantes da arquitetura geral da 
rede. Softwares com desempenho insatisfatório podem consumir em 
excesso a largura de banda e diminuir a experiência do usuário. À 
medida que os aplicativos se tornam mais complexos com o tempo, o 
diagnóstico e o monitoramento do desempenho do aplicativo ganham 
importância.
  Segurança de rede: protege a privacidade, a propriedade intelectual e a 
integridade de dados. O gerenciamento e a mitigação de problemas de 
segurança de rede exigem a verificação de dispositivos, a criptografia 
de dados, a proteção contra vírus, a autenticação e a detecção de intru-
sões, que consomem valiosa largura de banda de rede e podem afetar 
o desempenho. Violações de segurança e tempo de inatividade devido 
a vírus estão entre os problemas de desempenho mais dispendiosos.
Principais medidas de desempenho
Para garantir o desempenho de rede, as métricas mais importantes devem ser 
conhecidas para medição. Muitos dos parâmetros para avaliar o desempenho 
de rede focam na velocidade dos dados e na sua qualidade. Ambas as cate-
gorias podem afetar signifi cativamente a experiência do usuário fi nal e são 
infl uenciadas por vários fatores.
Latência
Com relação à medição do desempenho da rede, a latência é a quantidade de 
tempo que os dados demoram para viajar de um local defi nido para outro. 
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Esseparâmetro é, por vezes, referido como atraso. Idealmente, a latência de 
uma rede é o mais próximo possível de zero. O limite absoluto, ou o fator 
regulador da latência, é a velocidade da luz. O enfi leiramento de pacotes, nas 
redes comutadas, e o índice de refração do cabeamento de fi bra óptica, são 
exemplos de variáveis que podem aumentar a latência.
Embora o usuário final se preocupe com o atraso total de uma rede, um 
especialista em redes precisa de indicadores mais exatos, com relatos de 
atrasos máximos e médios e a divisão do atraso em vários tipos. Comer (2016) 
aborda, conforme apresentado no Quadro 2, os diversos tipos de atrasos que 
podem afetar a rede.
Fonte: Adaptado de Comer (2016).
Medida Descrição
Latência (atraso) Tempo necessário para se deslocar no meio físico.
Atraso de acesso Tempo necessário para obter acesso ao 
meio físico (por exemplo, cabo de rede).
Atraso de comutação Tempo necessário para processar o 
encaminhamento de um pacote.
Atraso de enfileiramento Tempo necessário que um pacote gasta 
na memória de um computador ou de 
um roteador esperando a transmissão.
Atraso no servidor Tempo necessário para um servidor 
enviar uma resposta a uma requisição.
Quadro 2. Tipos de atrasos
A latência, conforme Forouzan (2006), é formada por quatro componen-
tes: tempo de propagação, tempo de transmissão, tempo de fila e retardo 
de processamento. O tempo de propagação pode ser calculado conforme a 
seguinte fórmula, em que a velocidade de propagação depende do meio de 
transmissão.
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Já o tempo de transmissão pode ser obtido com a fórmula a seguir.
Os sites Pingdom e o MapLatency são ótimas ferramentas para medir a latência de 
diferentes sites e serviços. A seguir você poderá acessar os links dos respectivos sites.
https://qrgo.page.link/NnPFE
https://qrgo.page.link/8n8uv
Como exemplo, uma LAN de 10 Mbps, com comprimento de 1 km, tem 
uma velocidade de propagação de 200 m/s. Os dados a serem transmitidos 
são de 256 bits. As taxas de propagação e de transmissão são:
Tempo de transmissão 256 b/10 Mbps = 25,6 s
Tempo de propagação 1000 m / 200 m/s = 5 s
Conforme Forouzan (2006), outro fator relacionado à latência é o jitter, uma 
vez que o jitter se manifesta em latência maior ou desigual entre os pacotes de 
dados, o que pode prejudicar o desempenho da rede e levar à perda de pacotes, bem 
como ao seu congestionamento. O jitter é definido como a variação no atraso de 
tempo para os pacotes de dados enviados por uma rede. Essa variável representa 
uma interrupção identificada no sequenciamento normal dos pacotes de dados.
Throughput
O throughput, ou "vazão", é uma das medidas usadas para o planejamento 
da capacidade de redes. Ele é defi nido como a quantidade de dados movidos 
com êxito de um lugar para outro, em um determinado período. Conforme 
Forouzan (2006), é uma medida da rapidez pela qual podemos realmente 
enviar dados pela rede.
O throughput é fundamental para medir o desempenho das redes quan-
titativamente. Para Comer (2016, p. 413), throughput é “[...] uma medida da 
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velocidade na qual os dados podem ser enviados através da rede, em bits por 
segundo (bit/s)”. Forouzan (2006, p. 90) complementa que “Embora à primeira 
vista a largura de banda em bits por segundo e throughput pareçam a mesma 
coisa, elas são diferentes”.
A taxa de transferência é medida por bits por segundo (bps). Atualmente, 
com as altas velocidades, os valores são expressos em megabits por segundo 
(Mbps), gigabits por segundo (Gbps) ou terabits por segundo (Tbps).
Como analogia, podemos imaginar uma estrada que foi projetada para o 
tráfego de 100 carros por segundo, de um ponto A para B, entretanto, se houver 
um congestionamento na rodovia, e apenas 10 carros conseguirem trafegar, o 
throughput será de 10 por segundo e a largura de banda será de 100.
 Conforme Comer (2016), a taxa de transferência pode ser medida segundo sua:
  capacidade de um único ou de vários canais;
  capacidade teórica ou taxa de transmissão efetiva;
  taxa de transmissão de dados alcançada por uma aplicação.
 Por exemplo, se um pacote com um tamanho de 100 bytes leva 1 segundo 
para trafegar do ponto A para o ponto B, podemos dizer que a taxa de trans-
ferência entre os dois dispositivos é de 800 bps. 
Comumente, quando você contrata um plano de internet, os anúncios da 
operadora são sobre ótimas condições do throughput. 
1 byte equivale a 8 bits. Portanto, 100 bytes são 800 bits, resultando no cálculo da taxa 
de transferência de 800 bits por segundo.
No link a seguir (em inglês), você pode acessar o site que oferece como ferramenta 
uma calculadora de throughput.
https://qrgo.page.link/brokt
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Largura de banda
A largura da banda é outra característica para medir o desempenho das redes. 
Ela pode ser usada em dois contextos: largura de banda em Hertz e largura 
de banda em bits por segundo.
A largura de banda em Hertz é o intervalo de frequências incluso em um 
sinal composto, ou o intervalo de frequências que um canal permite. Podemos, 
por exemplo, dizer que a largura de banda Wi-Fi é 2.4 GhHz.
O termo também pode se referir, conforme Forouzan (2006), ao número 
de bits por segundo que um canal, um enlace ou até mesmo uma rede é capaz 
de transmitir. Por exemplo, pode-se dizer que a largura de banda de uma rede 
ethernet composta de equipamentos gigabits é de no máximo 1 Gbps. Isso 
significa que essa rede pode enviar 1 Gbps, enquanto uma rede ethernet com 
equipamentos de 100 Mbps pode enviar no máximo 100 Mpbs. Ambas as 
larguras de bandas possuem uma relação, pois quando aumentamos a largura 
de banda em Hertz, aumentamos também em bits por segundo.
Em suma, a largura de banda é a capacidade de um link de comunicação 
de rede transmitir a quantidade máxima de dados de um ponto para outro por 
uma rede, em um determinado período de tempo — geralmente, um segundo. 
Sinônimo de capacidade, a largura de banda descreve a taxa de transferência 
de dados. A largura de banda erroneamente é conhecida como uma medida 
da velocidade da rede, mas não é.
Desempenho de um enlace
Largura de banda e latência são duas medidas que podem ser usadas para 
medir o desempenho de um enlace, entretanto, na comunicação de dados, são 
o produto das duas medidas, ou seja, o produto da largura de banda-latência.
A Figura 1, por exemplo, é um enlace com largura de banda de 1 bps, 
e suponhamos que o retardo do enlace seja de 5 s. Observando o exemplo, 
podemos dizer que esse produto 1 × 5 é o número máximo de bits que pode 
preencher esse enlace. Não pode haver no enlace mais de 5 bits, em qualquer 
instante. Seguindo, há o exemplo da Figura 2, agora com o aumento para 4 bits. 
Nos dois exemplos, mostra-se que o produto da largura de banda pela 
latência é o número de bits que pode ocupar o enlace. O produto entre largura 
de banda e latência é importante, caso seja preciso enviar dados em sequências 
e aguardar a confirmação de cada sequência antes de enviar o próximo.
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Figura 1. Exemplificando o produto entre largura de banda e latência.
Fonte: Adaptada de Forouzan (2006).
Figura 2. Exemplificando o produto entre largura de banda e latência.
Fonte: Adaptada de Forouzan (2006).
Fazendo uma analogia, podemos considerar os dois tubos de água, conforme 
a Figura 3, em que o fluxo de água aparentemente será maior no tubo A, mas 
isso dependerá de outras condições.
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Figura 3. Exemplificando o produto entre largura de banda e latência.
Fonte: Adaptada de Aurora72/Shutterstock.com. 
Se a água estiver fluindo na capacidade máxima em ambos os tubos, o 
tubo A carregará mais água em um determinado momento. Mas e se mais 
água estiver chegando ao tubo B do que ao tubo A? E se houver detritos no 
tubo A que estão restringindo o fluxo de água dentro do tubo?
Em resumo, podemos concluir que, em condições ideais e com capacidade 
máxima, o tubo A transportará mais água do queo tubo B. No entanto, qual-
quer número de fatores pode fazer com que mais água flua através do tubo 
B por unidade de tempo.
Usando a analogia acima, a largura de banda pode ser comparada com a 
largura dos tubos, isto é, a capacidade máxima e teórica do tubo, enquanto 
a vazão, ou throughput, é a quantidade real de água que flui por unidade de 
tempo. Portanto, mesmo que a largura de banda defina um limite de taxa de 
transferência, essa taxa pode ser afetada por vários outros fatores.
No link a seguir, você terá acesso à página de suporte da Intel, que possui um breve 
resumo sobre o que foi trabalhado neste texto.
https://qrgo.page.link/peSkt
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COMER, D. E. Redes de computadores e internet. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2016.
FOROUZAN, B. A. Comunicação de dados e redes de computadores. 3. ed. Porto Alegre: 
Bookman, 2006.
TANENBAUM, A. S. Redes de computadores. Rio de Janeiro: Campus, 1997.
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