Aula 7 - Inovação na arquitetura internet

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Inovação na arquitetura internet
Desafios da arquitetura TCP/IP
A arquitetura TCP/IP mostrou-se de grande utilidade para interconexão de redes de computadores de tipos distintos, sendo usada até hoje na implementação da internet. O equilíbrio obtido entre a solução de questões de desempenho de rede e outras características, como fácil interconexão, padronização e baixo custo de implementação, fez do TCP/IP uma solução de sucesso.
	VANTAGEM
	DESCRIÇÃO
	Rede lógica
	O protocolo IP criou uma rede lógica única formada por computadores distintos de todas as redes conectadas.
	Independência da rede física
	As aplicações acessam as redes físicas independentemente dos detalhes de hardware, em virtude da implementação em camadas da pilha de protocolos.
	Interoperabilidade
	Computadores fornecidos por fabricantes distintos conseguem se comunicar, uma vez que os protocolos TCP/IP são abertos.
	Independência do SO
	A pilha de protocolos TCP/IP é implementada no SO1 pelo fornecedor, liberando o aplicativo da necessidade de adaptar seu código para cada SO específico.
	Interconexão
	Computadores em redes locais com topologias e tecnologias distintas conseguem se conectar via roteamento de pacotes realizado por roteadores implementando regras de roteamento distintas.
	Simplificação
	Cada protocolo é implementado com foco específico na camada em que vai operar, liberando da necessidade de conhecimento dos detalhes de implementação das demais camadas.
	Escalabilidade
	
A inserção de um novo computador na rede local não afeta as configurações das demais redes interconectadas.
	
	
Principais vantagens:
Apesar de todas essas vantagens, diversos problemas foram sendo identificados ao longo de décadas:
· Latência
· Segurança
· Escopo
· Configuração
· Independência
· Domínios
· Camadas
· Endereçamento
A latência elevada é um dos problemas de maior impacto para as novas aplicações de rede que hoje são apresentadas ao mercado, como veículos autônomos e realidades aumentada e virtual.
A tecnologia 5G de redes WMAN foi concebida com o objetivo de reduzir a latência para 1 milissegundo e alcançar taxas de comunicação acima de 1 gigabyte por segundo
Estratégias de inovação
Uma das primeiras estratégias de inovação é a fusão de camadas de protocolos, reduzindo o seu número. Um exemplo da sua aplicação é a adoção do protocolo TCP/IP em detrimento da utilização do modelo de referência ISO/OSI.
Comparação entre os modelos de protocolos OSI e TCP/IP:
	MODELO OSI
	SUÍTE DE PROTOCOLOS TCP/IP
	MODELO TCP/IP
	Aplicação
	HTTP, DNS, DHCP, FTP
	Aplicação
	Apresentação
	
	
	Sessão
	
	
	Transporte
	TCP, UDP
	Transporte
	Rede
	IPv4, IPv6, ICMPv4, ICMPv6
	Internet
	Enlace de dados
	PPP, frame relay, ethernet
	Física
	Física
	
	
A proposição da nova versão seis do protocolo IP (IPv6), criada para substituir a versão IPv4, é um exemplo da estratégia de redefinição de protocolo.
O mesmo exemplo do IPv6 também revela outra estratégia de inovação, que é a de simplificação de funcionalidades. Enquanto no protocolo IPv4 é permitida a fragmentação de pacotes pelos nós intermediários durante o roteamento, no IPv6 apenas o nó de origem pode determinar o tamanho máximo da unidade de transmissão.
Também podemos utilizar como estratégia a fusão de protocolos, que foi adotada pelo IPv6 ao incorporar o suporte ao protocolo IPSec.
Outra estratégia é a divisão de camada de protocolo existente. Foi o caso do protocolo 6LoWPAN para aplicação em IoT, que foi inserido na camada de rede abaixo do IPv6, para compatibilização com o protocolo IEEE 802.15.4 na camada física, por meio da compressão do header das mensagens e da fragmentação/remontagem de pacotes. Por sua vez, a camada física foi dividida entre o protocolo IEEE 802.15.4 MAC, que implementa a interface entre a camada de rede e a camada física, e o protocolo IEEE 802.15.4 PHY, que implementa as funções de comunicação do hardware (IEEE..., [s. d.]).
Exemplo de divisão de protocolos na mesma camada:
Para questões de aumento do desempenho, uma estratégia largamente adotada é a de desenvolvimento de chipsets dedicados para a implementação do protocolo. Esse é o caso de chipsets do protocolo Bluetooth, que já incluem antena, oscilador, resistores e capacitores (REN, 2016). Com um chipset dedicado, a execução do protocolo não se degrada quando o processador central do dispositivo estiver sob alta demanda.
Protocolo Bluetooth
Segue um caminho fora da arquitetura TCP/IP.
Ele foi desenvolvido em 1994 pela Ericsson, que se associou com IBM, Nokia, Toshiba e Intel para criar o Bluetooth SIG (Special Interest Group) em 1998. Esse grupo conta hoje também com a participação de Microsoft, Lenovo e Apple.
O protocolo Bluetooth segue o padrão IEEE 802.15.1 de rede WPAN (wireless personal area network).
Parte do rápido crescimento de adoção do Bluetooth vem do esforço de desenvolvimento liderado pelo Bluetooth SIG. 
A rápida adoção do Bluetooth também se deve à incorporação de novas tecnologias, como é o caso de mesh networking (rede de dispositivos-padrão), introduzida em 2017 (WOOLLEY, 2019), que permite a criação de redes em larga escala com até milhares de dispositivos de baixo consumo de energia conectados entre si.
As aplicações de Bluetooth passam por conectividade ponto a ponto, broadcasting (radiodifusão), posicionamento em locais fechados (indoor positioning) e mesh networking, conforme apresentado:
A unidade básica de um sistema Bluetooth é chamada de piconet (TANENBAUM, 2011), que consiste em um nó mestre e até sete nós escravos ativos. Também pode haver até 255 nós estacionados (inativos) numa rede, que são dispositivos que foram comutados para um estado de baixa energia pelo nó mestre e que dependem de um comando de ativação para sair dele. 
Numa piconet, o nó mestre controla o clock do sistema e determina qual dispositivo vai se comunicar em um determinado instante. Toda a comunicação é realizada entre mestre e escravo e nunca diretamente entre dois escravos.
O nó escravo comunica-se com o nó mestre por uma conexão do tipo ponto a ponto, já o nó mestre pode se comunicar tanto por uma conexão ponto a ponto com um nó escravo como por meio de uma conexão ponto a multiponto com todos os nós escravos da piconet simultaneamente.
Duas piconets podem ser conectadas por um nó escravo, que serve como ponte entre as duas, para formar uma scatternet. Uma scatternet é uma rede ad hoc, isto é, não há a necessidade de um nó roteador central que faça a conexão com outras redes (MORAES; XAUD; XAUD, 2009). Qualquer nó é independente para realizar o roteamento e pode haver uma redundância com vários nós simultâneos desempenhando o mesmo papel. Um dispositivo em uma scatternet pode participar de diversas piconets como nó escravo, mas apenas em uma delas como nó mestre.
Duas piconets conectadas para formar uma scatternet:
A pilha de protocolos Bluetooth não segue o modelo TCP/IP, mas sim uma organização de camadas livres que privilegia a melhor relação custo-benefício de processamento, com o menor consumo de energia possível.
Pilha de protocolos Bluetooth:
A camada física de rádio lida com a transmissão e a modulação de sinais de rádio. A camada de controle de enlace (banda-base) controla os slots de tempo de cada comunicação entre mestre e escravo. O protocolo de gerenciamento de enlace cuida do gerenciamento de canais lógicos entre os dispositivos, incluindo emparelhamento entre dispositivos, gerenciamento de energia, qualidade de serviço e criptografia. Os protocolos implementados abaixo da interface host-controlador serão implementados no chip Bluetooth, enquanto os protocolos acima serão implementados no dispositivo que hospeda o chip.
O protocolo de enlace L2CAP (logical link control adaptation protocol) enquadra mensagens de tamanho variável e oferece confiabilidade de transmissão caso seja necessário. O RFcomm (comunicação por radiofrequência) é um protocolo de transporte, que simula uma porta serial para conexão de dispositivos seriais, como teclado e mouse. O protocolo de descobertade serviço é utilizado para localizar serviços dentro da rede. As aplicações são implementadas com base em perfis (profiles) verticais predefinidos, que reúnem funcionalidades específicas de cada protocolo da pilha conforme suas necessidades. Por exemplo, um perfil pode utilizar as funcionalidades do protocolo L2CAP caso tenha pacotes para enviar, ou pular essa funcionalidade caso envolva um fluxo contínuo de amostras de áudio sendo enviadas.