Infraestrutura da internet: o que é e como funciona

A rede de internet parece tão simples: você toca na tela, clica com o mouse e desfruta de um mundo inteiro de informações e conexões, bem ali ao alcance dos seus dedos.

Nos bastidores, porém, a internet é tudo menos simples. Ela é sustentada por uma complexa rede interconectada de elementos, desde cabos de fibra óptica até protocolos de rede. Este guia analisa por trás da cortina, explorando o fascinante mundo da infraestrutura da internet.

O que é infraestrutura da internet?

"Infraestrutura da internet” é o termo coletivo para todos os sistemas, equipamentos e softwares essenciais que fazem da internet o que ela é. Ela permite a formação de redes e a comunicação entre dispositivos ao redor do mundo.

A infraestrutura é formada por uma complexa rede de tecnologias, organizadas em camadas. Há a camada física, composta por hardware como cabos, satélites e dispositivos de rede que processam sinais (como switches e roteadores), e há a camada digital ou lógica, que inclui softwares e protocolos.

Juntas, essas camadas e os diversos componentes que as compõem criam o extraordinário sistema que conhecemos como internet, a qual viabiliza as conexões que permitem que uma pessoa comum pegue seu smartphone ou ligue seu computador e acesse um mundo de informações, entretenimento e comunicação.

Infraestrutura da internet vs. infraestrutura de rede

A infraestrutura de rede e a infraestrutura da internet estão intimamente ligadas, com muita sobreposição entre as duas categorias. Embora ambas envolvam os sistemas físicos e virtuais que permitem a conexão de dispositivos, infraestrutura de rede é o termo mais abrangente, englobando todos os componentes necessários para estabelecer redes de qualquer tipo.

A infraestrutura da internet, por outro lado, é um subconjunto da infraestrutura de rede, com foco exclusivo nos componentes que formam a própria internet.

Tipos de infraestrutura da internet

Existem inúmeras formas e categorias de arquitetura e infraestrutura da internet, tais como:

• Infraestrutura física: os componentes físicos que compõem a infraestrutura da internet incluem itens como cabos submarinos, fibra ópticas, servidores, satélites e torres de celular, que facilitam o fluxo de dados do ponto A ao ponto B.
• Infraestrutura de dados: a internet essencialmente gira em torno do fluxo de dados entre servidores e clientes. Data centers abrigam os servidores que armazenam esses dados, permitindo que os clientes acessem o conteúdo sob demanda, quando e como desejarem.
• Protocolos e software: protocolos e padrões são os conjuntos de regras ou diretrizes da internet. Eles controlam a forma como programas e dispositivos interagem e se comunicam, e têm um grande impacto na segurança e confiabilidade geral da internet.
• Infraestrutura de apoio: existem também componentes de infraestrutura de internet que desempenham funções mais específicas, como o Sistema de Nomes de Domínio (DNS) e pontos de troca de internet (IXPs).

Rede central vs. rede de borda

Podemos dividir a infraestrutura da internet de diversas maneiras, sendo duas categorias possíveis: "central” e "borda”.

A infraestrutura de rede central é por vezes referida como a espinha dorsal da internet. É composta pelos maiores data centers, pelos cabos de fibra ótica e cabos submarinos mais rápidos e pelos IXPs mais importantes. Ela transporta a maior parte do tráfego online por longas distâncias, abrangendo países e até continentes.

A infraestrutura de rede de borda, por sua vez, é mais como a "camada externa" da internet. Ela é composta por peças de infraestrutura menores, mas ainda relevantes, que estão fisicamente mais próximas do usuário final, como torres de celular, data centers regionais e provedores de internet locais. Seu papel é transportar dados e tráfego ao longo da distância final até os dispositivos do usuário de forma rápida e eficiente.

Componentes da infraestrutura da internet

Em seguida, vamos analisar mais detalhadamente os tipos de infraestrutura da internet mencionados anteriormente, explorando alguns dos elementos mais críticos.

Fibra óptica na infraestrutura da internet

Se a internet fosse um corpo humano, os cabos de fibra óptica seriam as artérias e veias, canalizando dados para onde quer que sejam necessários. Eles são peças absolutamente cruciais da infraestrutura da internet, e existem centenas de milhares de quilômetros desses cabos espalhados pelo planeta atualmente.

Como a fibra óptica funciona

Em termos básicos, os cabos de fibra óptica utilizam luz, em vez de eletricidade, para transmitir dados de um lugar para outro. Cada cabo é composto por filamentos muito finos de fibra de vidro ou plástico e dividido em duas partes principais: o núcleo, ou área central que transporta a luz, e o revestimento, que é a camada externa que envolve o núcleo e ajuda a manter os dados, na forma de luz, dentro do cabo.

Para enviar uma unidade de dado através de um cabo de fibra óptica, a informação é primeiro convertida em sinais digitais, ou sequências de 1s e 0s. Um transmissor especial converte esses sinais em pulsos de luz, que atravessam o cabo de fibra óptica, refletindo ao longo das fibras sem escapar graças ao revestimento que as envolve.

A luz (dados) se move incrivelmente rápido, atingindo velocidades de 2 × 10⁸ m s⁻¹ (cerca de dois terços da velocidade da luz no vácuo). Ao chegar à outra extremidade, um detector recebe os pulsos e os converte novamente em sinais eletrônicos. Estes podem então ser decodificados e apresentados ao usuário final em um formato legível ou compreensível.

Há inúmeras vantagens em usar cabos de fibra óptica na infraestrutura da internet. Primeiramente, eles são rápidos e capazes de transmitir grandes quantidades de dados em frações de segundo, mesmo em distâncias enormes. Além disso, são menos suscetíveis a perturbações como interferência eletromagnética ou diafonia do que os cabos de cobre convencionais.

Cabos submarinos

Os cabos de fibra óptica não se estendem apenas por terra. Eles também atravessam a água. Os cabos submarinos são feixes de cabos de fibra óptica que transportam tráfego de dados internacional sob oceanos e mares. Alguns desses cabos se estendem por milhares de quilômetros, e a grande maioria do tráfego de internet (mais de 95%, para ser exato) passa por esses cabos.

Eles geralmente funcionam como os cabos de fibra óptica comuns, convertendo dados em pulsos de luz e enviando essa luz de um ponto a outro. Mas existem algumas diferenças, como o fato de que esses cabos tendem a ter camadas externas protetoras adicionais para ajudá-los a suportar o ambiente submarino adverso.

Como percorrem distâncias tão longas, os cabos submarinos geralmente também passam por repetidores de sinal, que são instalados em intervalos definidos ao longo do cabo para "atualizar" o sinal e evitar a perda de dados durante o percurso. Assim que o cabo emerge em terra, ele geralmente passa por uma estação de ancoragem antes de se conectar às redes de cabos terrestres.

Aspectos operacionais dos data centers

Data centers são os locais que abrigam servidores e dispositivos de armazenamento para a vasta quantidade de dados necessária para manter a internet em funcionamento. Eles também incluem equipamentos de rede, como switches e roteadores, grandes sistemas de energia e geradores, além de sistemas de refrigeração para evitar o superaquecimento de todo esse hardware.

O papel dos data centers no contexto mais amplo da infraestrutura da internet é complexo e multifacetado. Ele envolve:

• Gerenciamento de largura de banda: os data centers ajustam a capacidade da rede para garantir que o tráfego de internet flua sem problemas, a fim de que os usuários tenham conexões rápidas e estáveis.
• Balanceamento de carga: os data centers distribuem as solicitações recebidas entre vários servidores de forma equilibrada para minimizar o risco de sobrecarga de servidores individuais ou esgotamento de outros recursos.
• Tratamento de redundância: os data centers geralmente possuem sistemas de backup para que possam continuar operando mesmo durante falhas e problemas técnicos. Isso minimiza o tempo de inatividade e mantém os sites e serviços online e acessíveis pelo maior tempo possível.

A segurança também é uma parte fundamental das operações de um data center. Devido à enorme quantidade de dados sensíveis que processam, eles exigem defesas tanto físicas quanto digitais. Os data centers geralmente contam com guardas, câmeras de segurança e leitores biométricos, além de firewalls e sistemas criptografados para manter os dados seguros.

O papel da computação em nuvem

A computação em nuvem é uma parte da infraestrutura da internet que ganhou destaque nos últimos anos e mudou a forma como os dados são armazenados e transmitidos. Ela utiliza servidores e recursos computacionais baseados em nuvem, como sistemas de armazenamento e até mesmo software, que estão disponíveis na internet. Isso elimina a necessidade dos usuários possuírem seus próprios servidores e hardware físicos.

Através da computação em nuvem, surgiram novos campos de serviços na internet, como o Software como Serviço (SaaS). A nuvem também é conhecida por sua notável escalabilidade de recursos e flexibilidade, oferecendo suporte a empresas de diversas maneiras em áreas como trabalho remoto, colaboração e muito mais.

Protocolos e infraestrutura de software

Além dos elementos físicos, existe uma enorme camada virtual de infraestrutura da internet, composta por programas de software e protocolos. Estes funcionam como conjuntos de regras que instruem dispositivos e programas sobre como interagir e se comunicar.

Alguns dos protocolos mais importantes incluem:

• Protocolo de Internet (IP): o IP atribui a cada dispositivo um endereço IP único, que é uma sequência de números usada para identificar dispositivos.
• Protocolo de Controle de Transmissão (TCP): o TCP controla o fluxo de dados, garantindo que cheguem ao seu destino, além de detectar e retransmitir quaisquer pacotes de dados que possam ser perdidos ou corrompidos durante o trajeto.
• Protocolo de Datagrama do Usuário (UDP): o UDP é uma alternativa mais simples e rápida ao TCP. Ele envia dados sem esperar pela confirmação de recebimento, o que é útil para aplicações onde a velocidade é mais importante do que a garantia de entrega.
• Protocolo de Transferência de Hipertexto Seguro (HTTPS): este protocolo criptografa dados e autentica sites, ajudando a tornar a internet um lugar mais seguro para os usuários.

Provedores de internet (ISPs)

ISPs são as empresas que fornecem acesso à internet para indivíduos e empresas em todo o mundo. Existem muitas dessas empresas espalhadas pelo mundo, as quais também são cruciais na infraestrutura ampla da internet: elas abrem as portas da internet e de todos os seus serviços para que as pessoas possam acessá-la.

Os provedores de internet (ISPs) podem ser divididos em diferentes grupos, ou níveis. Os ISPs de nível 1 estão no topo e detêm e operam grandes partes da espinha dorsal da internet. No outro extremo do espectro estão os ISPs de nível 3, que operam principalmente em nível local ou fornecem a entrega de "última milha" dos serviços de internet. No meio estão os ISPs de nível 2, que tendem a atender países ou regiões específicos.

Sistema de Nomes de Domínio (DNS)

O DNS é outra peça valiosa da engrenagem da internet. Muitas vezes é chamado de "lista telefônica da internet", e sua função é simples: ele converte nomes de sites legíveis que você digita na barra de endereços do seu navegador, como www.expressvpn.com, em endereços IP numéricos que computadores e outros dispositivos realmente usam para se localizar na internet.

Toda vez que você digita um endereço em um navegador e pressiona a tecla "Enter", o DNS entra em ação. Ele é composto por vários componentes, como servidores DNS raiz, que direcionam as consultas de DNS para nomes de domínio de nível superior mais específicos. Estes, por sua vez, localizam o servidor DNS correto para cada domínio e entregam o endereço IP correspondente de volta ao seu dispositivo para que você possa acessar o site desejado.

Pontos de troca de internet

Os pontos de troca de internet (IXPs) são locais físicos onde várias empresas de infraestrutura da internet, como provedores de internet (ISPs) e redes de distribuição de conteúdo (CDNs), conectam-se entre si. Normalmente, estão localizados na borda das redes e contêm switches de rede que controlam o fluxo de tráfego entre as redes membros.

Se os IXPs não existissem, redes intermediárias chamadas provedores de trânsito teriam que transportar o tráfego da origem ao destino. Isso de fato acontece em muitos casos, mas os IXPs podem trazer benefícios aos ISPs, facilitando o processo de trânsito, economizando dinheiro para as empresas e melhorando métricas de desempenho como a latência.

Importância da infraestrutura da internet

Sem a infraestrutura da internet, a internet não funcionaria. Simples assim. Todos os serviços e experiências online que conhecemos e apreciamos não existiriam, desde plataformas de mídia social e caixas de entrada de e-mail até tecnologias inteligentes e trabalho remoto. A infraestrutura da internet é a base dos serviços que mantêm o mundo conectado.

Impacto econômico

As economias modernas dependem da internet para crescer e prosperar. Grande parte dos negócios acontece online hoje em dia, um número crescente de empresas emprega trabalhadores remotos ou híbridos, e setores inteiros, como e-commerce e SaaS, surgiram graças à infraestrutura da internet. Inúmeros empregos também dependem da internet de alguma forma.

A disponibilidade da internet também pode afetar tanto as economias em crescimento quanto as emergentes. Um estudo do Banco Mundial constatou que um aumento de apenas 10% na penetração da banda larga é suficiente para gerar um crescimento de 1,38% do PIB em países em desenvolvimento.

Conectividade social

Obviamente, a infraestrutura da internet desempenha um papel enorme na conectividade social, unindo pessoas de todo o mundo. Através da internet, a distância física deixa de ser uma barreira para a comunicação — duas pessoas em lados opostos do planeta podem conversar e interagir instantaneamente. Isso mudou completamente a forma como as pessoas se conectam ao longo das décadas desde o surgimento da internet.

Tendências de comunicação possibilitadas pela infraestrutura

Muitas tendências e hábitos de comunicação modernos que consideramos naturais são possíveis graças à infraestrutura da internet, como por exemplo:

• Comunicação permanente: graças à infraestrutura robusta de internet móvel, como as tecnologias 4G e 5G, as pessoas estão sempre conectadas, não importa onde estejam.
• Mídias sociais: Instagram, Facebook, TikTok e muitos outros aplicativos de mídia social são todos alimentados pela infraestrutura da internet.
• Colaboração internacional: ferramentas de negócios baseadas na nuvem permitem que equipes de países ou continentes completamente diferentes trabalhem lado a lado de forma eficaz no ciberespaço.
• Transmissão ao vivo e chamadas de vídeo: a infraestrutura da internet permitiu que o mundo evoluísse de simples chamadas de voz para videoconferências ao vivo, transmissões e interações em alta definição e em tempo real.

Exemplos reais de infraestrutura da internet

Alguns dos maiores nomes na infraestrutura da internet hoje incluem:

• Equinix: possui e opera 270 data centers em dezenas de países ao redor do mundo.
• Meta: sócia de mais de uma dúzia de grandes sistemas de cabos submarinos.
• Alphabet: proprietária ou coproprietária de inúmeras conexões de cabos internacionais.
• Arelion: empresa líder em infraestrutura de internet especializada em trânsito IP.
• Alcatel Submarine Networks: uma das principais empresas de cabos submarinos.

Essas empresas, entre outras, operam e controlam a espinha dorsal da internet que constitui uma parte significativa da infraestrutura da internet.

Desafios e futuro da infraestrutura da internet

Como este guia demonstrou, manter a internet funcionando para permitir que bilhões de dispositivos e usuários se conectem uns aos outros em todo o mundo não é tarefa fácil. Isso envolve múltiplas camadas de tecnologias altamente avançadas, todas existindo em um ecossistema delicado e em constante mudança.

Desafios atuais

A internet pode parecer rápida e fluida quando você a utiliza, e a infraestrutura da internet está continuamente se tornando mais rápida, robusta e melhor em muitos aspectos. Mas ela não é perfeita nem isenta de problemas. Aqui estão alguns dos inúmeros desafios.

Confiabilidade e manutenção da infraestrutura

Conforme explicado acima, grande parte da infraestrutura da internet é física, como cabos de fibra óptica, data centers, servidores e assim por diante. Dispositivos e equipamentos físicos como esses estão sempre sujeitos a danos e degradação ao longo do tempo. Cabos podem romper ou desgastar-se devido a desastres naturais como terremotos, e as conexões podem ser interrompidas por quedas de energia ou falhas de hardware.

Segurança e privacidade

Quantidades inimagináveis ​​de dados trafegam pela internet todos os dias. Muitos desses dados são pessoais ou sensíveis e precisam ser tratados com o máximo cuidado. Os componentes relevantes da infraestrutura da internet devem ser seguros e protegidos não apenas contra adulteração ou interferência física, mas também contra ciberataques.

Capacidade e demanda

O crescimento da população mundial significa também um aumento no número de dispositivos, o que implica em maior tráfego e maior volume de dados para sites e servidores, especialmente com a expansão da Internet das Coisas (IoT), além de serviços online que consomem muitos dados, como jogos e streaming. A infraestrutura da internet precisa se adaptar constantemente para atender a esses níveis crescentes de demanda.

Regulamentos internacionais

A internet é global, mas diferentes países têm suas próprias ideias sobre como ela deve funcionar. Alguns governos são relativamente liberais em relação aos serviços de internet, enquanto outros são muito mais rigorosos, bloqueando o acesso a determinados sites e serviços. Assim, existem inúmeros obstáculos legais e regulatórios a serem superados quando se trata de configurar a infraestrutura da internet, bem como dilemas éticos em torno de conceitos como neutralidade da rede e censura.

Desempenho variável

Apesar de todos os avanços na tecnologia moderna de infraestrutura de TI e das velocidades de download e upload muito maiores oferecidas a muitos usuários hoje em dia, os níveis de desempenho da internet ainda variam bastante. Algumas partes do mundo sofrem com baixa cobertura e velocidades lentas, e barreiras geográficas como montanhas e corpos d'água podem dificultar a oferta de um serviço estável em certos locais.

Sustentabilidade e questões ecológicas

Existem desafios ambientais associados à infraestrutura da internet. Os data centers representam cerca de 1% do consumo global de eletricidade, chegando a 2%–4% em grandes economias e a valores ainda maiores em alguns países e regiões. É provável que esse percentual aumente no futuro, exercendo uma possível pressão sobre o setor energético. Os equipamentos de rede também geram uma grande quantidade de lixo eletrônico.

Tendências emergentes na infraestrutura da internet

A infraestrutura da internet não é uma entidade fixa. Ela está em constante evolução, com novos protocolos, hardwares emergentes e muito mais. O futuro poderá trazer mudanças drásticas na forma como a estrutura da internet funciona, acelerando as comunicações e superando os sistemas que estão em vigor há muitos anos. Aqui está uma análise mais detalhada de duas das maiores tendências.

5G e além

A infraestrutura da internet móvel melhorou exponencialmente ao longo do tempo, com múltiplas gerações sucessivas de tecnologia sem fio, desde o 1G inicial até o mais recente 5G. O 5G, ou "quinta geração”, oferece as velocidades mais altas e as menores latências da internet móvel até o momento.

No entanto, o 5G não é um ponto final, mas simplesmente a parada mais recente em uma longa jornada rumo a recursos de banda larga móvel progressivamente mais rápidos e poderosos. O trabalho já está em andamento na tecnologia 6G, que poderá oferecer velocidades ainda mais altas e latência inferior a um milissegundo, abrindo novos casos de uso e oportunidades.

O 7G e as gerações subsequentes provavelmente virão a seguir, com níveis de desempenho ainda maiores. A futura infraestrutura da internet móvel também poderá se fundir com outras tecnologias emergentes, como IA, aprendizado de máquina e computação de borda.

Megaconstelações de satélites e seu impacto

As megaconstelações de satélites podem provocar enormes mudanças na infraestrutura da internet. Elas funcionam de maneira completamente diferente da infraestrutura convencional: em vez de depender de cabos de fibra óptica, cabos submarinos e torres de dados, utilizam milhares de satélites em órbita terrestre baixa (LEO). Exemplos conhecidos desses sistemas incluem a Starlink e o Projeto Kuiper da Amazon.

Os sistemas de satélites LEO trazem inúmeras vantagens potenciais. Por exemplo, podem fornecer internet de alta velocidade a locais que normalmente não teriam acesso a ela devido a desafios ou limitações geográficas.

A internet via satélite também é mais resiliente do que a infraestrutura convencional. Ela não pode ser danificada ou interrompida pelos mesmos desastres capazes de comprometer a infraestrutura de rede convencional, como inundações, terremotos e tempestades. E também pode ser implantada rapidamente sob demanda, onde for necessário.

No entanto, existem algumas desvantagens nessa tecnologia. Por exemplo, muitos sistemas existentes não conseguem igualar a infraestrutura da internet tradicional em métricas como velocidade e latência, embora as constelações LEO mais recentes estejam reduzindo algumas lacunas (especialmente a latência) e alcançando altas taxas de transferência. Além disso, as redes baseadas em satélite enfrentam riscos exclusivos de cibersegurança e, portanto, exigem proteção robusta.

Perguntas frequentes: dúvidas comuns sobre infraestrutura da internet