Na Internet todo o "trabalho duro" que faz a informação fluir de um lado para outro é feito por dispositivos chamados roteadores. Mas você já pensou por que eles existem?
A pergunta pode parecer ingênua e a resposta direta pode ser que eles existem para conectar redes de hospedeiros. Mas você sabia que existe um argumento econômico para a existência dos roteadores? E isso tem um bocado haver com redes complexas.
Existe um racional na área de redes complexas que é chamado de Lei de Metcalfe (Bob Metcalfe é também o criador do padrão Ethernet, que é usado nas redes locais do mundo inteiro) e cujo enunciado é que
o valor de uma rede é proporcional ao quadrado do número de usuários conectados ao sistema.
Este resultado é bem intuitivo se você observar que em um grafo não-dirigido com $n$ nós o número máximo de conexões possíveis é de $n*(n-1)/2$ (já vimos isso quando falamos de densidade em grafos). Assim, quanto mais vértices no grafo, mais valor a rede tem, pois mais interações entre os nós pode ocorrer.
Esse princípio é válido para diversos cenários, incluindo redes de computadores. Um computador deveria poder se comunicar com qualquer outro na rede e se um novo computador é adicionado à rede, temos potencialmente ($n-1$) novas possibilidades de interação, o que faz o valor da rede aumentar.
Contudo, o saldo desta operação só é positivo se o valor da rede for maior do que custo de manter a rede funcionando. Assim, embora o valor seja dado por estas interações, se a infraestrutura for formada por enlaces físicos diretos (ponto-a-ponto), teremos que o valor será menor ou igual ao custo, tornando a rede inviável. Roteadores entram neste arranjo, reduzindo a quantidade de enlaces, reduzindo o custo da rede e tornando-a escalável.
As figuras abaixo ilustram esta ideia. A figura da esquerda mostra uma rede com $n=20$ e $m=190$. Em tese, esta rede teria o maior valor possível com 20 nós, mas também o maior custo possível, fazendo com que o saldo seja 0. Já a rede da direita ilustra a mesma quantidade de nós vermelhos interligados por um conjunto de 10 roteadores (em azul) e $m=31$.
Observe que os roteadores não agregam valor à rede, já que não geram e demandam informação/conteúdo na rede. Unicamente transmitem aquilo que os nós vermelhos pedem. Contudo, os roteadores diminuem muito o custo da rede (neste caso, aproximadamente 80% do custo da rede anterior).
Você deve estar achando esse resultado bem óbvio. Mas note que foi preciso alguma experimentação para que esse princípio fosse percebido, não exatamente na Internet, mas nas redes predecessoras da Internet como as redes de telefone e telégrafo. As primeiras instalações destas redes interligavam os nós ponto-a-ponto dentro de uma cidade, mas logo percebeu-se a necessidade de desenvolver pontos de “cruzamento” da rede, como as centrais telefônicas.
Nos primeiros experimentos com o que viria ser a Internet este princípio tornou-se logo evidente e necessário, e foi, desde o início, considerado no projeto. Contudo não ao pé da letra. Observe que este princípio, se levado ao extremo, nos conduz à construção de uma rede com topologia estrela: um único roteador ligado à todos os computadores. Já vimos anteriormente como esta rede é eficiente em reduzir caminhos.
Assim temos menor custo, porém baixa disponibilidade, devido ao ponto único de falha. Para aumentar a disponibilidade da rede, mantendo ainda sua escalabilidade (valor > custo), é melhor ter múltiplos roteadores espalhados e com muitas ligações entre si. Ainda falaremos disso quando tratarmos sobre vulnerabilidade das redes complexas. Mas isso é assunto para outro texto.
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