Explicação sobre como a internet funciona para leigos

Boa noite,

não sei se esse tipo de post já existe, caso não exista acho importante fazer, até para sanar a curiosidade de alguns e incentivar mais pessoas a entrarem na área. Não sei se meu post é adequado para a comunidade, peço que a moderação interfira caso ache necessário.

Contexto: estudo e trabalho com redes de médio grande / porte, trabalho em um NOC (centro de operações de rede) em um provedor do interior há um bom tempo e achei interessante a ideia de explicar o funcionamento da internet de forma simples (vou omitir detalhes para não ficar extremamente complexo), então vamos lá:

(Vou incluir o nome dos componentes para caso queiram pesquisar)

DE CASA ATÉ O PROVEDOR:

A sua internet chega por uma fibra óptica até um equipamento chamado ONU / ONT que é basicamente o equipamento fornecido pelo seu provedor, que serve como roteador, switch e ponto de acesso wi-fi, mas o que tem do outro lado? Do outro lado da sua fibra na sala de equipamentos do provedor tem uma OLT, um equipamento responsável por converter sinais elétricos em luz (usando lasers (SFP GPON/EPON)). A OLT vai ser ligada ou em um switch ou em um roteador bastante potente chamado roteador de borda por onde passa todo o tráfego do provedor para a internet. Também terá algum tipo de sistema de autenticação de clientes, normalmente chamado de servidor PPPoE, IPoE ou Radius (dependendo do tipo de autenticação que é usada). Após o seu roteador autenticar e estabelecer conexão com o provedor, os seus dados saem da sua casa e vão para o provedor pela rede óptica até chegar na OLT e ser encaminhado para o roteador de borda.

O QUE É ROTEAMENTO E COMO FUNCIONA ROTEAMENTO NA INTERNET:

Todos os equipamentos conectados à internet devem possuir um IPv4 público (único) (exceto caso de CGNAT (não vou explicar para não complicar e tomar muito espaço, recomendo pesquisa sobre)) ou IPv6. O seu roteador de casa recebe um endereço IP do provedor, e cada pacote (informação) que sai da sua casa terá esse endereço IP como origem. E qual IP será esse? Cada provedor na internet e grandes empresas (Google, Meta, Netflix, etc.) são um ou mais Sistemas Autônomos (AS) que são identificados por uma numeração (ASN) e têm blocos de IPv4 e IPv6 assinalados à elas. Ou seja: seu provedor tem um bloco (um conjunto de IPs públicos) que são registrados pra ele, e são esses IPs que sua conexão utiliza.

Quando um pacote sai da sua casa e vai para a internet o endereço de origem será um endereço que pertence ao AS do seu provedor que está no seu roteador, e o endereço de destino será o endereço do site / serviço que você está acessando (que faz parte do bloco de IPs do AS desse serviço ou de onde esse serviço está hospedado).

Mas como os pacotes sabem para onde ir? Cada Sistema Autônomo (AS) tem um ou mais roteadores de borda que se conectam com roteadores de borda de outros sistemas autônomos e eles trocam as informações de quais blocos de IPs (redes) eles conhecem, como chegar nelas (rotas) e quais são os blocos de IP do seu próprio sistema autônomo, entre si de forma automática através de um protocolo de roteamento dinâmico chamado BGP (Border Gateway Protocol) que é o protocolo global que faz o roteamento da internet.

Do ponto de vista mais geral: a internet é uma coleção de sistemas autônomos conectados entre si onde cada AS tem seu roteador de borda e seu conjunto de IPs públicos, e eles trocam informações de como chegar uns aos outros entre si e também calculam e propagam a informação de qual é o melhor caminho a seguir (por exemplo (números fictícios), para chegar no google: AS100 (seu provedor) -> AS2533 -> AS622 -> AS456 (Google)). Tendo essas informações os pacotes saltam de roteador em roteador até chegar no destino e depois fazem o caminho de volta (não necessariamente o mesmo).

** Provedores grandes também têm seu próprio roteamento interno entre bairros ou cidades que atendem, mas não vou entrar em detalhes. Caso queiram, pesquisem por "OSPF", "ponto de presença", "roteamento interno".

**Nos pacotes há IP de origem e destino, quem tem as rotas são os roteadores, funciona quase como um telefone sem fio: roteador A manda para o B, o B olha as rotas e manda para o próximo, que olha as rotas e manda para o próximo, e assim por diante até chegar no destino.

Na internet também temos pontos de troca de tráfego (PPT ou IX) para que sistemas autônomos possam trocar tráfego diretamente entre si e com isso temos melhora na latência / banda entre sistemas autônomos, melhora no roteamento em geral (fisicamente é BASICAMENTE um switch com grande capacidade).

Existem também provedores de trânsito, redes que servem apenas como backbone da internet e prestam serviço de conectar sistemas autônomos entre si.

Alguns links interessantes:

Tráfego agregado em tempo real no IX de São Paulo->https://ix.br/trafego/agregado/sp

Hurricane Electric: site da maior rede de trânsito global, permite verificar qual AS um endereço pertence, quais IPs pertencem a um determinado AS->https://bgp.he.net/

Site da Cisco sobre uma das linhas de roteadores de alto desempenho->https://www.cisco.com/site/us/en/products/networking/sdwan-routers/8000-series/index.html#tabs-35d568e0ff-item-4bd7dc8124-tab

Apresentação sobre design de pontos de troca de tráfego na internet->https://nsrc.org/workshops/2021/marwan-cnrst-ixp/networking/peering-ixp/en/presentations/IXP-Design.pdf

Leitura recomendada: "network routing: algorithms, protocols, and architectures"

Abaixo seguem imagens do meu laboratório sobre roteamento na internet entre sistemas autônomos (os blocos de IPs são escolhidos aleatoriamente, se o seu bloco apareceu aqui é só coincidência, peço perdão).

Sistemas autônomos com seus roteadores de borda conectados entre si

Tabela de roteamento de roteador Cisco rodando BGP conectado a um vizinho BGP (BGP peer)

Na tabela podemos ver as rotas aprendidas via BGP (B) e na tabela abaixo podemos ver a rede de destino "Network" o endereço do próximo roteador no caminho para onde o pacote será enviado "Next Hop" e o caminho de sistemas autônomos até o destino "Path".

Estou aberto à dúvidas, vou respondendo nos comentários na medida do possível.

Abraço, sigam buscando conhecimento!