O plano de dados, também conhecido como plano de encaminhamento, é um componente crucial das redes de computadores modernas, especialmente no contexto de servidores proxy e dispositivos de rede. É responsável por processar e encaminhar pacotes de dados de forma eficiente da origem ao destino dentro de uma rede. O plano de dados opera nas camadas inferiores da pilha de rede e é distinto do plano de controle, que trata do gerenciamento e da configuração da rede.
A história da origem do Data Plane e a primeira menção dele
O conceito de plano de dados surgiu junto com o desenvolvimento das primeiras tecnologias de rede. As menções iniciais ao plano de dados remontam ao início da década de 1970, quando as redes de comutação de pacotes estavam em sua infância. O trabalho pioneiro no design do plano de dados e encaminhamento de pacotes pode ser atribuído aos pesquisadores da Xerox PARC e de outras instituições. À medida que as redes cresciam em complexidade e o volume de tráfego aumentava, a necessidade de um encaminhamento eficiente de pacotes tornou-se primordial.
Informações detalhadas sobre o plano de dados
A principal função do plano de dados é mover pacotes de dados pela rede, implementando as decisões de encaminhamento tomadas pelo plano de controle. Quando um pacote de dados chega a um dispositivo de rede, como um roteador ou servidor proxy, o plano de dados processa os cabeçalhos do pacote para determinar seu próximo salto com base nas informações de roteamento. Este processo é vital para garantir que os dados cheguem ao destino pretendido com rapidez e precisão.
O plano de dados opera nas camadas inferiores do modelo OSI (Open Systems Interconnection), particularmente na camada física, na camada de enlace de dados e na camada de rede. Na camada física, o plano de dados lida com a transmissão bruta de bits através do meio físico. A camada de enlace de dados trata do endereçamento de dispositivos no mesmo segmento de rede usando endereços MAC. Por último, a camada de rede é responsável pelo endereçamento IP, roteamento e encaminhamento de pacotes.
A estrutura interna do Plano de Dados. Como funciona o Plano de Dados.
A estrutura interna do plano de dados depende do dispositivo de rede específico ou servidor proxy em que ele reside. No entanto, em geral, o plano de dados consiste nos seguintes componentes:
-
Interface de entrada: Este componente recebe pacotes de dados recebidos da interface de rede e os prepara para processamento.
-
Mecanismo de processamento de pacotes: O mecanismo de processamento de pacotes é o núcleo do plano de dados. Ele examina os cabeçalhos dos pacotes, realiza a classificação dos pacotes, aplica políticas de qualidade de serviço (QoS) e toma decisões de encaminhamento com base na tabela de roteamento.
-
Tabela de encaminhamento: A tabela de encaminhamento, geralmente implementada como uma memória endereçável por conteúdo (CAM) ou uma memória endereçável por conteúdo ternária (TCAM), contém as informações de encaminhamento da rede, incluindo endereços de destino e interfaces de saída associadas.
-
Interface de saída: Depois que o mecanismo de processamento de pacotes determina a interface de saída, a interface de saída envia o pacote para o próximo salto na rede.
-
Buffer e agendamento: Se vários pacotes estiverem competindo pela mesma interface de saída simultaneamente, os mecanismos de buffer e agendamento garantem uma transmissão de pacotes justa e eficiente.
-
Processamento da camada de enlace de dados: Neste estágio, o plano de dados adiciona cabeçalhos da camada de enlace de dados (por exemplo, cabeçalhos Ethernet) ao pacote antes de transmiti-lo pelo meio físico.
Análise dos principais recursos do Data Plane
A eficiência e o desempenho do plano de dados impactam significativamente o desempenho geral da rede. Alguns recursos principais do plano de dados incluem:
-
Encaminhamento rápido de pacotes: O plano de dados deve ser capaz de processar pacotes rapidamente para minimizar a latência e garantir a entrega oportuna dos dados.
-
Escalabilidade: à medida que as redes crescem e lidam com volumes de tráfego crescentes, o plano de dados deve ser dimensionado de acordo para manter o desempenho ideal.
-
Roteamento flexível: Os dispositivos de plano de dados devem suportar vários protocolos de roteamento e ser capazes de se adaptar às mudanças na topologia da rede.
-
Suporte de Qualidade de Serviço (QoS): O plano de dados deve priorizar o tráfego crítico e aplicar políticas de QoS para garantir uma experiência de usuário satisfatória.
-
Segurança e Filtragem: Implementações robustas de plano de dados incorporam recursos de segurança, como listas de controle de acesso (ACLs) e filtragem de pacotes, para proteger a rede contra acesso não autorizado e ameaças potenciais.
Tipos de plano de dados
O plano de dados pode assumir diferentes formas dependendo do dispositivo de rede e de sua finalidade. Aqui estão alguns tipos comuns de implementações de plano de dados:
| Tipo | Descrição |
|---|---|
| Baseado em hardware | Utiliza ASICs (Circuitos Integrados de Aplicação Específica) especializados ou processadores de rede para obter processamento de pacotes em alta velocidade. Ideal para dispositivos de rede de alto desempenho. |
| Baseado em software | Implementado em software executado em CPUs de uso geral. Mais flexível e mais fácil de atualizar, mas pode não corresponder à velocidade dos planos de dados baseados em hardware. |
| Plano de dados híbrido | Combina elementos de hardware e software para aproveitar as vantagens de cada abordagem. Oferece um equilíbrio entre desempenho e flexibilidade. |
O plano de dados encontra aplicação em vários dispositivos e sistemas de rede, incluindo:
-
Roteadores: Os roteadores utilizam o plano de dados para encaminhar pacotes de dados entre diferentes redes, garantindo roteamento e entrega ideais.
-
Comuta: Os switches empregam o plano de dados para encaminhar pacotes de dados dentro do mesmo segmento de rede, usando tabelas de endereços MAC para entrega eficiente de pacotes.
-
Firewalls: Os firewalls usam o plano de dados para inspecionar pacotes de entrada e saída, aplicando políticas de segurança e regras de filtragem.
-
Balanceadores de carga: os balanceadores de carga aproveitam o plano de dados para distribuir o tráfego de entrada entre vários servidores para melhorar o desempenho e a confiabilidade.
Os desafios relacionados ao uso do plano de dados podem incluir:
-
Quedas de pacotes: O congestionamento da rede ou as limitações de hardware podem levar à queda de pacotes, causando retransmissões e degradação do desempenho.
-
Vulnerabilidades de segurança: Medidas de segurança inadequadas no plano de dados podem levar a possíveis violações de segurança e acesso não autorizado.
-
Políticas de roteamento complexas: Manter políticas de roteamento e regras de encaminhamento complexas pode ser um desafio, especialmente em redes de grande escala.
As soluções para esses desafios envolvem monitoramento contínuo, atualizações de hardware, otimizações de software e protocolos de segurança robustos.
Principais características e outras comparações com termos semelhantes na forma de tabelas e listas
| Características | Plano de dados | Plano de controle |
|---|---|---|
| Função | Encaminhamento de pacotes | Gerenciamento de rede |
| Localização | Dispositivos de rede | Controlador Centralizado |
| Responsabilidade | Operações de baixo nível | Tomada de decisão de alto nível |
| Velocidade de processamento | Alto | Moderado a Baixo |
| Escalabilidade | Altamente escalável | A escalabilidade depende do design do plano de controle |
| Exemplos | Roteadores, switches, firewalls | Controladores SDN, protocolos de roteamento |
O futuro do plano de dados está intimamente ligado aos avanços nas tecnologias de rede, como:
-
Inovações de hardware: Avanços contínuos em hardware especializado, como ASICs e FPGAs programáveis, permitirão um processamento de pacotes ainda mais rápido e eficiente.
-
Rede definida por software (SDN): SDN separa o plano de dados do plano de controle, permitindo que os administradores de rede tenham uma visão mais centralizada e programável da rede.
-
Rede Baseada em Intenção (IBN): IBN é uma abordagem emergente que utiliza instruções de nível superior para orientar o comportamento da rede, simplificando o gerenciamento da rede e melhorando a automação.
-
Rede orientada por IA: A inteligência artificial e as técnicas de aprendizado de máquina podem otimizar as decisões de encaminhamento de pacotes, melhorando a eficiência e a capacidade de resposta da rede.
Como os servidores proxy podem ser usados ou associados ao Data Plane
Os servidores proxy desempenham um papel significativo no aprimoramento da funcionalidade do plano de dados, especialmente no contexto de tráfego e segurança da web. Aqui estão algumas maneiras pelas quais os servidores proxy e o plano de dados estão associados:
-
Roteamento de tráfego: Os servidores proxy atuam como intermediários entre clientes e servidores, encaminhando solicitações e respostas. Eles utilizam o plano de dados para rotear o tráfego com eficiência com base no conteúdo e no destino.
-
Cache: os proxies usam recursos de plano de dados para armazenar em cache o conteúdo acessado com frequência, reduzindo a carga nos servidores upstream e melhorando os tempos de resposta.
-
Filtragem de Segurança: os proxies implementam políticas de segurança usando o plano de dados, filtrando conteúdo malicioso ou não autorizado antes que ele chegue ao cliente ou servidor.
-
Balanceamento de carga: os proxies podem distribuir solicitações de clientes entre vários servidores back-end, aproveitando os recursos de encaminhamento de pacotes do plano de dados para balanceamento de carga ideal.
Links Relacionados
Para obter mais informações sobre o Data Plane e tópicos relacionados, os seguintes recursos podem ser úteis:
-
[1] “Plano de dados versus plano de controle: entendendo a diferença”, Cisco. Link
-
[2] “Introdução ao plano de dados”, Juniper Networks. Link
-
[3] “A evolução dos planos de dados: do hardware ao software e além”, ACM Queue. Link
-
[4] “Rede definida por software: anatomia do controlador SDN”, Open Networking Foundation. Link
-
[5] “Rede baseada em intenção explicada”, Network World. Link
À medida que a tecnologia continua a evoluir, o plano de dados continuará a ser um componente crítico da transmissão de dados eficiente e segura em redes modernas e infraestruturas de servidores proxy. A sua capacidade de lidar com volumes crescentes de dados e de suportar tecnologias emergentes desempenhará um papel fundamental na definição do futuro das redes.
