Publicado em: 9 de abril de 2024
Com a contribuição de: Phill Powell, Ian Smalley
Uma rede de borda é um tipo de rede baseada em nuvem projetada para aliviar as capacidades do data center, realocando muitas tarefas de computação do processamento do data center para dispositivos de borda, que lidam com tarefas reais de processamento de dados.
As redes de borda são assim chamadas porque é onde seu poder de processamento de dados e aplicativos estão concentrados — na borda das redes. Essa mudança geográfica é fundamental porque, ao realocar esses fluxos de trabalho para a borda da rede, a organização pode realizar uma operação mais rápida e ter um desempenho mais seguro.
As redes de borda contribuem para o campo geral da computação de borda (edge computing), que é uma estrutura de computação distribuída que aproxima as aplicações empresariais do ponto onde os dados são criados e as ações são tomadas. A edge computing ajuda as organizações a limitar a latência e, ao mesmo tempo, aumentar a velocidade, a largura de banda e a confiabilidade da rede. Isso resulta em análises de dados mais rápidas e abrangentes, insights mais profundos, tempos de resposta mais rápidos e experiências individuais aprimoradas. A computação de borda pode absorver os dados criados e transmitidos pelos dispositivos de borda dos endpoint próximos e, em seguida, utilizar um programa de aprendizado de máquina para realizar análises de dados e obter orientação prática, com base em tal análise.
Os provedores de serviços oferecem várias soluções para atender às necessidades de computação de empresas específicas. Uma estratégia de rede de borda representa um paradigma (ou abordagem) de computação diferente, na medida em que não busca migrar o processamento para instalações de armazenamento de dados, mas sim migrar a funcionalidade dos ativos para longe dos data centers e dos dispositivos de borda conectados por meio dessa rede.
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Antes de prosseguir, é importante esclarecer o que queremos dizer com “dispositivos de borda. O termo é essencial para qualquer compreensão das redes de borda, mas deve ser visto dentro do contexto específico utilizado porque a frase abrange vários significados.
Em certo sentido, pode se referir a dispositivos que servem como pontos de entrada para diferentes redes, atuando como gateways de uma rede para outra. Os roteadores são um exemplo importante de dispositivos de borda, assim como os switches de roteamento e os dispositivos que fornecem acesso a SD-WANs (redes de longa distância definidas por software). Em alguns casos, um firewall pode ser usado para a mesma finalidade de interligar redes. Da mesma forma, os servidores de borda são outra forma de dispositivo de borda e também fornecem um meio para entrar em outra rede.
Mas essa é apenas uma das interpretações. O termo também abrange dispositivos de edge computing normalmente classificados sob a designação Internet das Coisas (IoT), projetados para coletar e transmitir dados sem fio. Os dispositivos de IoT incluem vários tipos de atuadores, aparelhos e sensores e são amplamente utilizados pelos consumidores e diferentes setores.
Estima-se que, até 2030, haverá quase 30 bilhões de dispositivos IoT (link externo ao site ibm.com) em uso em todo o mundo. Considerando que a projeção representa um ganho de quase 13 bilhões de dispositivos em relação aos níveis de 2024, é óbvio que o número de dispositivos de IoT em uso aumentará substancialmente e de forma confiável à medida que a tecnologia continuar sendo integrada a cada vez mais residências e fábricas em todo o mundo.
Em ambos os mercados, os dispositivos de IoT assumem muitas formas. O mercado de consumo inclui dispositivos IoT tão variados quanto dispositivos domésticos inteligentes (por exemplo, geladeiras, aparelhos de iluminação, termostatos e controles de segurança doméstica), terminais de pagamento aprimorados e até mesmo tecnologias vestíveis.
Na frente industrial, os dispositivos de IoT reforçam os processos da cadeia de suprimentos por meio do monitoramento constante de variáveis como rotas atribuídas (e quaisquer complicações de tráfego), os pesos das cargas que estão sendo enviadas e as temperaturas necessárias dos contêineres. Os dispositivos industriais de IoT também auxiliam em outros processos de negócios essenciais, como rastreamento de ativos, manutenção preditiva e salvaguardas de controle de qualidade. Além disso, os aplicativos e dispositivos de IoT industrial viabilizam atividades de ponta, como a entrega de mercadorias por drones.
As redes de borda oferecem muitos benefícios úteis às organizações que enfrentam problemas com data centers sobrecarregados.
O principal benefício oferecido pelas redes de borda é o aumento das taxas de transmissão de dados com melhor taxa de transferência, conforme possibilitado pela diminuição da latência e em comparação com as redes regulares. Essas velocidades de download podem atingir 384 Kbps (ou velocidades de duas a três vezes mais rápidas do que as redes regulares).
As redes de borda também ajudam as organizações a policiar melhor seus próprios serviços de rede do ponto de vista da segurança de rede, reforçando esses esforços com controle de acesso adicional, inspeção de pacotes e decodificação de dados. As redes de borda também adicionam uma camada completa de cibersegurança aos núcleos da rede.
Para alcançar sua taxa de transferência constante, as redes de borda podem ser identificadas pela alta largura de banda tipicamente associada à computação de borda. Em redes de borda, essa largura de banda pronunciada é combinada com latência muito reduzida que melhora o acesso em tempo real às informações da rede.
Um dos principais recursos das redes de borda é sua confiabilidade. Isso se deve à quase onipresença dos dispositivos de borda. Eles armazenam e processam dados e trabalham em conjunto com os data centers de borda para combater e superar quaisquer problemas ocasionais de conectividade de rede que possam ocorrer.
As redes de borda foram criadas em resposta a um problema. Para rastrear sua origem com precisão, é necessário discutir a evolução dos data centers de hiperescala— que também foram criados em resposta a um problema. Embora seja certamente verdade que muitas organizações menores e empresas de médio porte podem obter claros benefícios das redes de borda (como escalabilidade aprimorada), também é verdade que as redes de borda foram originalmente desenvolvidas como uma resposta à situação superlotação dos data centers de hiperescala, que por sua natureza tendem a ser enormes e de maior utilidade para empresas maiores que podem pagar seu preço exorbitante, que pode chegar a milhões ou até bilhões de dólares dos EUA.
Tudo isso começou na década de 1990, quando as redes de entrega de conteúdo (CDNs) começaram a ser usadas. Uma CDN é um grupo de servidores distribuídos geograficamente e que permite o cache de conteúdos mais próximo dos usuários. As CDNs permitiram o provisionamento de conteúdos da web/em vídeo e seu armazenamento em data centers.
Os data centers decorreram de conceitos definidos, como computação em nuvem e virtualização. No entanto, no início dos anos 2000, os data centers locais passaram a ser insuficientes para muitas empresas, o que estimulou a criação de data centers de hiperescala construídos ou alugados por meio de instalações colocalizadas. Além disso, para muitas organizações, era necessária mais escalabilidade, além de mais espaço de armazenamento para lidar com suas enormes cargas de trabalho.
Os data centers de hiperescala ofereciam a escalabilidade desejada, além da capacidade, espaço e largura de banda para criar várias aplicações dentro de instalações de hiperescala, conforme necessário. Em breve, esses data centers de hiperescala começaram a surgir em todo o mundo, oferecendo computação de rede em uma escala agressivamente grande. A definição do setor dos data centers de hiperescala (link externo ao site ibm.com), criada pela International Data Corporation (IDC), sustenta que, para se qualificar como um verdadeiro data center de hiperescala, essa instalação precisa usar pelo menos 5 mil servidores e ocupar pelo menos pelo menos 10 mil pés quadrados de espaço físico.
E isso nos leva ao problema atual dos data centers de hiperescala, que, ironicamente, agora estão enfrentando problemas de armazenamento de dados. Quando muitas empresas adotaram data centers de hiperescala, presumiram que agora tinham espaço e largura de banda suficientes para armazenar todas as formas possíveis de dados. E de fato tinham, mas a um custo: maior latência e menores taxas de transmissão de dados. O resultado? Alguns desses data centers de hiperescala ficaram tão sobrecarregados que mal conseguiam funcionar direito.
Esse problema criou a necessidade de desenvolver redes de borda. Desde sua introdução, as redes de borda rapidamente se tornaram uma solução valiosa para as empresas modernas que lidam com dados. O analista do setor Gartner estudou a situação das redes de borda (link externo ao site ibm.com) em 2023 e relatou que 69% dos diretores de TI (CIOs) entrevistados indicaram que suas organizações já haviam começado a usar soluções de edge computing ou planejado fazê-lo até meados de 2025.
Somente em termos do mercado dos EUA, você pode ver o crescimento e a aceitação quase explosivos da tecnologia de rede de borda. Um Relatório Global de Mercado de Edge Computing (link externo à ibm.com) afirmou que o tamanho do mercado de redes de borda dos EUA era de US$ 7,44 bilhões em 2021. O mesmo conjunto de projeções de valor da análise de mercado previu a impressionante cifra de 157,9 bilhões de dólares para 2030. Isto equivale a uma taxa de crescimento anual constante e substancial de 37,9%.
Embora os data centers de hiperescala tenham permitido e ainda permitam às empresas uma escalabilidade superior, elas ainda estão sujeitas aos mesmos problemas de capacidade associados aos data centers comuns, o que significa que quanto mais "carga" de dados eles suportam, mais suscetíveis ficam a taxas de transmissão de dados mais lentas.
As redes de borda atuam para descongestionar a infraestrutura de rede para que as taxas de latência possam ser reduzidas e as velocidades de transmissão possam ser aumentadas. As redes de borda conseguem isso adotando o design de um modelo de rede distribuída, no qual várias tarefas de computação são distribuídas entre uma grande variedade de ativos para o balanceamento geral da carga e o aumento da velocidade dos dados.
O centro da rede de borda abriga seu núcleo de processamento (quase como o núcleo de um átomo). Os endpoints que irradiam para fora dessa localização central são como átomos estacionários nos confins da molécula. No modelo de rede de borda, esses endpoints (ou nós) são onde os dispositivos de borda estão localizados, quer sua função seja vincular redes ou executar uma ampla variedade de tarefas de processamento.
As redes distribuídas ganham força extra quando unem forças com os hardwares de edge computing, produzindo uma situação sinérgica na qual o desempenho aprimorado das redes distribuídas é combinado com as menores taxas de latência associadas às redes de borda e aos dispositivos de borda.
A implementação de redes de borda pode ser muito útil para todos os setores e casos de uso a seguir.
As soluções de rede de borda promovem a modernização da rede, incluindo velocidades de dados mais rápidas e a criação de serviços inovadores. Essas soluções operam na borda e ajudam a economizar largura de banda, apoiar iniciativas de segurança e limitar a latência.
As redes de borda incorporam controles de acesso avançados que ajudam a impedir que hackers obtenham acesso não autorizado a sistemas de saúde. As redes de borda também garantem baixa latência para aplicações críticas de saúde e melhoram a utilização geral dos recursos.
Parte da experiência atual do cliente on-line é poder encontrar imediatamente os produtos desejados, comprá-los com segurança e solicitar rapidamente seu envio. As redes de borda auxiliam em todo esse processo sob demanda.
À medida que segue em alta a tendência dos veículos conectados, as redes de borda desempenharão um papel cada vez maior em sua implementação. As redes de borda também exercerão uma enorme influência no campo da logística de transporte, mantendo sistemas de tráfego inteiros mais tranquilos e seguros.
As concessionárias de energia precisam atender aos níveis de fornecimento obrigatórios, atualizar os ativos antigos e acomodar a demanda em constante evolução. As redes de borda oferecem suporte a redes inteligentes com dados em tempo real. Isso promove uma tomada de decisão mais rápida e o uso de modelos analíticos prescritivos.
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