Todas as outras famílias desta série tratam de decidir o que fazer com um pacote. Esta trata de colocar os bits num meio físico e de tirá-los de lá de novo. É a camada de que menos se fala, e é ela que define o teto de tudo o que vem acima.

1966: o artigo em que ninguém acreditou

Antes dos anos 1960, já se transmitia luz por fibras de vidro, mas as perdas eram tão grandes que a distância de transmissão ficava muito limitada. O consenso era que isso era uma propriedade fundamental do vidro.

Charles Kao, então com 32 anos, trabalhava com George Hockham no Standard Telecommunication Laboratories, em Harlow, quando publicou, em 1966, o artigo Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies, com uma tese diferente: a perda vinha de impurezas, e não de um limite da física. Kao calculou que as perdas das fibras da época estavam ordens de grandeza acima do limite fundamental imposto pelo espalhamento Rayleigh (Rayleigh scattering), apontou a sílica como o material que valia a pena purificar e especificou do que um sistema funcional precisaria.

Na época, a ideia foi amplamente ridicularizada. Antes desse artigo, a crença geral era que a fibra nunca conseguiria competir com o cobre.

Em 1970, um grupo da Corning (Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz e Frank Zimar) produziu uma fibra de sílica fundida com atenuação de 17 decibéis por quilômetro, abaixo da própria meta de Kao. Em 1972, eles chegaram a 4; em 1979, a perda já tinha caído para 0,2 decibel por quilômetro. O Bell Labs, que tinha passado duas décadas desenvolvendo guias de onda de micro-ondas enterrados, com a ideia de substituí-los mais tarde por tubos ópticos ocos, abandonou o programa: a fibra o tornou obsoleto antes que um único desses guias entrasse em serviço comercial.

Kao recebeu o Nobel de Física em 2009, quarenta e três anos depois do artigo. Entre ter razão e ser levado a sério, passaram-se quatro anos; entre ter razão e ser reconhecido, quarenta e três.

O que é, afinal, um transceiver

O transceiver (transceptor, em português) converte a sinalização elétrica que o equipamento entende naquilo que o meio transporta, e vice-versa: luz na fibra, tensão no cobre, rádio no ar. Tudo o que vem acima dele nesta série parte do princípio de que essa conversão funciona.

As propriedades físicas não perdoam, e nisso são bem diferentes do processamento de pacotes. Distância, comprimento de onda, modo, tipo de conector e orçamento de potência (power budget) precisam bater nas duas pontas, ou nada funciona; e um link que está no limite, sem estar quebrado, gera erros intermitentes que se parecem com qualquer outro tipo de problema. Nesta camada, a falha é física e o sintoma é lógico, e é por isso que o engenheiro experiente confere os níveis ópticos logo no começo, e o inexperiente, por último.

O multi-source agreement e por que ele importa

O módulo plugável (o GBIC, depois o SFP, o SFP+, o QSFP e os seus descendentes) é um pequeno milagre comercial que não recebe crédito nenhum.

O mecanismo por trás dele é o multi-source agreement (MSA): uma especificação escrita por um grupo de fabricantes concorrentes, fora de qualquer órgão formal de padronização, em que todos se comprometem a fabricar módulos intercambiáveis. Não é uma norma imposta por uma instituição; é um acordo entre rivais que preferiram compartilhar um mesmo form factor (o formato físico do módulo) a ter, cada um, o seu formato proprietário.

A consequência é que o componente menor, mais numeroso e mais trocado de uma rede virou uma commodity que serve em qualquer equipamento. É o caso de autocontenção deliberada mais bem-sucedido da indústria, e vale dar nome a ele porque essa mesma indústria não conseguiu chegar a acordos parecidos em quase nenhuma outra camada.

O contra-ataque também merece ser citado. Os fabricantes de equipamentos passaram a codificar os módulos para que o equipamento recusasse qualquer um que não tivesse o identificador certo, e assim recriaram o lock-in (a dependência de um único fornecedor) dentro de um formato criado justamente para evitá-lo. Essa prática, e o negócio de módulos de terceiros que existe para contorná-la, é uma disputa comercial ainda viva dentro de um componente técnico.

Evolução

  • Óptica fixa, até os anos 1990. A interface vinha soldada na placa; mudar a velocidade ou a distância do link significava trocar o equipamento.
  • GBIC, por volta de 1995. O gigabit interface converter tornou a óptica removível, e assim o mesmo switch podia atender tanto lances curtos de cobre quanto fibra monomodo de longa distância.
  • SFP, a partir de 2001. Small form-factor pluggable: a mesma ideia, agora pequena o bastante para permitir uma densidade de portas razoável, e o form factor que tornou viáveis os switches com muitas portas.
  • SFP+, QSFP, QSFP28, , OSFP, daí em diante. Mais rápidos e mais densos, com os truques de transmissão paralela e de divisão por comprimento de onda necessários para manter o conector do mesmo tamanho enquanto a taxa sobe.
  • Óptica coerente num módulo plugável, hoje. A tecnologia de transmissão de longa distância (long-haul), que antes exigia um chassi próprio, agora cabe num módulo que você segura na mão, e isso está apagando, sem alarde, a fronteira entre a rede de transporte e o roteador.

Os cargos e as práticas

Esta camada não criou nenhum cargo glamoroso, mas formou uma quantidade enorme de competência essencial. Quem instala, faz emendas, testa e certifica geralmente não é chamado de engenheiro de redes, e sem essas pessoas a rede não existe.

As práticas desta camada são concretas como poucas. Fazer a conta do orçamento de potência antes da compra, e não depois da falha. Limpar os conectores: conector sujo responde por boa parte das falhas ópticas, e mesmo assim a limpeza é a tarefa menos valorizada da área. Ler os níveis de luz em vez de confiar no estado do link, porque uma porta que está up ainda pode estar recebendo luz de menos para funcionar de forma confiável. E etiquetar, coisa que toda organização deixa de lado e cujo preço toda organização paga durante uma queda.

Há também um hábito profissional que vale registrar: o transceiver deveria ser a primeira peça a ser trocada, mas costuma ser a última de que alguém suspeita. Como é barato e fácil de substituir, testá-lo é rápido; como é pequeno e passivo, ele fica psicologicamente invisível.

As empresas

A ciência veio do Standard Telecommunication Laboratories e da Corning. A fabricação em volume está com a Finisar, hoje parte da Coherent, com a Broadcom, a Lumentum, a Innolight e com um parque industrial chinês de peso. Os fabricantes de equipamentos (Cisco, Juniper, Arista, Extreme e os demais), em geral, revendem com a própria marca módulos produzidos por esses fornecedores; por isso, um transceiver com o nome do fabricante e outro sem esse nome muitas vezes são o mesmo componente, com diferente.

Para onde isso vai

O módulo está absorvendo a rede. A óptica coerente e, cada vez mais, o processamento digital de sinais e até funções de switching estão indo para dentro do módulo plugável. Um componente que nasceu como um jeito de trocar o conector está virando o lugar onde ficam funções de rede.

A fotônica de silício (silicon photonics) leva a óptica para dentro do chip. Integrar a geração e a detecção de luz ao chip de switching elimina uma interface, e é justamente na interface que se concentram o custo, o consumo de energia e as falhas.

Hoje, o limite é a energia. Com as densidades e as taxas atuais, a óptica responde por uma parte significativa do consumo e do calor de um switch, e a discussão sobre as abordagens linear-drive e co-packaged é, no fundo, uma discussão sobre watts, e não sobre bits.

E o padrão de 1966 se repete. A contribuição de Kao não foi construir nada; foi identificar, corretamente, que um limite que todo mundo aceitava não era fundamental. Cada geração desta camada teve um número que todos achavam fixo (uma distância, uma taxa, um orçamento de potência), e, numa área tão física quanto esta, a pergunta útil é sempre a mesma: quais dos limites atuais são leis e quais são apenas impurezas que ninguém removeu ainda.

Fontes