Місце Інтернет в класифікації мереж

Інтернет, з початку свого існування як ARPANet, належав до класу клієнт-серверних мереж, що полягало в чіткій диференціації у виконуваних задачах між мейнфреймами університету та користувацькими терміналами. Власне, це і було основною задачею мережі в ті часи — можливість надання обчислювальних ресурсів, які тоді були зосереджені тільки в університетах та в компаніях-лідерах ринку обчислювальної техніки, територіально віддаленим дослідникам та науковцям.

Якщо розглядати Інтернет як глобальну всесвітню мережу на рівні національних точок обміну і міжнародних магістралей, то це майже класична однорангова мережа, оскільки кожна точка обміну визначає власну політику щодо вхідного і вихідного трафіку, але канали зв’язку в даному випадку переважно фізичні, а не логічні.

Протягом перших років розвитку структура мережі Інтернет на нижчих рівнях, як правило, не відповідала сегментації за геополітичними ознаками. Така ситуація історично склалася завдяки тому, що поширення мережі Інтернет здійснюється здебільшого силами комерційних операторів зв’язку, а не державних структур. Хоча сьогодні національна сегментація мережі в деякій мірі присутня, зумовлена вона ринковими відносинами телекомунікаційних операторів, а не політичними рішеннями.

Коли розглядати Інтернет в такому масштабі, то це розосереджена мережа, оскільки серед телекомунікаційних операторів виділяються як мінімум два чітких класи організацій — ті, які зайняті виключно побудовою транспортних частин мережі та послугами системної інтеграції та ті, які розміщують на своїх потужностях інформаційне наповнення або надають доступ кінцевим користувачам.

Якщо ж розглядати Інтернет в масштабі підприємства, то це централізована мережа, оскільки в структурі підприємства є спеціалізований відділ ІТ, відокремлені технічні засоби забезпечення користувачів ресурсами та зв’язком з іншими сегментами мережі тощо. Збій цих засобів може призвести до суттєвих порушень виробничого процесу навіть при використанні резервних каналів зв’язку та резервної апаратури в продукційному середовищі.

З точки зору кінцевих користувачів домашнього сектору, то мережа Інтернет знову має ознаки клієнт-серверної, оскільки взаємодія користувачів з іншими вузлами мережі будується на принципі споживання наданих ними ресурсів.

На сьогоднішній день мережа Інтернет все частіше розглядається не тільки як простір для розміщення та споживання інформаційних ресурсів, а як технологічна платформа для дослідження, розроблення і впровадження ІТ, в тому числі для побудови сервіс-орієнтованих систем.

Комп’ютерна мережа Інтернет навіть у своїй початковій стадії мала ознаки децентралізованої, але не однорангової мережі. Ознака децентралізації в цьому випадку — відключення будь-якого вузла не переривало роботу мережі в цілому, оскільки обчислювальні потужності були відокремлені від комунікаційних.

На сьогоднішній день, коли кількість вузлів мережі Інтернет збільшилася на кілька порядків, питання про її класифікацію в термінах вищенаведених парадигм стає складнішим.

Акцентуємо також увагу на неочевидній різниці між ознаками транспортної мережі та мережі прикладного обміну ресурсами.

В рамках даної роботи будемо розглядати Інтернет в масштабі національного сегменту, де домінують ознаки розосередженої мережі, такі як чітка диференціація операторів зв’язку на таких, чиї мережі виконують переважно магістральні функції і таких, які переважно займаються обслуговуванням кінцевих користувачів.

В той же час в роботі фігурують однорангові мережі, які використовують Інтернет як транспортне середовище для побудови прикладних рішень проблем сучасних інформаційних технологій, будуються з вузлів нижчих рівнів (тобто, переважно, з вузлів кінцевих користувачів) і на які його структура впливає не таким чином, щоб виправдати перекласифікацію.

В епоху первинної комерціалізації мережі Інтернет розвиток її регіональних сегментів відбувався стихійно. Оператори встановлювали канали зв’язку, керуючись міркуваннями технічної доцільності, обсягу інвестицій, маркетингової стратегії, вартості пірінгових послуг та цілого ряду інших чинників, які не мають ніякого відношення до побудови оптимальної структури регіональних сегментів Інтернет. В результаті стандартний шлях маршрутизації від одного оператора до іншого оператора з того самого міста міг територіально перетнути декілька державних кордонів, а подекуди і континентів ComplexNets, Newman03thestructure.

Сучасна практика проектування національних сегментів в технологічно розвинених країнах полягає, зокрема, в створенні так званих «точок обміну трафіком» (IX, IXP — Internet Exchange Points). Для створення такої точки декілька потужних національних операторів зв’язку утворюють єдиний, територіально локалізований технічний майданчик з маршрутизаційним та допоміжним обладнанням. Мережа кожного оператора підключається до такої точки. Інші оператори на ринку послуг доступу до Інтернет також мають можливість підключитися до системи.

Особливістю точки обміну трафіком, яка дозволяє значно знизити вартість обслуговування каналів зв’язку та амортизаційні витрати, є консолідація мереж учасників точки обміну таким чином, що трафік від кожного учасника передається іншим учасникам лише за допомогою даної точки обміну. Це дозволяє встановити взаємовигідні моделі розрахунків, коли нарахування оператора A за трафік спрямований до оператора B приймаються рівними нарахуванням оператора B за трафік, спрямований до оператора A. В результаті взаємні нарахування скасовуються і оператори сплачують лише за орендовані пропускні потужності каналів, незалежно від обсягу трафіку.

Це, в свою чергу, дозволяє оператору зв’язку значно знизити вартість трафіку між своїми користувачами та сегментами мережі Інтернет, які входять в ту ж саму точку обміну, що і даний оператор. Традиційною практикою в таких випадках є безкоштовний для кінцевих користувачів так званий «внутрішній трафік», на який часто також не розповсюджуються обмеження за швидкістю передавання даних.

Така диференціація швидкості трафіку в залежності від цільового адресного простору може досягати двох порядків. Користуючись різницею в ціні на різні види трафіку, кінцеві користувачі також можуть самостійно встановлювати власні засоби інтелектуальної фільтрації «зовнішніх адрес», суттєво знижуючи витрати на підключення до мережі Інтернет.

З точки зору топології мережі Інтернет, точки обміну трафіком представлені як множини автономних систем зі значно вищою у порівнянні до середньої, кількістю автономних систем учасників. Так, наприклад, в українському національному сегменті мережі Інтернет станом на 2011 рік оперують дві основні точки обміну трафіком — AS21219 (ЗАТ «Датагруп») та AS15645 (ВАТ «УкрТелеком»).

За даними 2008 року ці точки обміну об’єднували 35 та 50 операторів-учасників відповідно, а станом на 2012 рік за даними їх веб-сайтів виконують агрегацію трафіку для більш ніж 100 мереж на кожну точку обміну.

Наведена вище диференціація є лише одним простим прикладом, коли значну роль починає відігравати «локальність», як характеристика даного вузла по відношенню до будь-якого іншого вузла мережі, доступного для обміну інформацією з даним, яка дозволяє віднести топологічну відстань між цими двома вузлами до певного класу в термінах мережі.

Коли вузли мережі мають обчислені або отримані іншим чином дані про локальність, цю інформацію можна ефективно використовувати для підвищення продуктивності мережі. Якщо йдеться про сервіс-орієнтовану або файлообмінну мережу, то це проявиться у збільшенні швидкості обміну даними, зменшенні навантаження на магістральні канали та канали, що є зовнішніми в контексті мережі, за рахунок збільшення навантаження на внутрішні канали мережі.

Необхідно розглянути, яким саме чином досягається підвищення продуктивності мережі на прикладі визначення локальності за ознакою топологічної структури Інтернет на національному рівні.

Як зазначено вище, завдяки усталеній технологічній та бізнесовій практиці провайдерів-учасників українських точок обміну, полоса пропускання та ціна трафіку зовні та всередині UA-IX можуть значно відрізнятися, до двох порядків. Отже модель для обчислення відносної локальності має значний потенціал для підвищення ефективності СООМ.

Практична реалізація цього потенціалу полягає в використанні різниці в класах якості обслуговування (QoS), яка в загальному випадку є функцією віддаленої мережної адреси. Особливість мережного сценарію з національною точкою обміну в даному контексті полягає в тому, що різниця як за метрикою часу затримки відповіді, так і за метрикою пікової досяжної швидкості передавання даних досягає двох порядків і, таким чином, вузли мережі мають змогу балансувати між внутрішнім та міжсегментним трафіком в залежності від конфігурації сегментів оверлейної мережі.

Якщо правила відбору віддалених вузлів будуть формуватися у відповідності до класів локальності, наприклад, в мережах типу BitTorrent, для вузлів, що працюють в адресному просторі UA-IX або аналогічній національній конфігурації, то кількість вузлів, які повинні будуть з’єднуватися зовні своїх точок обміну буде зменшуватися, а кількість вузлів, які зможуть вибрати вузли-партнери для обміну даними з тих, з ким більше імовірність підвищити швидкість передавання даних по віртуальному каналу зв’язку, відповідно, буде збільшуватися.

Станом на лютий 2011 року адресний простір IPv4 є офіційно вичерпаним, тобто всі блоки, на які розділена множина із 3.7 мільярдів «реальних адрес» IPv4 є призначеними до регіональних реєстрів Інтернет. Повне вичерпання адресного простору IPv4 в регіональних та локальних реєстрах очікується найближчим часом. Цим обумовлюється гострота проблеми вичерпання адресного простору та пов’язаний з цим процес міграції Інтернет на протокол IPv6.

Як відомо, адреса вузла в протоколі IPv6 складає 128 біт. Основними відмінностями IPv6 від IPv4, важливими в контексті даної роботи, є наступні:

- значно більший адресний простір, який на сьогодні перекриває будь-які існуючі потреби адресації вузлів та на декілька порядків більше ніж загальна кількість всіх існуючих та минулих пристроїв, здатних на підключення до Інтернет;

- стандартний розмір підмережі в IPv6 становить $2^{64}$ адреси, що дає можливість значно підвищити ефективність агрегації маршрутів та спрощення правил маршрутизації;

- спрощена можливість організації багатокористувацьких посилань, завдяки резервуванню спеціальної адреси в кожній підмережі;

- спрощена автоматична конфігурація кінцевих вузлів, яка, на відміну від IPv4, підтримується не тільки протоколом DHCPv6 але і ICMPv6, що дає можливість автоматичного налаштування через безпосередній запит до маршрутизатора і робить встановлення окремого DHCP-сервера необов’язковим.

На сьогоднішній день перехід інфраструктури до IPv6 відбувається повільно, незважаючи на поширене серед спеціалістів розуміння необхідності такого переходу. Створюються тунелі IPv4-IPv6, розробляються подвійні стеки протоколів TCP/IP тощо.

В контексті даної роботи потрібно відзначити, що завдяки поширенню технологій типу NAT, адресних діапазонів для динамічного призначення адрес та різноманітних proxy-серверів переважна більшість інфраструктури Інтернет досі працює на протоколі IPv4, а його впровадження в сектор кінцевих користувачів досягло лише локально-експериментальної стадії в деяких регіонах.

Але навіть після того, як IPv6 набуде значного поширення серед кінцевих користувачів, навіть пряма сегментація на основі адресних префіксів (як це зроблено, наприклад, в мережах технології FTN) не гарантує максимальну досяжну ефективність отриманої оверлейної структури, а відтак, розроблені в даній роботі методи та засоби не втратять своєї актуальності.

Поиск по сайту: