Компьютерные сети. 6-е изд.

Д. Таненбаум Э. С., Фимстер Н. , Уэзеролл

На протяжении 1990-х множество стран и регионов также создавали свои национальные исследовательские сети, зачастую по образцу ARPANET и NSFNET. В их числе EuropaNET и EBONE в Европе, вначале работающие на скорости 2 Мбит/с, а затем модернизированные до 34-мегабитных линий связи. В конце концов сетевая инфраструктура в Европе также стала коммерческой. С тех давних времен интернет сильно изменился. Он начал активно расти с появлением Всемирной паутины (World Wide Web, WWW) в начале 1990-х. Согласно свежей статистике от Internet Systems Consortium, число хостов в интернете составляет более 1 млрд7. Скорее всего, это заниженная оценка, но в любом случае это количество намного превышает несколько миллионов хостов, насчитывавшихся в период первой

конференции по WWW в Европейском центре ядерных исследований (CERN) в 1994 году.

Способы использования интернета также радикально поменялись. Изначально преобладали такие приложения, как электронная почта для научных учреждений, новостные рассылки, удаленный вход в систему и передача файлов. Позднее электронная почта стала всеобщим достоянием, появилась Всемирная паутина и системы однорангового распределения контента, такие как уже закрытый сервис Napster. Сегодня главными столпами интернета являются распространение мультимедиа в реальном времени и социальные сети (Twitter, Facebook). Основная форма трафика — потоковое видео (Netflix, YouTube). Такое развитие событий привлекло в интернет множество разнообразных видов мультимедиа, а следовательно, и большие объемы трафика. Это, в свою очередь, повлияло на архитектуру самого интернета.

Архитектура интернета

Бурный рост интернета значительно повлиял на его архитектуру. В этом разделе мы попытаемся вкратце описать, как она выглядит сегодня. Вследствие постоянных изменений в работе телефонных компаний, кабельных компаний и интернет-провайдеров ситуация очень сильно запутана, и понять, кто чем занимается, непросто. Движущая сила этих изменений — непрерывное слияние в сфере телекоммуникаций, при котором сети становятся многоцелевыми. Например, при «тройных услугах» одна компания предоставляет услуги телефонии, ТВ и интернета при помощи одного и того же сетевого подключения (причем это обходится дешевле, чем если покупать эти услуги по отдельности). Приведенное здесь описание представляет собой лишь упрощенную версию реальности, а завтрашнее положение дел может отличаться от сегодняшнего.

На илл. 1.16 приведен общий обзор архитектуры интернета. Давайте рассмотрим этот рисунок по частям, начиная с домашних компьютеров (по краям рисунка). Для подключения к интернету компьютер связывается с поставщиком интернет-услуг, которые оплачивает пользователь. Это позволяет компьютеру обмениваться пакетами со всеми остальными доступными узлами. Существует множество разновидностей доступа в интернет, которые обычно отличаются шириной полосы пропускания и стоимостью, но главный признак — подключение.

Чтобы подключиться к интернету из дома, часто используют метод отправки сигналов через инфраструктуру кабельного телевидения. Кабельная сеть, иногда называемая HFC (Hybrid Fiber-Coaxial — комбинированная оптико-коаксиальная сеть), представляет собой единую интегрированную инфраструктуру. Для предоставления разнообразных информационных сервисов (в том числе ТВ-каналов, высокоскоростной передачи данных и голоса) используется пакетный транспортный протокол DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification — стандарт передачи данных по телевизионному кабелю). На стороне домашнего пользователя располагается специальное устройство — кабельный модем (cable modem), а в головном узле кабельной сети располагается CMTS (Cable Modem Termination System — система оконечных кабельных

Илл. 1.16. Обзор архитектуры интернета

модемов). Термин модем (сокращение от «модулятор/демодулятор») используется для любых устройств, предназначенных для преобразования между цифровым битовым представлением и аналоговыми сигналами.

Сети доступа ограничиваются пропускной способностью «последней мили» (последнего участка передачи сигнала).

За прошедшее десятилетие развитие стандарта DOCSIS обеспечило намного более высокую пропускную способность для домашних сетей. В последней на текущий момент версии этого стандарта, полнодуплексном DOCSIS 3.1, появилась поддержка симметричной нисходящей/восходящей передачи данных с максимальной скоростью до 10 Гбит/с. Еще один вариант развертывания «последней мили» — прокладка оптоволоконных кабелей до жилых домов на основе технологии FTTH (Fiber to the Home — «оптоволокно в дом»). Для предприятий, расположенных в промышленных районах, имеет смысл арендовать выделенную высокоскоростную линию передачи данных от офиса до ближайшего ISP. В некоторых крупных городах мира доступна аренда линий скоростью до 10 Гбит/с (или ниже). Например, линия T3 обеспечивает передачу данных со скоростью примерно в 45 Мбит/с. В других регионах, особенно в развивающихся странах, не проложены ни кабели, ни оптоволокно. Некоторые из них сразу стали использовать высокоскоростные беспроводные или мобильные сети в качестве основного вида интернет-доступа. В следующем разделе представлен обзор мобильного доступа в интернет.

Итак, мы можем передавать пакеты между домами конечных пользователей и ISP. Мы будем называть место входа пакетов пользователя в сеть ISP точкой присутствия (POP, Point of Presence) оператора связи. Далее мы расскажем, как пакеты перемещаются между точками присутствия различных ISP. С этого момента система является полностью цифровой и коммутируемой.

Сети ISP могут быть региональными, общенациональными или интернациональными. Их архитектура включает магистральные линии передачи, связывающие между собой маршрутизаторы в точках присутствия в городах, обслуживаемых этим ISP. Это оборудование называется опорной сетью (backbone) ISP. Пакет, предназначенный для хоста, за который отвечает непосредственно данный ISP, проходит по маршруту через опорную сеть и доставляется в нужный хост. В противном случае он передается другому ISP.

ISP связывают свои сети для обмена трафиком в точках обмена интернет-трафиком (IXP, Internet eXchange Points). В случае подключенных друг к другу ISP говорят о пиринге (peering). Существует множество ISP в городах по всему миру. Они отображены на илл. 1.16 вертикально, потому что сети ISP географически пересекаются. Фактически точки обмена трафиком представляют собой здание, полное маршрутизаторов, как минимум по одному на каждый ISP. Все маршрутизаторы соединяются высокоскоростной оптической LAN, позволяющей перенаправлять пакеты из опорной сети одного ISP в опорную сеть любого другого ISP. IXP могут представлять собой крупные узлы, принадлежащие различным компаниям, конкурирующим друг с другом. Одна из крупнейших точек располагается в Амстердаме (Amsterdam Internet Exchange, AMS-IX); к ней подключено более 800 ISP, которые могут передавать через нее более чем 4000 гигабит (4 терабита) трафика каждую секунду.

Пиринг в IXP зависит от деловых отношений между ISP. Существует множество возможных видов таких отношений. Например, маленький ISP может платить более крупному за интернет-соединение для достижения удаленных хостов, аналогично тому как потребитель приобретает услуги ISP. В этом случае считается, что этот маленький ISP платит за транзит. Один из множества парадоксов интернета: провайдеры, публично конкурирующие за потребителей, зачастую тайно сотрудничают, чтобы осуществлять пиринг (Мец; Metz, 2001).

Путь прохождения пакетов через интернет зависит от выбранного ISP способа обмена трафиком. Если ISP, доставляющий пакет, обменивается трафиком с ISP, для которого этот пакет предназначается, он может доставить пакет напрямую. В противном случае пакет маршрутизируется в ближайшее место подключения к платному поставщику услуг транзита, который может доставить пакет. Два примера путей пакета через ISP показаны на илл. 1.16. Зачастую пакет проходит не по кратчайшему пути, а по наименее загруженному или самому дешевому.