Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 67
Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 67 краткое содержание
Компьютерра
02.05.2011 - 08.05.2011
Статьи
Децентрализованная сеть Ricochet: интернет от фонаря
Евгений Лебеденко, Mobi.ru
Опубликовано 03 мая 2011 года
В мире технологий философским спорам (кто первый? курица или яйцо?) не место. Всегда есть первопроходец, челленджер, бросающий вызов, открывающий для остальных новое направление движения.
Сейчас, когда 3G-интернет может настроить любая среднестатистическая кухарка, а точки доступа Wi-Fi в метрополисах есть буквально на каждом углу, кажется невероятным, что ещё пятнадцать лет назад о передаче данных по воздуху для рядового потребителя и речи не могло быть. В те времена и проводного широкополосного интернета не было. Старый добрый dial-up, скрежещущие звуки модемных протоколов и работа в неудобной позе (телефонная розетка в гостиничных номерах по закону Мёрфи оказывалась в самом дальнем углу комнаты).
Удивительно, но именно в это время увидела свет и, что главное, получила активное развитие одна из самых интересных технологий беспроводной передачи данных — предвестница нынешнего беспроводного доступа в Сеть. У этой технологии есть имя, звучное, как выстрел, — Ricochet.
Прошлое RicochetУ сети Ricochet есть отец-основатель. Да ещё какой. Пол Бэрен — американский инженер польского происхождения, один из основоположников компьютерных сетей с коммутацией пакетов. Работая в финансируемой государством компании RAND Corporation, Бэрен в конце шестидесятых годов приходит к мысли о необходимости разработки компьютерных сетей, способных в плане живучести противостоять вполне реальной в то время ядерной угрозе.
Системы передачи данных тогда базировались на архитектуре телефонных сетей общего назначения и имели централизованную (центр — телефонная станция) или децентрализованную (много связанных центров — телефонных станций) структуру. Очевидно, что даже такой надёжный способ, как пакетная передача данных, не давал стопроцентной гарантии доставки пакетов в рамках централизованной или децентрализованной инфраструктуры сети.
Пола Бэрена совершенно справедливо называют одним из отцов-основателей интернета. Но его коньком всегда были ячеистые сети.
Бэрен предложил альтернативную инфраструктуру, которую он назвал распределённой (distributed). В распределённой сети каждый из узлов является потенциальным маршрутизатором, связанным с одним или несколькими узлами сети. Благодаря таким избыточным связям пакеты в распределённой сети могут двигаться по множеству динамически формируемых альтернативных маршрутов, что позволяет сети функционировать даже в условиях выхода из строя большинства её узлов.
Распределённая сеть, функционирующая по этим принципам, получила название «ячеистая (mesh) сеть».
Предложенная Бэреном распределённая (distributed) архитектура сети является одной из классических сетевых архитектур.
Технологию ячеистых сетей Бэрен предложил главному заказчику компании RAND Corporation — военно-воздушным силам США. Однако из-за лоббирования со стороны компании AT&T, предоставлявшей свои телекоммуникационные каналы в аренду военным, проект так и остался проектом. Правда, работами Бэрена заинтересовались разработчики сети ARPANET. Лэрри Робертс, «главный по интернету» в лаборатории DARPA, был впечатлён моделью отказоустойчивой сети Бэрена, описанной в его статье «On Distributed Communications Networks», и пригласил его в проект неофициальным консультантом.
Участие Бэрена в создании первых вариантов ARPANET привело к распространённому заблуждению о том, что интернет имеет сугубо военные корни, связанные с необходимостью разработки системы передачи данных, настолько живучей, что она способна легко противостоять ядерной атаке потенциального противника и функционировать в любых критических условиях. Кстати, тот самый великий и могучий Skynet, захвативший 19 апреля 2011 года в фильме «Терминатор» мировое господство, и есть высоконадежная военная mesh-сеть, построенная на основе модели Бэрена.
На самом деле, ARPANET был сугубо исследовательским проектом. Эта сеть связывала исследовательские центры, а не военные объекты. В ARPANET на первом месте рассматривается эффективность доставки данных между узлами за приемлемое время. Конечно, работы Бэрена, связанные с отказоустойчивостью сетей, существенно повлияли на методы маршрутизации в современном интернете. Именно поэтому Пол Бэрен наряду с Лэрри Робертсом, Леонардом Клейнроком и Джозефом Ликлайдером считается одним из основоположников интернета.
Короткая вспышка славыРазвивая свои идеи распределённых сетей пакетной коммутации, Пол Бэрен в 1985 году становится одним из основателей компании Metricom. Целью её создания была разработка сети передачи данных, не имеющей чётко определённого центрального коммутирующего узла. Эта сеть проектировалась в первую очередь для нужд энергетической отрасли, старавшейся в то время удешевить процесс управления такими разветвлёнными инфраструктурами, как электрические и газовые сети. Аренда телефонных каналов у крупных американских провайдеров влетала в копеечку, поскольку компьютеры, обменивающиеся данными, постоянно находились на связи, а значит, занимали канал. Именно тогда и пригодились идеи Бэрена по созданию распределённой сети, узлы которой самостоятельно осуществляют маршрутизацию. Чтобы полностью отказаться от аренды проводных каналов, такую сеть решили сделать беспроводной. В качестве протокольной основы в Metricom выбрали набирающий силу стандарт radio ethernet.
Во время разработки стало ясно, что подобная сеть может стать конкурентоспособной на рынке провайдерских услуг. К этой же мысли пришли и инвесторы, в числе которых был один из основателей Microsoft Пол Аллен. Сейчас Ricochet назвали бы сетью «последней мили», поскольку её основной задачей было беспроводное подключение пользователя к интернету или корпоративной сети.
К 1994 году были разработаны и испытаны все необходимые образцы оборудования, пригодного для потребительских целей, и компания Metricom официально вышла на рынок услуг ISP с коммерческой сетью Ricochet. Экспансия Ricochet началась с городка Купертино — того самого, где располагается штаб-квартира Apple и располагался офис самой Metricom. Всего за год распределённая сеть Ricochet растянулась по всему северному побережью Сан-Франциско, а ещё через пару лет она опутала Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Атланту, Миннеаполис, Даллас, Детройт и Майами.
Зоне покрытия сети Ricochet в 1995 году может позавидовать любой современный оператор услуг связи.
Ключевые компоненты сети Ricochet — беспроводные модемы, которые подписчики Ricochet получали вместе с контрактом. Они подключались к последовательному порту (позже к USB) и работали на частоте 900 МГц, обеспечивая приём и передачу данных со скоростью 28,8 килобит в секунду на расстоянии от одной до пяти миль. Связывались они с ближайшим микросотовым радиомодемом, именуемым Poletop Radio.
Poletop Radio — микросотовые модемы, обеспечивающие взаимодействие с множеством модемов пользователей и множеством себе подобных устройств. Они обеспечивают интеллектуальную маршрутизацию пакетов в сети Ricochet, формируя несколько альтернативных маршрутов передачи. Передав пакет, эти узлы формировали сигнал ACK (acnowledgment), отправлявшийся на предыдущий в маршруте узел. Этот сигнал подтверждал успешную передачу пакета. Таким образом каждый пакет рикошетом отправлял назад подтверждение о своей доставке. Отсюда и название всей сети. Ну а название Poletop эти узлы получили потому, что чаще всего они крепились на фонарных столбах (Streetlight Pole) — самом удобном месте, коих в любом городе великое множество. Именно поэтому сеть Ricochet чаще всего разрасталась вдоль улиц.
Все модемы Poletop в радиусе десяти-двадцати миль связывались с проводной точкой доступа — специальным сервером, обычно располагаемым в одном из муниципальных зданий. Этот сервер обеспечивал высокоскоростное проводное соединение с ближайшим региональным интерфейсом доступа к IP-сетям. Работая на частоте 2,4 ГГц, Wired Access Point (WAP) обеспечивали высокую (до 128 килобит в секунду) скорость обмена данными с множеством Poletop. Чуть позже на этой же частоте стали работать и модемы пользователей.
Чаще всего региональный коммуникационный сервер сети Ricochet располагался в муниципальных зданиях (City Hall)
Множество региональных интерфейсов доступа к IP-сетям (NIF — Network Interface Facility) имели арендованные каналы связи к: провайдерам интернета, являющимся партнёрами Metricom; корпоративным сетям подписчиков Ricochet; центру управления (NOC — Network Оperations Center) самой распределённой сетью. Последняя не только контролировала состояние всех остальных компонентов сети, но и содержала сервер имён Ricochet, обеспечивающий авторизацию подключаемых к сети пользователей.