мережева технологія - це узгоджений набір стандартних протоколів і що реалізовують їх програмно-апаратних засобів (наприклад, мережевих адаптерів, драйверів, кабелів і роз'ємів), достатній для побудови обчислювальної мережі. Епітет «достатній» підкреслює ту обставину, що цей набір являє собою мінімальний набір засобів, за допомогою яких можна побудувати працездатну мережу. Можливо, цю мережу можна поліпшити, наприклад, за рахунок виділення в ній підмереж, що відразу зажадає крім протоколів стандарту Ethernet застосування протоколу IP, а також спеціальних комунікаційних пристроїв - маршрутизаторів. Покращена мережа буде, швидше за все, більш надійною і швидкодіючої, але за рахунок надбудов над засобами технології Ethernet, яка склала базис мережі.

Термін «мережева технологія» найчастіше використовується в описаному вище вузькому сенсі, але іноді застосовується і його розширене тлумачення як будь-якого набору засобів і правил для побудови мережі, наприклад, «технологія маршрутизації», «технологія створення захищеного каналу», «технологія IP- мереж ».

Протоколи, на основі яких будується мережа певної технології (у вузькому сенсі), спеціально розроблялися для спільної роботи, тому від розробника мережі не потрібно додаткових зусиль по організації їх взаємодії. Іноді мережеві технології називають базовими технологіями, Маючи на увазі те, що на їх основі будується базис будь-якої мережі. Прикладами базових мережевих технологій можуть служити поряд з Ethernet такі відомі технології локальних мереж як, Token Ring і FDDI, або ж технології територіальних мереж Х.25 і frame relay. Для отримання працездатної мережі в цьому випадку досить придбати програмні і апаратні засоби, що відносяться до однієї базової технології - мережеві адаптери з драйверами, концентратори, комутатори, кабельну систему і т. П., - і з'єднати їх відповідно до вимог стандарту на дану технологію.

Створення стандартних технологій локальних мереж

В середині 80-х років стан справ в локальних мережах стало кардинально мінятися. Утвердилися стандартні технології об'єднання комп'ютерів в мережу - Ethernet, Arcnet, Token Ring. Потужним стимулом для їх розвитку послужили персональні комп'ютери. Ці масові продукти були ідеальними елементами для побудови мереж - з одного боку, вони були досить потужними для роботи мережевого програмного забезпечення, а з іншого - явно потребували об'єднання своєї обчислювальної потужності для вирішення складних завдань, а також поділу дорогих периферійних пристроїв і дискових масивів. Тому персональні комп'ютери стали переважати в локальних мережах, причому не тільки в якості клієнтських комп'ютерів, але і як центри зберігання і обробки даних, тобто мережевих серверів, потіснивши з цих звичних ролей міні-комп'ютери і мейнфрейми.

Стандартні мережеві технології перетворили процес побудови локальної мережі з мистецтва в рутинну роботу. Для створення мережі досить було придбати мережеві адаптери відповідного стандарту, наприклад Ethernet, стандартний кабель, приєднати адаптери до кабелю стандартними роз'ємами і встановити на комп'ютер одну з популярних мережевих операційних систем, наприклад, NetWare. Після цього мережа починала працювати і приєднання кожного нового комп'ютера не викликало ніяких проблем - природно, якщо на ньому було встановлено мережевий адаптер тієї ж технології.

Локальні мережі в порівнянні з глобальними мережами внесли багато нового в способи організації роботи користувачів. Доступ до ресурсів став набагато зручніше - користувач міг просто переглядати списки наявних ресурсів, а не запам'ятовувати їх ідентифікатори або імена. Після з'єднання з віддаленим ресурсом можна було працювати з ним за допомогою вже знайомих користувачеві по роботі з локальними ресурсами команд. Наслідком і одночасно рушійною силою такого прогресу стала поява величезного числа непрофесійних користувачів, яким абсолютно не потрібно було вивчати спеціальні (і досить складні) команди для мережевої роботи. А можливість реалізувати всі ці зручності розробники локальних мереж отримали в результаті появи якісних кабельних ліній зв'язку, на яких навіть мережеві адаптери першого покоління забезпечували швидкість передачі даних до 10 Мбіт / с.

Звичайно, про такі швидкості розробники глобальних мереж не могли навіть мріяти - їм доводилося користуватися тими каналами зв'язку, які були в наявності, так як прокладка нових кабельних систем для обчислювальних мереж протяжністю в тисячі кілометрів зажадала б колосальних капітальних вкладень. А «під рукою» були тільки телефонні канали зв'язку, погано пристосовані для високошвидкісної передачі дискретних даних - швидкість в 1200 біт / с була для них великим досягненням. Тому економне витрачання пропускної здатності каналів зв'язку часто було основним критерієм ефективності методів передачі даних в глобальних мережах. У цих умовах різні процедури прозорого доступу до віддалених ресурсів, стандартні для локальних мереж, для глобальних мереж довго залишалися недозволеною розкішшю.

сучасні тенденції

Сьогодні обчислювальні мережі продовжують розвиватися, причому досить швидко. Розрив між локальними і глобальними мережами постійно скорочується багато в чому через появу високошвидкісних територіальних каналів зв'язку, які не поступаються за якістю кабельним системам локальних мереж. У глобальних мережах з'являються служби доступу до ресурсів, такі ж зручні і прозорі, як і служби локальних мереж. Подібні приклади у великій кількості демонструє найпопулярніша глобальна мережа - Internet.

Змінюються і локальні мережі. Замість з'єднує комп'ютери пасивного кабелю в них у великій кількості з'явилося різноманітне комунікаційне обладнання - комутатори, маршрутизатори, шлюзи. Завдяки такому обладнанню з'явилася можливість побудови великих корпоративних мереж, що нараховують тисячі комп'ютерів і мають складну структуру. Відродився інтерес до великих комп'ютерів - в основному через те, що після спаду ейфорії з приводу легкості роботи з персональними комп'ютерами з'ясувалося, що системи, що складаються з сотень серверів, обслуговувати складніше, ніж кілька великих комп'ютерів. Тому на новому витку еволюційної спіралі мейнфрейми стали повертатися в корпоративні обчислювальні системи, але вже як повноправні мережеві вузли, що підтримують Ethernet або Token Ring, а також стек протоколів TCP / IP, що став завдяки Internet мережевим стандартом де-факто.

Проявилася ще одна дуже важлива тенденція, яка зачіпає в рівній мірі як локальні, так і глобальні мережі. У них стала оброблятися невластива раніше обчислювальним мережам інформація - голос, відеозображення, малюнки. Це зажадало внесення змін в роботу протоколів, мережевих операційних систем і комунікаційного устаткування. Складність передачі такої мультимедійної інформації по мережі пов'язана з її чутливістю до затримок при передачі пакетів даних - затримки зазвичай призводять до спотворення такої інформації в кінцевих вузлах мережі. Так як традиційні служби обчислювальних мереж - такі як передача файлів або електронна пошта - створюють малочутливий до затримок трафік і всі елементи мереж розроблялися в розрахунку на нього, то поява трафіку реального часу привело до великих проблем.

Сьогодні ці проблеми вирішуються різними способами, в тому числі і за допомогою спеціально розрахованої на передачу різних типів трафіку технології АТМ, Однак, незважаючи на значні зусилля, що вживаються в цьому напрямку, до прийнятного рішення проблеми поки далеко, і в цій області має бути ще багато зробити , щоб досягти заповітної мети - злиття технологій не тільки локальних і глобальних мереж, але і технологій будь-яких інформаційних мереж - обчислювальних, телефонних, телевізійних і т. п. Хоча сьогодні ця ідея багатьом здається утопією, серйозні фахівці вважають, що передумови для такого синтезу вже існують, і їх думки розходяться тільки в оцінці зразкових термінів такого об'єднання - називаються терміни від 10 до 25 років. Причому вважається, що основою для об'єднання послужить технологія комутації пакетів, що застосовується сьогодні в обчислювальних мережах, а не технологія комутації каналів, використовувана в телефонії, що, напевно, повинно підвищити інтерес до мереж цього типу.

(Центр прикладних досліджень Комп'ютерних Мереж)

ЦПІКС - дослідницький проект по створенню технологій і продуктів для комп'ютерних мереж нового покоління в Росії. Ми розвиваємо та впроваджуємо новітні і перспективні технології в області комп'ютерних мереж та інтернету, демонструємо і перевіряємо ефективність цих технологій на завданнях промисловості і бізнесу. Резидент ІТ-кластеру інноваційного Фонду «Сколково».

Тенденції розвитку комп'ютерних мереж та Інтернету

Матеріал підготовлений спеціально для журналуSkolkovo Review

Сьогодні неможливо уявити наше життя без Інтернету і інформаційних технологій. Вони міцно увійшли в наше життя, значно спростивши її. З розвитком інформаційних технологій нам стають доступні нові інструменти, які роблять звичні нам процеси швидше, зручніше, і дешевше. Однак, ті зміни, які ми зараз бачимо - це лише верхівка айсберга. Мережеві технології знаходяться лише на початку шляху свого зростання і по-справжньому великі інновації чекають нас попереду. Отже, яку еволюцію на найближчі десятиліття можна прогнозувати вже сьогодні, бачачи, в якому напрямку йде розвиток комп'ютерних мереж та Інтернету?
1. Чи буде рости охоплення аудиторії, Інтернет з'явиться в найвіддаленіших місцях планети. До кінця 2012 р число користувачів Інтернет по всьому світу досягло 2,4 мільярд користувачів по всьому світу. До 2020 р за прогнозами Національного Наукового Фонду США число користувачів Інтернет зросте до 5 млрд. Мережа може бути більш розподілений географічно. Найбільший приріст користувачів в найближчі 10 років буде відбуватися за рахунок жителів країн, що розвиваються в Африці (зараз використовують не більше 7%), Азії (близько 19%) і Середнього Сходу (Middle East) (близько 28%). Для порівняння в даний час більше 72% жителів Північної Америки використовують Інтернет. Цей тренд означає, що Інтернет до 2020 року не тільки досягне віддалених місць по всьому світу, але і буде підтримувати набагато більше мов і не тільки звичну нам кодіровочние систему ASCII. Російських користувачів Інтернет, за даними Мінкомзв'язку РФ, на початок 2012 року було 70 млн. Чол. За цим показником Росія вийшла на перше місце в Європі і на шосте місце в світі. Згідно з результатами дослідження агентства РБК.research, рівень проникнення Інтернету в Росії в 2018 році перевищить позначку в 80%.
2. В інформаційних технологіях починається епоха програмного забезпечення. Зараз ми переживаємо етап інтелектуалізації «заліза», коли програмне забезпечення стає важливіше самого обладнання. Індустрія ПО буде зростати більшими темпами: в 2010р. щорічний темп зростання софта був не менше 6%, 2015 року обсяги ринку досягнуть $ 365 млрд, чверть з яких припадає на ринок бізнес-додатків. Ринок «заліза» буде скорочуватися: обсяг ринку в 2013 р склав $ 608 млрд, темп зростання з 2008 по 2013 негативний -0,7%. До 2018 р прогнозується зростання на 2,1% переважно за рахунок зростання ринку ПК (він буде рости на 7,5%) і периферійних пристроїв (принтери, сканери і т.д.). ХХI століття - це століття бездротових технологій. Тільки за 2009 р число абонентів мобільного широкосмугового зв'язку (3G, WiMAX і інші технології високошвидкісної передачі даних) збільшилася на 85%. До 2014 р прогнозують, що 2,5 млрд людей по всьому світу будуть використовувати мобільний широкосмуговий доступ.
3. Збільшується швидкість передачі даних і пропускна здатність. На сьогоднішній день швидкість передачі даних в хороших комп'ютерах - 40 Гбіт / сек. Для прикладу, 4 томи роману «Війна і Мир» Л.Толстого - це близько 40 Мбіт, тобто в 1000 разів менше! Передати ці 4 томи можна менше, ніж за 1 мікросекунду. Але, в найближчому майбутньому можна буде передавати дані зі швидкістю світла. Вже сьогодні є технологія WiGik, яка дозволяє на відстані декількох кілометрів передавати інформацію зі швидкістю 7 Гбіт / сек. методом кодування інформації на фізичному рівні. Так само і з пропускною спроможністю. Згідно з даними компанії Cisco, сьогодні одночасно в Skype працює понад 35 млн. Користувачів, в Facebook - понад 200 млн, кожну хвилину на YouTube завантажують 72 години відео. Експерти прогнозують, що до 2015 року кількість пристроїв в мережі буде в два рази вище, ніж населення планети. До 2014 року близько 80% цього трафіку становитиме відео трафік. Зображення та відео файли, обмін якими постійно відбувається у «всесвітній павутині», вимагають більш високої пропускної здатності. І технології будуть розвиватися в цьому напрямку. Користувачі будуть спілкуватися, і обмінюватися інформацією за допомогою відео та голосу в режимі реального часу. Все більше і більше з'являється мережевих додатків, що вимагають взаємодії в рольному часу.
4. Семантичний WEB. Ми правомірно рухаємося в бік «семантичного інтернету», в якому інформації надається точно певний сенс, що дозволяє комп'ютерам «розуміти» і обробляти її на семантичному рівні. Сьогодні комп'ютери працюють на синтаксичному рівні, на рівні знаків, вони зчитують і обробляють інформацію за зовнішніми ознаками. Термін «семантична павутина» був вперше введений сером Тімом Бернерс-Лі (один з винахідників Всесвітньої павутини) в журналі «Scientific American». Семантичний WEB дозволить знаходити інформацію з пошуку: «Знайти інформацію про тварин, які використовують звукову локацію, але не є ні кажаном ні дельфіном», наприклад.
5. Нові об'єкти передачі. Завдяки розвитку нових технологій можна буде передавати через комп'ютерні мережі то, що раніше здавалося неможливим. Наприклад - запах. Машина аналізує молекулярний склад повітря в одній точці і передає ці дані по мережі. В іншій точці мережі цей молекулярний склад, тобто запах синтезується. Прототип подібного пристрою вже випустила американська компанія Mint Foundry, називається вона Olly, поки не надійшла у вільний продаж. Однак, скоро ми зможемо побачити втілення цих можливостей в повсякденному житті.
6. Інтернет стане мережею речей, а не тільки комп'ютерів. Сьогодні в мережі Інтернет налічується вже свище 700 мільйонів комп'ютерів (за даними CIA World Factbook 2012). Щороку у користувача збільшується число пристроїв, який виходять в мережу: комп'ютери, телефони, планшети і т.д. Вже сьогодні кількість IP-адрес перевищує кількість населення Землі (IP-адреси потрібні для роботи побутових приладів). З новою архітектурою комп'ютерних мереж настане ера «інтернету-речей». Речі і предмети будуть взаємодіяти через мережі, це відкриє великі можливості для всіх сфер життєдіяльності людини. Одна з найближчих розробок - це «розумний пил» - датчики, розкидані на великій території, що збирають інформацію. Національний Науковий Фонд США прогнозує, що близько мільярдів датчиків на будівлях, мостах, дорогах будуть підключені до Інтернет для таких цілей, як моніторинг використання електрики, для забезпечення безпеки і т.д. В цілому очікується, що до 2020 року кількість інтернет-підключених датчиків буде на порядок більше, ніж кількість користувачів. У продовження цієї думки можна навести роздуми Вінтон Грея серфа (американський вчений-математик, вважається одним з винахідників протоколу TCP / IP, віце-президент компанії Google): «Припустимо, що всі продукти, які ви кладете в холодильник, забезпечені спеціальним штрих-кодом або мікрочіпом так, щоб холодильник фіксував все, що ви помістили в нього. В такому випадку, перебуваючи в університеті або на роботі, ви можете переглядати цю інформацію зі свого телефону, дивитися різні варіанти рецептів, а холодильник запропонував би вам, що варто сьогодні приготувати. Якщо розширити цю ідею, то вийде приблизно наступна картина. Ви йдете в магазин, і поки ви там перебуваєте, у вас дзвонить мобільний телефон - це дзвонить вам холодильник, який радить, що саме варто купити ». «Розумний інтернет» перетворить соціальні мережі (в тому вигляді, що ми маємо сьогодні) в соціальні медіа-системи. У приміщеннях будуть встановлені камери і різні датчики. Через власний аккаунт можна буде годувати вихованців і запускати пральну машину, наприклад.
7. Роботизація суспільства. Вже сьогодні ми знаємо приклади безпілотних літаючих апаратів, пилососів-автоматів, в Японії «працюють» роботи-поліцейські - всі ці технології виконують свої функції без втручання людини. І з кожним роком проникнення таких машин буде тільки збільшуватися. Одна з нерозв'язних завдань в обчислювальних технологіях - це проблема відтворення комп'ютером мислення. Однак, можна з'єднати людський мозок з кібернетичної, комп'ютерною системою. Згадаймо фільм «Робокоп». Вже сьогодні є подібні експерименти, коли протез ноги або руки людини приєднують до спинного мозку. Згадаймо приклад південноафриканського бігуна Оскара Пісторіуса, з дитинства позбавленого обох ніг, але на змаганнях обганяє абсолютно здорових конкурентів, завдяки карбоновим протезів. За оцінками експертів, перший такий «понад людина», кіберорганізмз'явиться ще до 2030 року. Він буде ф изические досконалий, стійкий до хвороб, радіації і екстремальних температур. І при цьому у нього буде мозок людини.
8. Новий статус людини в Інтернеті. Інтернет змінює побут людини. «Всесвітня павутина» стає не тільки майданчиком для отримання інформації та спілкування, а й інструментом реалізації побутових потреб: таких як здійснення покупок, оплата комунальних послуг та ін. Інтернет змінив ставлення людини з державою. Особисте спілкування, персональне звернення до спеціальні служби буде мінімізовано. Подати документи до ВНЗ, викликати швидку, написати заяву в поліцію, оформити паспорт - все це вже сьогодні можливо зробити електронно. Держава і далі буде змушене генерувати послуги через мережу Інтернет. Уже сьогодні електронний документообіг по всій країні - найважливіший пріоритет Міністерства зв'язку і масових комунікацій РФ. Потрібно говорити і про новий статус людини в світі інтернет-технологій. Доступ в мережу стане цивільним правом кожної людини, буде свято охоронятися і контролюватися законом поряд з іншими громадянськими свободами. Це недалеке майбутнє. Так, змінюється поняття демократії в суспільстві. Для волевиявлення громадян більше не потрібні спеціальні майданчики, трибуни, ЗМІ. У зв'язку з цим стане і мінімум анонімності. Розкоші міняти паролі і заводити акаунти під неіснуючими іменами, залишати їдкі коментарі під шапкою-невидимкою - швидше за все не стане. Логін / пароль для входу в мережу можуть стати засобом ідентифікації особистості, а до нього будуть прив'язані його реальні паспортні дані. Причому, швидше за все це буде не насадження «зверху», як спроба цензури і контролю. А бажання самого суспільства, потреба «знизу». Оскільки чим більше життя в інтернеті буде реальною, тим більше прозорості захочеться його користувачам. Репутація людини в житті буде визначати його репутацію і в глобальній мережі, придуманих біографій не буде. Визначивши дані людини, мережа сама буде створювати фільтри і пропуски надають допуск інформацією по віковим обмеженням, до приватної інформації, до різних сервісів відповідно до платоспроможністю і навіть соціальної благонадійністю.
9. Зміни ринку праці і сфери освіти. Активне проникнення мережевих технологій та інтернету приведуть до змін на ринку праці та у сфері освіти. Інтернет вже перетворився в глобальний і ключовий інструмент комунікації, він все динамічніше перетворюється з майданчика розваг на майданчик праці. Соціальні мережі, електронна пошта, Skype, інформаційні ресурси, корпоративні сайти і вбудовані в комп'ютер програми прив'язують людей не стільки до конкретного офісу, скільки до самого комп'ютера. А тут вже не важливо, звідки ти їм користуєшся: з роботи, з будинку, з кафе або з узбережжя Індійського океану. Співробітників, що виконують свою роботу дистанційно, буде все більше. І все більше буде офісів в «кишені», тобто віртуальних підприємств, які існують тільки в Інтернеті. Людей, які здобувають освіту дистанційно через нові формати, які надаються мережею Інтернет - теж. Для прикладу, сьогодні в Стенфордському університеті лекцію двох професорів слухають одночасно 25 000 чоловік!
10. Мережа може бути більш «зеленим». Мережеві технології споживають занадто багато енергії, обсяг його зростає, і експерти сходяться на думці, що майбутня архітектура комп'ютерних мереж повинна бути більш енергоефективною. За даними Національної лабораторії Лоренса Університету Берклі кількість енергії, споживаної глобальною мережею, в період з 2000 по 2006 рік подвоїлася (!). Інтернет займає 2% світового споживання електроенергії, що еквівалентно потужності роботи 30ти атомних електростанцій - 30 млрд. Вт. Тенденція до «озеленення» або «екологізації» мережі Інтернет буде прискорюватися в міру зростання цін на енергоносії.
11. Кіберзброя і кібервійни. У розвитку інтернет-технологій і можливостей комп'ютерних мереж є й інша сторона медалі. Починаючи від кіберзлочинів, пов'язаних зі збільшенням в інтернеті електронної комерції, до кібервійни. Кіберпростір вже офіційно визнано п'ятим «полем бою» (таким же як суша, море, повітряний простір і космос). Військово-морські сили США в 2010 році навіть створили кібервойска CYBERFOR, які знаходяться в безпосередньому підпорядкуванні у командування ВМС США. Сьогодні під вірусні атаки хакерів потрапляють не тільки ПК рядових користувачів, але і промислові системи, що управляють автоматизованими виробничими процесами. Шкідливий черв'як може бути використаний в якості шпигунства, а так само диверсій електростанцій, аеропортів та інших підприємств життєзабезпечення. Так, у 2010 році комп'ютерний черв'як Stuxnet вразив ядерні об'єкти Ірану, відкинувши атомну програму цієї країни на два роки назад. Застосування шкідливої \u200b\u200bпрограми виявилося по ефективністю можна порівняти з повноцінною військовою операцією, але при відсутності жертв серед людей. Унікальність цієї програми полягала в тому, що вперше в історії кібератак вірус фізично зруйнував інфраструктуру. Зовсім недавно, 27 березня цього року відбулася найбільша хакерська атака в історії, яка навіть знизила швидкість передачі даних в усьому Інтернеті. Мішенню атаки стала європейська компанія Spamhaus, що займається протидією розсилці спаму. Потужність DDoS-атак склала 300 Гбіт / сек, при тому, що потужності в 50 Гбіт / сек вистачає для того, щоб вивести з ладу інфраструктуру великої фінансової організації. Проблема національної безпеки - один з найважливіших питань, що стоять на порядку денному в розвинених країнах. Нинішня архітектура комп'ютерних мереж таку безпеку забезпечити не може. Тому, індустрія антивірусів / web-захисту та розробки нових технологій по забезпеченню безпеки буде зростати з кожним роком
12. Вихід інтернету і мережевих технологій в космос. На сьогодні мережа Інтернет носить планетарний масштаб. На порядку денному - міжпланетний простір, космічний Інтернет.

Міжнародна космічна станція підключена до мережі Інтернет, що значно прискорює процеси роботи і взаємодії станції з Землею. Але звичайне встановлення зв'язку за допомогою оптиковолоконного або простого кабелю, яке дуже ефективно в земних умовах, неможливо в космосі. Зокрема через те, що не можна використовувати в міжпланетному просторі звичайний протокол TCP / IP (протокол - особливий «мова» комп'ютерних мереж для «спілкування» один з одним).

Дослідницькі роботи зі створення нового протоколу, завдяки якому Інтернет міг би функціонувати і на місячних станціях, і на Марсі, ведуться. Так, один з подібних протоколів називається Disruption Tolerant Networking (DTN). Комп'ютерні мережі з цим протоколом вже були застосовані для зв'язку МКС з Землею, зокрема по каналах зв'язку були відправлені фотографії солей, які були отримані в стані невагомості. Але експерименти в цій сфері тривають.

Інтернет за два з гаком десятка років його розвитку практично не змінювався концептуально і архітектурно. З одного боку, впроваджувалися нові технології передачі даних, з іншого - створювалися нові сервіси, але основна концепція мережі, архітектура комп'ютерних мереж залишаються на рівні 80-х років минулого століття. Зміни не тільки давно назріли, а й життєво необхідні. Оскільки на основі старої архітектури неможливі інновації. Комп'ютерні мережі вже сьогодні працюють на межі своїх можливостей, і те навантаження, яке належить випробувати мереж при такому активному зростанні, вони можуть просто не витримати. Розвиток і впровадження всіх перелічених тенденцій можливо тільки після впровадження нової, більш гнучкої архітектури комп'ютерних мереж. У всьому науковому ІТ-світі це питання №1.

Найперспективніша на сьогодні технологія / архітектура комп'ютерних мереж, яка здатна вивести з кризи, - це технологія програмно-конфігуруються мереж (softweredefinednetwork). У 2007 році співробітниками університету Стенфорда і Берклі був розроблений новий «мову» спілкування комп'ютерних мереж - протокол OpenFlowі новий алгоритм роботи комп'ютерних мереж - ПКС технологія . Її основна цінність в тому, що вона дозволяє уникнути «ручного» управління мережею. У сучасних мережах функції управління і передачі даних суміщені, що робить контроль і управління дуже складним. ПКС-архітектура розділяє процес управління та процес передачі даних. Що відкриває колосальні можливості для розвитку інтернет-технологій, так як ПКС нема в чому нас не обмежує, виводячи на перший план програмне забезпечення. У Росії вивченням ПКС займається Центр прикладних досліджень комп'ютерних мереж.

Нещодавно американський інвестор Майк Маплс повідав про мережеві технології як про бізнес майбутнього, - повідомляє видання Fortune. Маплс почав інвестувати понад 10 років тому. До цього він був приватним підприємцем, тому інвестиції були новим викликом для нього.

Уже в той час він усвідомив, що майбутнє за мережевими технологіями, а не за компаніями в їх звичайному розумінні. Саме тому перші інвестиції були здійснені в тільки що зародилися проекти Twitter і Twitch. Трохи пізніше разом з партнером AnnMiura-Ko були реалізовані проекти Lyft, Okta і багато інших.

На сьогоднішній день Майк Маплс переконаний в наступному:

- Мережі, засновані на програмному забезпеченні, будуть найдорожчим бізнесом і з часом витіснять традиційні компанії

- Мережі можуть в рази поліпшити добробут населення в усіх регіонах світу

- Мережеві компанії будуть стикатися з жорстким опором з боку держав і традиційних компаній

Для підтвердження своїх слів Маплс звертається до історії. Він каже, що створення парового двигуна і залізниці одночасно з появою фондового ринку дозволило бізнесу зробити крок далеко вперед, що, в свою чергу, призвело до стрибка добробуту населення. З 1800 по 2000 роки, стверджує Маплс, реальні доходи населення зросли в середньому в 14 разів, чого раніше не було ніколи за такий відносно короткий період історії.

Раніше великі корпорації мали значні переваги за рахунок обсягів виробництва і значного поділу праці. Однак сьогодні навіть найбільші традиційні корпорації програють мережам, оскільки останні володіють величезною кількістю користувачів, які самі створюють так звані мережеві ефекти, включаючи моментальне просування різних ідей, думок, товарів і послуг.

За прикладами не потрібно далеко ходити. Uber і Lyft є лідерами на ринку приватних перевезень США; Airbnb є лідируючим сервісом по оренді нерухомості, а компанія Apple 10 років тому перевернула уявлення про мобільний телефон.

Зараз ми все вже можемо спостерігати загострюється боротьбу традиційних корпоративних систем з мережевими. Uber і Airbnb піддаються тиску з боку місцевої влади з приводу податків і нібито застосування «неконкурентних» методів конкуренції. Маплс вважає, що все ж розвиток мережевих технологій в підсумку повинно привести до процвітання людей, хоча в проміжних етапах становлення певні галузі реагують на прогрес скороченням робочих місць.

Сектор стандартизації телекомунікацій Міжнародного союзу електрозв'язку (МСЕ-Т) вважає, що до 2020 р повинні з'явитися мережі майбутнього, FN (Future Networks).

Принципова їхня відмінність від сучасних мереж (NGN) в тому, що вони здатні забезпечити нові інфокомунікаційні послуги, які важко реалізувати з використанням наявних мережевих технологій.

З часу, коли на сторінках «ІКС» () були проаналізовані перші дві рекомендації МСЕ-Т - Y.2001 і Y.2011 - щодо нового напрямку розвитку телекомунікацій, мереж наступного покоління, NGN (Next Generation Networks), ці мережі були досить повно стандартизовані в нормативних документах МСЕ-Т (в спеціальній серії Y.2000, присвяченій цим мережам, уже 124 рекомендації *), оператори успішно їх будують і експлуатують **.

Роботи по стандартизації майбутніх мереж FN розпочаті МСЕ-Т в 2009 р Дослідницької комісією SG13 були розроблені перші рекомендації по FN в новій серії рекомендацій МСЕ-Т - Y.3000-3499. В даний час в цій серії випущені вже дев'ять рекомендацій, в стадії обговорення знаходяться ще чотири документа ***. Короткому огляду рекомендацій МСЕ-Т по майбутнім мереж і присвячена стаття.

Завдання і цілі створення майбутніх мереж

В рекомендації Y.3001 описуються основні положення майбутніх мереж і 12 цільових завдань їх створення, які розділені на чотири базових сегмента (рис. 1). Частина завдань, такі, як управління мережею, мобільність, ідентифікація, а також надійність і безпеку, можуть відноситися до декількох сегментах, але на малюнку зображені взаємозв'язку між сегментом і завданнями, що мають до нього найбільше відношення.

сегмент послугхарактеризується тим, що в мережах майбутнього надаватиметься величезна кількість послуг / додатків для задоволення практично будь-яких запитів споживачів. Як очікується, в майбутніх мережах число послуг і їх обсяг будуть рости лавиноподібно. Крім того, передбачається вводити нові послуги без істотних капіталовкладень і збільшення експлуатаційних витрат, забезпечуючи при цьому їх високу надійність і безпеку майбутніх мереж.

сегмент данихпередбачає оптимізацію майбутніх мереж в зв'язку з гігантськими обсягами інформації, що передається і оброблюваної інформації. Під даними розуміється вся інформація, доступна в мережі майбутнього. Також передбачається, що доступ до послуг майбутніх мереж буде легким, швидким і якісним незалежно від місця перебування користувача. Кожна людина в майбутньої мережі отримає свій унікальний адресу, за якою зможе авторизуватися в будь-якій точці світу і отримувати всі необхідні йому послуги.

Екологічний сегмент означає, що мережі майбутнього будуть екологічно безпечні для навколишнього середовища. Їх технічні рішення повинні мінімізувати вплив на екосистему, скоротити споживання матеріалів і енергії.

Соціально-економічний сегмент передбачає вирішення цілого ряду завдань, пов'язаних зі зниженням витрат на забезпечення життєвого циклу послуг і уніфікацією надання широкосмугового доступу до ресурсів майбутніх мереж широким верствам населення, що, в свою чергу, послужить стимулом для розвитку світової економіки та усуне «цифрова нерівність».

мережева віртуалізація

Підтримка віртуалізації ресурсів є найважливішою відмінною рисою мереж FN від мереж NGN. Вона забезпечує логічне поділ мережевих ресурсів між послугами та одночасне спільне використання одного фізичного мережевого ресурсу багатьма віртуальними ресурсами.

Архітектура мережевий віртуалізації для майбутніх мереж, представлена \u200b\u200bв рекомендації Y.3011, містить три рівні (рис. 2). Як і будь-яка мережа зв'язку, мережа FN на першому рівні складається з фізичних ресурсів (комутаторів, маршрутизаторів, ліній зв'язку, систем передачі та ін.), Якими володіють і управляють оператори фізичних мереж. На базі ресурсів фізичних мереж організовуються віртуальні ресурси (смуга пропускання, маршрут передачі, адресний простір і ін.), Якими може керувати відповідний оператор. І вже на основі цих віртуальних мережевих ресурсів для кожної послуги створюється своя віртуальна мережа, яка називається логічно ізольованій частиною мережі, LINP (Logically Isolated Network Partition). Такий поділ дозволяє реалізувати в одній і тій же фізичній мережі кілька послуг з різними вимогами до мережевих ресурсів. При мережевий віртуалізації постачальник і користувач мережевих ресурсів розділені. Це означає, що користувач віртуальної мережі не обов'язково повинен мати власні фізичні мережеві ресурси. Це дозволяє динамічно додавати й видаляти необхідні ресурси у віртуальній мережі з пулу загальних віртуальних ресурсів у відповідь на що з'являються в ній зміни (збільшення або зменшення обсягу трафіку, поява відмов або збоїв в роботі мережевого обладнання та ін.). Оскільки додавання віртуальних ресурсів здійснюється набагато швидше і економічніше, ніж розгортання додаткового фізичного ресурсу, функціонування та управління в мережах майбутнього більш ефективне і гнучке.

Енергозбереження в майбутніх мережах

Важливістю екологічних питань обумовлено те, що при розробці майбутніх мереж одним з основних завдань стає використання енергозберігаючих технологій. Згідно з рекомендацією Y.3021 зменшити негативний вплив майбутніх мереж на навколишнє середовище можна двома способами.

1. Використовувати можливості майбутніх мереж в областях економіки, не пов'язаних з інфокомунікаційних технологій. Майбутні мережі повинні стати корисним інструментом зниження негативного впливу інших областей економіки на навколишнє середовище. Прикладами такого застосування FN є «розумні» енергомережі smart grid, призначені для розподілу електричної потужності, або всепроникні сенсорні мережі USN, які контролюють зміни екосфери Землі.

2. Знизити негативний вплив на навколишнє середовище самих мереж, зробивши це основоположним принципом мереж майбутнього. Зниження споживання енергії мережевими об'єктами, зокрема маршрутизаторами, комутаторами і серверами, є характерним для екологічно чистих майбутніх мереж.

Усередині майбутніх мереж можна виділити три рівні, кожному з яких відповідають свої технології енергозбереження:

рівень пристроїв - технології, які застосовуються для електронних пристроїв, таких, як великі інтегральні схеми і пристрої, що запам'ятовують;

рівень обладнання - технології, які застосовуються до однієї одиниці обладнання (набору пристроїв), наприклад маршрутизатора або комутатора;

рівень мережі- технології, які застосовуються у всій мережі (наприклад, протокол маршрутизації, який застосовується до кількох маршрутизаторів).

Вимірювання спожитої енергії в майбутніх мережах

В рекомендації Y.3022 задані вимоги до вимірювання енергії, споживаної різними елементами майбутніх мереж. На основі цих вимог визначені еталонна модель вимірювань (рис. 3), функціональна архітектура, метрики енергоефективності та методи вимірювання спожитої енергії елементами мережі (інтерфейсом E інтерфейс, вузлом E вузол, сервером E сервер) і мережею в цілому (E мережу). Для кращого розуміння метрик енергоефективності в інформаційному додатку до рекомендації наводяться описують їх відповідні докладні рівняння

Ідентифікація в майбутніх мережах

В рекомендації Y.3031 описані можливі ідентифікатори (ID) майбутніх мереж для визначення абонентів, користувачів, елементів мережі, функцій, об'єктів мережі, що надають послуги / додатки, або інших сутностей (наприклад фізичних або логічних об'єктів). Наведено ідентифікаційна архітектура майбутніх мереж, яка підтримує унікальний простір ідентифікаторів, забезпечує зв'язок між певними ідентифікаторами, що представляють об'єкти мережі, і надає інформацію про взаємозв'язок між ідентифікаторами при необхідності. Вона також підтримує пошук ідентифікаторів цільових об'єктів мережі для забезпечення їх взаємодії.

Ідентифікаційна архітектура FN з'єднує різні об'єкти комунікацій і фізичні мережі і складається з чотирьох компонентів (рис. 4).

1. Служба розпізнавання ідентифікаторів, Яка виявляє різні типи ідентифікаторів, пов'язані з об'єктами комунікацій.

2. ID-простір, яке визначає і управляє різними видами ідентифікаторів: користувачів, даних або контенту; службові ID, ID вузлів і ID розташування.

3. Реєстри відображення ID, які підтримують відображення зв'язків між різними видами ідентифікаторів.

4. Служба відображення ID, Яка перетворює ідентифікатори однієї категорії в ідентифікатори інших категорій для досягнення безперервного обслуговування на гетерогенних фізичних мережах, таких, як мережі IP версії 6 (IPv6), версії 4 (IPv4) або НЕ IP-мережі, здатні використовувати різні протоколи для передачі пакетів даних.

__________________________________________________________________________

* ITU-T Recommendations Y.2000-Y.2999: Next Generation Networks [електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser\u003dY.

** Мережі наступного покоління / А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, І.В. Шибаєва, С.В. Ваняшин, І.А. Чечнева; під ред. А.В. Рослякова. - М .: Еко-Трендз, 2008. - 424 с.

*** ITU-T Recommendations Y.3000-Y.3499: Future networks [електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.itu.int/ITU-T/recommendations/index.aspx?ser\u003dY.

Закінчення статті в наступному номері «ІКС».

Не можна осягнути неосяжне.

Козьма Прутков

майбутнє Ethernet

Величезні вкладення, зроблені в усьому світі в мережі на базі Ethernet і програмне забезпечення для них, (за статистичними даними, більше 50% всіх локальних мереж в світі використовують Ethernet) штовхають розробників і виробників мережевого устаткування на пошук шляхів продовження його життя. Основний мінус Ethernet сьогодні - повільність. 10 Мбіт / с на сегмент, які треба ще поділити між усіма підключеними комп'ютерами, - в століття відеоконференцій і комп'ютерної графіки це нікого не влаштовує.

Перше рішення, яке з'явилося близько року тому, полягає в тому, що на місце хаба поміщається так званий Ethernet Switch. Зовні ідентичний хабу, Switch має деякі властивості многопортового бриджу. Він використовує те, що більшість пакетів Ethernet явно містять адресу одержувача. Якщо такий пакет буде переданий одержувачу без повідомлення всіх інших абонентів мережі, нічого страшного не станеться - він їм і не призначався. Саме таким чином функціонують бриджі, але у них зазвичай тільки два порти.

Сучасний Ethernet Switch може мати до 16 портів і виробляти передачу пакета між будь-якими двома незалежно від інших. Наприклад, якщо на порт 1 надійшов пакет, одержувач якого підключений до порту 8 (рис. 6), і одночасно з ним на порт 6 надійшов пакет для одержувача на порту 2, то Switch передасть їх обидва одночасно. У разі звичайного хаба це б викликало колізію і пакети повинні були б бути передані послідовно. Пікова пропускна здатність 8-портового Switch-a може досягати 40Мбіт / с, а 16-портового 80 Мбіт / с (4 або 8 одночасно пересилаються пакетів).

Switch дозволяє значно розширити сумарну смугу пропускання мережі, однак він не збільшує теоретичну межу для одного підключення - на кожному з його портів доступні всі ті ж 10 Мбіт / с. До переваг цього рішення слід віднести те, що воно не вимагає заміни мережевих адаптерів в комп'ютерах, заміні підлягає лише хаб. Це означає, що перехід не буде занадто обтяжливий з фінансової точки зору.

Наступне рішення - повнодуплексний Ethernet, який знаходиться на стадії затвердження стандарту, зажадає для свого використання як нового хаба, так і нового мережевого адаптера. Ідея цього методу полягає в тому, що передача пакетів в 10 Base Т Ethernet в комп'ютер і з нього здійснюється по різних проводах. Тому виникає можливість одночасної пересилання двох пакетів, якщо вони йдуть в різних напрямках. Так можна збільшити пропускну здатність мало не вдвічі. (Для традиційного коаксіальногокабелю це, природно, неможливо. Треба сказати, що сьогодні конструкторська думка мало уваги приділяє модифікації системи з коаксіальним кабелем. Увага зосереджена на кручений парі). Перші хаби і адаптери, що використовують цей механізм, повинні з'явитися в найближчі рік - два.

Найбільш революційний підхід, теж розглядається в комітетах по стандартам, пропонує збільшення швидкості передачі в мережах Ethernet з урахуванням кручений пари до 100 Мбіт / с. Це можливо, якщо використовувати провід відповідної якості. У розгляді знаходяться два проекти, по різному підходять до механізму передачі. Хоча тут робота і не так сильно просунута, але потреба ринку в такому рішенні, мабуть, призведе до появи перших промислових зразків в найближчі роки.

Розглянуті приклади можуть викликати здивування - навіщо збільшувати пропускну здатність застарілої мережі? Ще можна зрозуміти, коли таке збільшення не вимагає заміни інтерфейсів в комп'ютерах, але вже якщо їх все одно треба міняти - чому б відразу не використовувати більш швидкісні (і вже існуючі) мережі, FDDI наприклад. Не слід забувати, що крім апаратної можливості передати дані існує ще і програмна сторона - завжди є програми, які власне і передають дані. Багато існуючі програмні засоби написані для протоколу Ethernet і істотно використовують його властивості. Включення підтримки нових протоколів в найближчому майбутньому малоймовірно (попит не дуже великий).

У разі ж затвердження нових видів Ethernet і появи відповідних апаратних засобів, зміни торкнуться насамперед тієї частини, в якій вони (інтерфейси і хаби) спілкуються між собою, та ж сторона, якій вони звернені до комп'ютера і користувачеві не зазнає значних змін (або взагалі не зміниться), дозволяючи використовувати наявні програмні засоби.

АТМ-Asynchronous Transfer Mode

При написанні цієї частини виникли серйозні проблеми - які ж нові мережі слід вибрати для розгляду? При великій кількості вже існуючих і зароджується стандартів - FDDI, Frame Relay, DQDB, SMDS, і ін. - зрозуміла неможливість навіть короткого опису їх всіх в цьому огляді, який ми зовсім не планували як довідник. Які ж тоді вибрати?

Зрештою було вирішено зупинитися на АТМ, по-перше, через принципово нових підходів, які використані при її розробці, по-друге, через ту роль, яку вона повинна зіграти в перетворенні світу локальних мереж, і, нарешті, через те, що вона схоже вже отримала свій "вотум довіри", а виробники кинулися наввипередки в оголошеннях нових і нових продуктів і розробок (а потенційні покупці задоволено потирають руки.).

АТМ (Asynchronouns Transfer Mode) зародилася в лабораторіях АТ & Т ще в 1980р. як технологія, здатна забезпечити передачу різних видів інформації (в той час - телефонний сигнал і дані). Довгий час АТМ розвивалася як базовий рівень для Broadband ISDN (Broadband ISDN - стандарт телекомунікаційної мережі, призначеної для передачі різнорідних даних з дуже високими швидкостями (сотні Мбіт / с). На відміну від Primary Rate ISDN (до 2-х Мбіт / с) і Basic Rate ISDN (144 Кбіт / с), які широко поширені вже зараз, Broadband ISDN повинна набути поширення до середини 90-х у міру розвитку технології і потреб абонентів телекомунікаційних мереж.), однак зараз є цілком самостійною технологією. Створено і активно займається розвитком АТМ і стандартизацією інтерфейсів спеціальний комітет - АТМ Форум.

Структура АТМ досить проста (рис. 7), в основі її лежить мережу з АТМ Switch-їй (в найпростішому випадку він може бути один), з'єднаних між собою високошвидкісними (зазвичай оптоволоконними) каналами зв'язку. Мережа АТМ Switch-їй вдає із себе високошвидкісний комутатор для пакетів, що надходять із зовнішніх інтерфейсів від зовнішніх пристроїв - бриджів, Рутер, окремих комп'ютерів або іншого обладнання.

У чому ж привабливість АТМ? Всі існуючі зараз локальні мережі - Ethernet, Token Ring, FDDI і інші - поділяють один недолік: вони всі мають фіксовану смугу пропускання. Для Ethernet вона складає 10 Мбіт / с, для Token Ring - 4 або 16 Мбіт / с, для FDDI - 100 Мбіт / с. Всі користувачі мережі ділять між собою цю смугу і підключення нових неминуче веде до зменшення частки, що припадає на кожного. Не так в АТМ, тут підключення нового користувача анітрохи не погіршує положення - кожен отримує в своє розпорядження інтерфейс з гарантованою смугою пропускання (типово -100-150 Мбіт / с, але може бути і менше і значно більше), яка не залежить від активності інших користувачів. Це досягається тим, що швидкість комутації пакетів в АТМ Switch на 1-2 порядки перевищує швидкість інтерфейсів, досягаючи одиниць і десятків Гбіт / с.

Такі високі швидкості комутації стали можливі як завдяки розвитку технології, так і нетрадиційного підходу до інкапсуляції даних в пакети. АТМ використовує пакети (в термінології АТМ - cell, осередок) невеликого і фіксованого розміру - 53 байта, з яких 5 байт відводяться під службову інформацію і 48 - під дані. Використання пакетів фіксованої довжини дозволяє значно спростити алгоритми буферизації в мережевий апаратури і використовувати буфера фіксованого розміру. Спрощення ж алгоритмів буферизації дозволяє реалізувати їх апаратно, багаторазово підвищуючи продуктивність.

Слід зазначити, що, хоча пакети фіксованої довжини і зручні, дозволяючи досягати високої швидкості передачі, однак існуючі сьогодні протоколи, як високого рівня - TCP / IP, так і низького, наприклад, Ethernet, використовують пакети змінної довжини. Тому приєднання до АТМ існуючих мереж вимагає, щоб відповідні пристрої - бриджі та Рутер - забезпечували розбиття і складання пакетів. Тим самим вони повинні взяти на себе значну частину навантаження, дозволяючи АТМ Switch-ам ефективно працювати. Іншим наслідком використання пакетів малого фіксованого розміру є невеликі і добре передбачувані затримки пакетів в мережі. Це саме те вимога, яка пред'являється до мережі передачі додатками, що використовують, аудіо або відео інформацію. АТМ - фактично перша мережа, яка здатна дійсно повноцінно забезпечити підтримку додатків, що використовують Multimedia.

Більш того, АТМ здатна в майбутньому замінити численні комунікаційні мережі, існуючі зараз. Володіючи величезною пропускною спроможністю і будучи відмінно пристосованої для передачі різних видів інформації (аудіо, відео, факс, дані, і т.д.), АТМ здатна об'єднати в собі як існуючі телефонну і комп'ютерні мережі, так і виникають комунікаційні структури для проведення телеконференцій і багато інше.

Крім вирішення найгострішої проблеми недостатньої пропускної здатності сучасних мереж, АТМ дає також кошти для спрощення іншої задачі - переконфігурації мережі. У сучасних мережах логічні і фізичні структури тісно пов'язані. Зміна фізичної структури - наприклад, переїзд частини відділу в нове місце, - тягне за собою зміну і логічної структури: створення нової підмережі, перепризначення мережних адрес, переконфігурацію Рутер, визначення нових прав доступу і т.д. В тій чи іншій формі ці проблеми характерні для всіх сучасних локальних мереж.

АТМ визначає так звані віртуальні з'єднання - логічні зв'язки між підключеними до АТМ мережами. Дві або більше мережі, підключених до АТМ через бридж (рис. 8), утворюють логічно одну мережу, не помічаючи присутності Switch-a між ними.

Тим самим логічна структура мережі виявляється незалежною від географічного розташування складових її частин. Адміністратор мережі отримує можливість створювати логічні мережі, практично ніяк не обмежені реальним фізичним розташуванням складових їх елементів.

За оцінками експертів, перший час установки АТМ будуть здійснюватися в рамках локальних мереж, як правило, в якості Backbone, де АТМ замінить FDDI і "товстий" Ethernet, хоча немає ніяких перешкод і для підключення окремого комп'ютера, і для використання АТМ як глобальної мережі . В майбутньому АТМ обіцяє взагалі стерти грань, що розділяє локальні і глобальні мережі сьогодні.