Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 67

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.

У 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.

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».

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.

Развивая 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.

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.

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.