Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

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.

Небольшая горстка поставщиков услуг транзита (transit providers), включая AT&T и Level 3, контролирует крупные международные опорные сети с тысячами маршрутизаторов, соединенных высокоскоростными оптоволоконными линиями связи. Их также называют tier-1-операторами8 (tier-1 operators). Они не платят за транзит трафика и формируют опорную сеть интернета, поскольку все остальные должны подключаться к ним для доступа ко всему интернету.

Серверы компаний, предоставляющих большое количество контента (например Facebook или Netflix), располагаются в центрах обработки данных, или дата-центрах (data centers), с хорошим соединением со всем остальным интернетом. Эти центры проектируются в расчете на размещение компьютеров, а не людей и могут содержать бесчисленные стойки с машинами. Подобные инженерные системы называются фермой (или «парком») серверов (server farm). Предоставляемые дата-центрами услуги колокейшн, или хостинга, позволяют потребителям размещать оборудование (например, серверы) в точках присутствия ISP для обеспечения коротких и быстрых соединений между этими серверами и опорной сетью ISP. Индустрия интернет-хостинга все сильнее виртуализируется, так что аренда работающей на сервере виртуальной машины вместо установки реального компьютера стала обычным делом. Центры обработки данных настолько велики (сотни тысяч или миллионы машин), что основная статья их расходов — электричество. Поэтому иногда их специально строят в местах с дешевым электричеством. Например, компания Google построила дата-центр за $2 млрд в городке Те-Деллс (штат Орегон) из-за его близости к громадной гидроэлектростанции на могучей реке Колумбии, снабжающей его дешевым, экологически чистым электричеством.

Традиционно архитектура интернета считается иерархической; наверху находятся операторы tier-1, другие сети — ниже на один или несколько уровней, в зависимости от того, идет ли речь о больших региональных сетях или о меньших сетях доступа (как показано на илл. 1.17). Впрочем, за последнее десятилетие

Илл. 1.17. Архитектура интернета на протяжении 1990-х была иерархической

эта иерархия существенно эволюционировала и резко «схлопнулась», как видно на илл. 1.18. Импульсом для этой реорганизации послужило появление «сверхгигантских» поставщиков контента, включая Google, Netflix, Twitch и Amazon, а также крупных, распределенных по всему миру CDN, таких как Akamai, Limelight и Cloudflare. Они снова поменяли архитектуру интернета. В прошлом этим компаниям пришлось бы использовать транзитные сети для доставки контента местным