Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

7.5.5. Эволюция интернета

Как было упомянуто в главе 1, интернет прошел довольно причудливый исторический путь, возникнув в ходе осуществления научно-исследовательского проекта, над которым работали несколько десятков американских университетов по договору с агентством ARPA. Трудно даже определить, когда именно он появился. Возможно, это произошло 21 ноября 1969 года, когда была установлена связь между двумя узлами ARPANET, расположенными в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) и в Исследовательском институте Стэнфорда (SRI)? Или это случилось 17 декабря 1972 года, когда к ARPANET подключилась гавайская сеть AlohaNet, образовав тем самым интерсеть? Или, быть может, интернет появился 1 января 1983 года, когда ARPA официально утвердила протокол TCP/IP? А возможно, он возник в 1989 году, когда Тим Бернерс-Ли предложил создать то, что впоследствии стало Всемирной паутиной? Сложно сказать. Однако ни у кого нет сомнений, что со времен становления сети ARPANET и первых зачатков Всемирной паутины интернет подвергся огромным изменениям, значительная часть которых была обусловлена повсеместным распространением CDN и облачных вычислений. Ниже мы кратко рассмотрим этот процесс.

На илл. 7.48 представлена базовая модель сети ARPANET и первой версии интернета. Она включает в себя три типа компонентов:

1. Хосты (компьютеры, выполняющие определенную работу для пользователей).

2. Маршрутизаторы (которые в ARPANET обозначались как «IMP»), производящие коммутацию пакетов.

Илл. 7.48. В первой версии интернета использовались главным образом двухточечные соединения

3. Линии передачи (изначально выделенные телефонные линии со скоростью 56 Кбит/с). Каждый маршрутизатор был подключен к одному или нескольким компьютерам.

Концептуальная модель исходной архитектуры интернета строилась главным образом на базовой идее двухточечной коммуникации. Все компьютеры (хосты) рассматривались как равноправные узлы (хотя некоторые были намного мощнее других), и любой из них мог отправлять пакеты любому другому, поскольку каждый компьютер имел уникальный адрес. С появлением протокола TCP/IP длина этого адреса стала составлять целых 32 бита, что в то время казалось бесконечно большим размером. Сегодня он кажется ничтожно малым. В качестве модели передачи использовалась простая дейтаграммная система без сохранения информации о состоянии клиента, где каждый пакет содержит свой адрес назначения. После прохождения через маршрутизатор пакет уже не отслеживался. Маршрутизация производилась переходами. Путь пакета определялся в зависимости от указанного в нем адреса назначения и того, какую линию передачи следовало использовать для этого адреса согласно таблицам маршрутизатора.

Положение стало меняться, когда интернет вышел за рамки академической среды и приобрел коммерческий характер. Это привело к созданию магистральных сетей со сверхскоростными каналами, администрируемых такими крупными телекоммуникационными компаниями, как AT&T и Verizon. Каждая компания использовала собственную магистральную сеть, однако они связывались друг с другом через точки пирингового обмена. Появились интернет-провайдеры, взявшие на себя задачу подключения к интернету домашних пользователей и предприятий, а также региональные сети, соединявшие провайдеров с магистральными сетями (см. илл. 1.17). Следующим шагом стало появление общенациональных интернет-провайдеров и CDN (см. илл. 1.18).

В главе 1 мы отмечали, что появление облачных вычислений и сверхбольших CDN привело к новым изменениям в структуре интернета. Такие компании, как Amazon и Microsoft, сегодня используют облачные центры обработки данных, включающие сотни тысяч размещенных в одном здании компьютеров, что позволяет их пользователям (обычно это крупные компании) буквально за считаные секунды выделить для своих задач 100, 1000 или 10 000 компьютеров. Во время большой распродажи в так называемый киберпонедельник (понедельник после Дня благодарения) компания Walmart может выделить 10 000 компьютеров для обработки возросшей нагрузки, просто автоматически запросив их у своего облачного провайдера; они будут предоставлены буквально через несколько секунд. После возвращения к нормальному режиму во вторник эти мощности можно будет вернуть назад. Почти все крупные компании, имеющие дело с миллионами пользователей, используют облачные сервисы, чтобы практически мгновенно увеличивать или уменьшать свои вычислительные мощности по мере необходимости. Как мы уже говорили, дополнительным преимуществом облачных сервисов является достаточно хорошая защита от DDoS-атак. В силу огромных размеров облако может принять тысячи запросов за секунду, ответить на них и продолжить нормальное функционирование, не позволяя DDoS-атаке достигнуть своей цели.

CDN имеют иерархическую структуру, включающую основной сайт (который может быть продублирован два или три раза для надежности) и множество размещенных по всему миру кэшей для контента. Когда пользователь запрашивает контент, он доставляется из ближайшего кэша. Это позволяет снизить величину задержки и распределить рабочую нагрузку. Первая крупная коммерческая CDN от компании Akamai содержит более 200 000 узлов кэша в более чем 1500 сетях, охватывающих более 120 стран. Аналогично CDN от компании CloudFlare сегодня включает в себя кэширующее оборудование в более чем 90 странах. Поскольку обычно узлы кэша CDN находятся рядом с офисом интернет-провайдера, пересылка данных между CDN и провайдером осуществляется по сверхбыстрому оптоволоконному каналу, длина которого может составлять всего 5 м. В силу новых реалий архитектура интернета приобрела вид, показанный на илл. 7.49: основная часть трафика — это обмен данными между сетями доступа (например, региональными) и распределенной облачной инфраструктурой (CDN или облачными сервисами).

Илл. 7.49. Большую часть интернет-трафика сегодня составляет трафик облачных сервисов и CDN; при этом сети доступа и интернет-провайдеры активно обмениваются трафиком через частные линии подключения

Пользователи отправляют крупным серверам запросы на выполнение определенных действий, после чего серверы выполняют эти запросы, создавая веб-страницу, отражающую результаты их действий. Вот некоторые примеры таких запросов:

1. Купить продукт в интернет-магазине.

2. Получить электронное письмо от почтового сервиса.

3. Выдать банку платежное поручение.

4. Произвести потоковую передачу песни или фильма на устройство пользователя.

5. Обновить страницу в Facebook.

6. Отобразить статью онлайн-версии газеты.

Этой модели соответствует почти весь трафик современного интернета. Стремительное распространение облачных сервисов и CDN полностью перевернуло традиционную клиент-серверную модель интернет-трафика, при которой клиент получал контент или обменивался им с одним сервером. Сегодня подавляющее большинство контента и коммуникаций обслуживается распределенными облачными сервисами; многие интернет-провайдеры направляют им большую часть своего трафика. В наиболее развитых регионах просто нет необходимости в том, чтобы пользователи получали доступ к огромным объемам контента, используя транзитную инфраструктуру большой протяженности. CDN разместили популярный контент ближе к пользователям. Часто это означает и малую географическую удаленность, и доступ через прямую линию подключения от интернет-провайдера. Таким образом, все больше контента доставляется по CDN, которые либо напрямую подключены к сетям доступа по частным соединениям, либо даже имеют в них собственные узлы кэша.

Магистральные сети позволяют многим облачным сервисам и CDN связываться друг с другом через точки пирингового обмена, если между ними