Целевые установки «Будущего Интернета»

В предыдущей статье [7] было сказано о движении “Future Inter­net”, начало которому положила статья Дейва Кларка [1]. В статье Дейв заявил: «Пришло время начать все с чистого листа». И началось. “Future Inter­net” стартовал в 2007 г. Были открыты программы GENI и FIND в Америке, AKARI в Японии, годом позже FIF в Южной Корее, множество проектов в рамке FP7-ICT в Европе. В 2010 г. в гонку за лидерами включились Китай, Бразилия, Индия и еще 12 стран. К настоящему времени в движении “Future Inter­net” принимают участие все профильные научные центры и компании развитых стран и многие из развивающихся стран за исключением России.

В начале было «Слово…»

И «Слово» было сказано. Следуя известному сценарию, следующим действием должно было стать отделение «света от тьмы». И тут возникли вопросы: что есть «свет»? И как правильно отделить его от «тьмы»? И как часто это бывает, вопросы уперлись в методологию их постановки и поиска на них ответов.

«С чистого листа»

Всепобеждающим желанием стало изобрести Интернет заново. И в угоду желаний было создано несколько инициатив [2, 3], которые последовали этому подходу.

Соединенные Штаты выделили средства из государственного бюджета на два проекта: создания глобальной среды для сетевых инноваций (GENI, Glob­al Envi­ron­ment for Net­work Inno­va­tions) и разработки будущего Интернета (FIND, Future Inter­net Design).
В Японии стартовал проект Akari [4], цель которого — создание «нового поколения сетевой архитектуры.
В Европе стартовал проект Future Inter­net Research and Exper­i­men­ta­tion (FIRE) в рамках программы технологического развития. Проект был направлен на поиск «новых и принципиально лучших технологических решений для будущего Интернета».

Противоположного мнения придерживались сторонники эволюционного развития. В основе развития они предложили использование патчей для устранения проблем при их возникновении. Тезисом эволюционного развития стало утверждение, что «Интернет приобрел полностью коммерческих характер, и инвестиции определяют необходимость эволюционного подхода к его развитию». Вложенные в инфраструктуру Интернета многомиллиардные инвестиции должны быть сохранены. Точка. Любые «подрывные» технологии могут использоваться как наложенные сети и не должны конкурировать с существующей инфраструктурой. Именно об этом предупреждал Дейв Кларк в своей статье, говоря о недостатках Интернета и об их препятствовании инновациям.

За работу

Тем временем сторонники «чистых листочков» принялись изобретать. Для этого им необходимо было найти решения следующих задач по обеспечению:

• достоверной идентификации и надежного подтверждения подлинности для всех пользователей независимо от национальности или территории;
• конфиденциальности и целостности сетевого трафика;
• устойчивости сети к внутренним и внешним атакам;
• надежного и эффективного движения сетевого трафика;
• надежной доставки трафика видео и аудио, без «заиканий»;
• справедливого использования сетевых ресурсов во время пиковых нагрузок;
• гарантированного доступа к критическим услугам на сети.

Для решения перечисленных задач необходимо значительно улучшить технологии маршрутизации и управления перегрузками, преодолеть ограничения по масштабированию производительности, снизить затраты на создание и поддержание сетевой инфраструктуры.

Анализ проблем и поиск их решений привел к выработке новых требований к сети в виде целевых установок [5]. К таковым относят:

• осведомленность об услугах, когда услуги сети соответствуют потребностям существующих и будущих приложений и не потребуют увеличения эксплуатационных затрат. Ожидается, что количество и выбор услуг в будущем будет расти [6];
• осведомленность о данных, когда сеть способна обрабатывать огромные объемы в распределенной среде и обеспечивать пользователям, независимо от их местоположения, возможность безопасного, простого, быстрого и точного доступа к необходимой информации;
• осведомленность об окружающей среде, которая включает минимизацию расходов материалов, энергопотребления, снижение выбросов парниковых газов;
• осведомленность в социально-экономических вопросах, в целях снижения барьеров (стоимости) для входа участников сетевой экосистемы.

Новые требования послужили основанием для выработки рекомендаций для новой сети.

Разнообразие услуг

Поддержка разнообразных услуг заключается в приспособлении для передачи трафика с широким выбором характеристик и свойств. В будущем появятся различные новые услуги и приложения, имеющие различные характеристики (ширина полосы и время ожидания) и свойства трафика (безопасность, надежность и мобильность). Потребуется эффективное управление услугами с широким диапазоном характеристик трафика услуги:

• со случайной передачей нескольких байтов данных;
• с пропускной способностью в несколько гигабит или терабит в секунду и более высокой;
• использующий очень низкую пропускную способность;
• с необходимой сквозной задержкой, близкой к задержке распространении в среде передачи;
• осуществляющий прерывистую передачу данных с очень большой задержкой.

Потребуется поддержание огромного количества и широкой номенклатуры оконечных устройств, чтобы добиться всеохватывающей коммуникационной среды.

Функциональная гибкость

Сложно предвидеть потребности пользователей в долгосрочной перспективе. Существующие сети спроектированы в расчете на их универсальность за счет поддержки базовых функций, которые, как ожидается, эффективно удовлетворят большинство будущих потребностей пользователей. Однако, когда базовые функции не обеспечат поддержку некоторых новых услуг, то добавление или изменение базовых функций в уже развернутой сетевой инфраструктуре приведет к сложным задачам развертывания, которые необходимо тщательно планировать. В противном случае это добавление или изменение может оказать воздействие на другие услуги, которые предоставляются в рамках той же сетевой инфраструктуры.

Ожидается, что новая сеть обеспечит динамическое изменение сетевых функций. Возможна реализация новых протоколов для новых типов услуг, включая совместное функционирование услуг в рамках единой сетевой инфраструктуры без создания ими взаимных помех. Следует предусмотреть возможность предоставления экспериментальных услуг для целей тестирования и оценки, что позволить переходить от экспериментальных услуг к развернутым, уменьшая время их развертывания.

Виртуализация ресурсов

Виртуализацию ресурсов сети используют, чтобы один ресурс мог одновременно совместно использоваться многими виртуальными услугами, при этом сам виртуальный ресурс должен изолироваться от всех остальных.

Применение виртуализации ресурсов направлено на повышение эффективности использования физических ресурсов при условии исключения взаимных помех между несколькими виртуальными сетями. Это может позволить одновременно работать различным сетевым технологиям на одном физическом ресурсе. Свойство абстрагирования позволяет обеспечивать стандартные интерфейсы для доступа и управления виртуальной сетью и ресурсами и помогает поддерживать обновление возможностей виртуальных сетей.

Доступ к данным

Телефонные сети соединяли двух или более абонентов, позволяя им обмениваться информацией. Сети IP проектировались для передачи данных между точно определенными терминалами. С точки зрения пользователя, сети необходимы, главным образом, как средство доступа к данным.

В будущем значение доступа к данным сохранится, поэтому крайне важно, чтобы новая сеть обеспечивала пользователю средства, позволяющие легко и без трудоемких процедур осуществлять доступ к соответствующим данным и при этом предоставляющие точную и правильную информацию. Будущая сеть должна обеспечить эффективное управление огромными объемами данных независимо от их местоположения.

Доступ пользователя к данным осуществляется с помощью традиционных процедур, т. е. идентификации адреса и номера порта хоста, который предоставляет целевые данные. Необходимы простые, эффективные и защищенные технологии сетевого взаимодействия, предназначенные для управления огромными объемами данных. Объем и свойства цифровых данных в сетях меняются.

Энергопотребление

Энергосбережение имеет значение для эксплуатации сети, а его снижение главным образом достигалось на уровне устройства, т. е. за счет применения ИС, обеспечивающих миниатюризацию, и процесса интегрального исполнения электрических устройств. Этот подход сталкивается с трудностями, такими как высокая потребляемая мощность в ждущем режиме и физические ограничения по рабочей частоте. В будущем крайне важным будет использование не только методов на уровне устройства, но и на уровне оборудования и сети.

Универсализация услуг

Существующая сетевая среда ставит высокие барьеры для входа как производителям при разработке оборудования, так и операторам при предоставлении услуг. Будущая сеть должна повысить универсализацию услуг и содействовать развитию и развертыванию сетей и предоставлению услуг. С этой целью Будущая сеть должна поддерживать открытость посредством глобальных стандартов и простых принципов проектирования, чтобы снизить стоимость жизненного цикла сети и сократить так называемый “цифровой разрыв”.

Экономические стимулы

Многие технологии не получили широкого использования и не смогли стать успешными или устойчивыми в связи с несовершенными и ненадлежащими решениями создателей. Такие провалы возникали по причине того, что технологии не обеспечивали механизмы стимулирования добросовестной конкуренции. В связи с этим при проектировании и реализации требований, архитектуры и протокола Будущей сети необходимо уделить внимание социально-экономическим аспектам, экономическим стимулам для обеспечения различным участникам устойчивой конкурентной среды.

Управление сетью

Для эффективной эксплуатации, обслуживания и предоставления все большего числа услуг и объектов Будущая сеть должна собирать и обрабатывать большие объемы данных и информации, а затем эффективным и действенным способом преобразовывать эти данные в соответствующую информацию и знания для оператора. Вследствие объединения возможностей сбора и обработки данных под влиянием Интернета вещей, “умных” электросетей, облачных вычислений и других аспектов происходит внедрение нетрадиционного сетевого оборудования на сетях, что приводит к увеличению числа показателей управления сетью и усложняет критерии оценки.

Одна из проблем заключается в том, что системы эксплуатации и управления осуществлялись конкретно для каждого компонента сети. Рост числа неупорядоченных компонентов, управление которыми осуществляется в отсутствие определенных правил, повышает сложность и эксплуатационные затраты.
Другая проблема состоит в зависимости системы эксплуатации и управления от людских навыков оператора сети.
По этой причине Будущая сеть должна обеспечивать высокоэффективные системы эксплуатации и управления с помощью интегрированных интерфейсов управления, чтобы даже неопытный оператор, не имеющий специальных навыков, мог управлять крупномасштабными и сложными сетями при поддержке автоматизированной системы управления.

Мобильность

В Будущих сетях должная осуществляться поддержка архитектуры распределенных узлов доступа с высокой степенью масштабируемости. Мобильность, как возможность изменения порта подключения без нарушения соединения, должна стать базовым элементов сети.

Оптимизация

Широкополосный доступ должен способствовать появлению различных услуг с разными характеристиками, такими как: ширина полосы, задержка и т. д. Существующие сети проектировались для удовлетворения наивысшего уровня требований к этим услугам при максимальном числе пользователей, а пропускная способность оборудования, которое предусматривалось для этих услуг, как правило, излишне подробно определялась для большинства пользователей и услуг.
В Будущей сети следует оптимизировать пропускную способность сетевого оборудования, а также осуществить оптимизацию в рамках сети с учетом различных физических ограничений сетевого оборудования.

Идентификация

Мобильность и доступ к данным требуют обеспечения эффективной и масштабируемой идентификации (и наименования) для большого числа сетевых коммуникационных объектов (хостов и данных). Не существует широко используемых идентификаторов, которые могут использоваться при идентификации данных. Следовательно, для обеспечения эффективного сетевого взаимодействия хостов и данных в Будущей сети эти вопросы следует разрешить путем определения новой структуры идентификации. В этих сетях должно обеспечиваться динамическое сопоставление идентификаторов данных и хостов.

Надежность и безопасность

Будущая сеть должна служить в качестве ключевой инфраструктуры, поддерживающей социальную деятельность человека, она должна предоставлять любой тип услуг, предназначенных для решения важнейших задач, таких как: интеллектуальное управление трафиком (дорожным, железнодорожным, авиационным, морским и космическим), “умные” электросети, электронное здравоохранение, электронная безопасность и электросвязь в чрезвычайных ситуациях, обеспечивая при этом их целостность и надежность.

Валов Сергей Геннадьевич
Щербакова Екатерина Сергеевна

Литература

1. David D. Clark. The Inter­net is bro­ken. MIT Tech­nol­o­gy Review, 2005.
2. Future Inter­net Design Prin­ci­ples, EC FIArch Group, 2012.
3. 4WARD – Archi­tec­ture and Design for the Future Inter­net. Objec­tive FP7-ICT-2007–1‑216041/D‑2.3.1, Project 216041.
4. Future Inter­net Research and Exper­i­men­ta­tion: Vision and sce­nar­ios 2020, Final Deliv­er­able D1.1, Ampli­FIREF­P7-ICT, Grant Agree­ment: 318550.
5. Рекомендация МСЭ‑T Y.3001 “Будущие сети: целевые установки и цели проектирования”, 05/2011.
6. Валов С.Г. и др. Инфокоммуникационные сети будущего: “Контентология” услуг. Вестник связи, 2003, № 3.
7. Валов С.Г. Импортозамещение: копировать или придумывать? Вестник связи, 2015, № 1.