Модернізація Інтернету - шлях збільшення
числа користувачів IPv 4 в 1000 разів
Сергій Закурдаев,
незалежний експерт
В даний час Інтернет визнана основним інформаційним ресурсом при переході до Інформаційного суспільству, всі користувачі якого (потенційно це майже всі жителі Землі) повинні матиме, незалежно від місця проживання, можливість зв'язку з будь-яким іншим користувачем, і також здійснити доступ до всіх громадських інформаційних ресурсів .
Число користувачів Інтернет обмежена, перш за все, довжиною IP-адреси (32 біт), а також наявністю різних мереж: 126 мереж Класу А по 16 777 124 IP-адреси, 16 382 мереж Класу В за 65534 IP-адреси і 2097150 мереж Класу З по 512 IP-адрес,
При цьому 76% IP-адрес використовуються в США (дані 2006р.) І часто не цілком ефективно, тому що багато великих компаній США є власниками мереж Класу А і, природно, не можуть використовувати IP-адреси в повному обсязі. (За оцінками експертів кількість доступних IP-адрес може бути вичерпано вже в 2011р.).
В даний час число жителів Землі перевищує 6 млрд., внаслідок цього функціонування Інформаційного суспільства в майбутньому на базі Інтернет буде утруднено, тому вже багато років стоїть питання про його модернізації.
При цьому основною умовою модернізації Інтернету, з метою збереження вкладених багатомільярдних інвестицій, повинна бути вимога збереження його інфраструктури, - опорної мережі (backbone), що складається з безлічі маршрутизаторів, пов'язаних між собою каналами зв'язку і функціонуючих по протоколах маршрутизації на базі стека протоколів TCP / IP .
Це можливо зробити з урахуванням того, що в абонентських мережах Ethernet використовується двоступенева система адресації: це виділений даному користувачеві мережеву IP-адресу (32 біт), пов'язаний з місцем знаходження його комп'ютера в мережі, який тимчасово пов'язують із фізичним МАС-адресою (48 біт ) мережевої карти (NIC) абонентської комп'ютера мережі Ethernet, що відбивається в ARP-таблицях, що створюються на базі протоколу ARP (Address Resolution Protocol) і знаходяться в кожному вузловому комп'ютері Інтернет.
Звідси видно, що існує потенційна можливістю збільшення числа користувачів Інтернет шляхом використання адресації комп'ютерів у мережі Ethernet тільки на фізичному рівні а для маршрутизації в Інтернет використовувати один (груповий) IP-адресу, який буде надано кожній Локальної Мережі Нового Покоління (ЛСНП).
При цьому мережі всіх Класів (А, В і С) Інтернету також можуть стати опорними мережами, в яких будуть реалізовані всі існуючі протоколи маршрутизації для об'єднання всіх ЛСНП (рис.1).
Сучасні локальні мережі вже здійснили перехід до повністю комутацією каналів на базі комутаторів (що повністю виключило колізії) і були організовані для роботи за схемою «клієнт-сервер», проте, сама структура мережі все ще не була оптимізована для даної роботи і вимагало застосування процедур управління потоком (стандарт 802.3х).
У процесі створення локальних мереж Нового Покоління (ЛСНП) буде здійснено перехід до оптимального варіанту організації мережі за схемою «клієнт - сервер», коли кожному користувачеві може бути наданий виділений дуплексний канал Ethernet з вибором швидкості передачі 1/10/100Мбіт/с для зв'язку з сервером (кластером серверів-лез) залежно від типу реалізованих Інформаційних технологій (IT) в даній мережі.
При цьому можуть бути організовані два режими роботи:
- Режим «клієнт-сервер» для реалізації інформаційних технологій (ІТ), відповідних призначенням даної локальної мережі, в т.ч. реалізації режиму «відео на вимогу», а також широкосмуговий доступ в Інтернет,
- Режим «клієнт-сервер-клієнт» для організації різних типів зв'язків між клієнтами даної мережі, в т.ч. відеозв'язок між двома користувачами, відеоконференцзв'язок між виділеним колом користувачів і відеовещаніе для всіх користувачів.
Ці нові можливості можуть бути досягнуті шляхом використання нового класу пристроїв - сімейства комутуючих мультиплексорів (патент РФ № 2159511, 1999р.), Кожен з яких дозволяє, з одного боку, мультиплексувати кадри Ethernet, що надходять до сервера по 10 дуплексним каналах зі швидкістю СМбіт / с , в один дуплексний канал зі швидкістю передачі 10СМбіт / с (де С = 1, 10, 100), а з іншого боку - комутувати (ретранслювати) в 10 вихідних каналів кадри Ethernet, що надходять по одному каналу від сервера, на їхню ієрархічним МАС - адресами.
Всі абоненти ЛСНП за допомогою Сервера зможуть реалізувати всі види інформаційних технологій, а також забезпечити інформаційну взаємодію один з одним і захищений доступ до Інтернету для реалізації технологій VoIP та IPTV.
Масштабування ЛСНП на 10/100/1000 абонентів досягається її 3-х рівневої ієрархічною структурою: 10 абонентських комп'ютерів з'єднуються з одним комутуючим мультиплексором 1-го рівня (КМ1), далі 10 КМ1 з'єднуються з одним комутуючим мультиплексором 2-го рівня (КМ2), а 10 КМ2 - з одним комутуючим мультиплексором 3-го рівня (КМ3), який, у свою чергу, з'єднується із сервером.
При цьому використовується МАС-адресу ієрархічної структури: локальна частина (12 біт), що складається з 3-х ступенів - тетрад (по 4 біт кожна), прив'язана до місця розташування абонентів в мережі, а єдина для всіх адрес глобальна частина (46 біт) не обробляється в локальній мережі.
В існуючих комутаторах, по кожному порту організовуються динамічні таблиці МАС-адрес приєднуються абонентських комп'ютерів, а ретрансляція кадрів в один з вихідних портів здійснюється за допомогою мікропроцесорів, спеціального ПЗ і замовлених мікросхем (ASIC) з аналізу МАС-адреси призначення прийнятого кадру і таблиць МАС- адрес.
У комутуючих мультиплексорах (Рис.2) перераховані вище компоненти і таблиці МАС-адрес відсутні, а ретрансляція кадрів з вхідного порту проводиться в один з 10 вихідних портів, номер якого визначається шляхом декодування 4-х розрядного коду відповідної тетради локальної частини МАС-адреси призначення прийнятого кадру (для КМ1 - значенням першого тетради , для КМ2 - другий тетради, для КМ3 - третій тетради), при цьому мультиплексування кадрів висхідного (до Сервера) потоку реалізуються з дисципліни «Першим прийшов - першим вийшов» (FIFO), - і всі ці процеси організується допомогою однієї Інтегральною Схеми з програмованою Логікою - ПЛІС (FPGA).
Все це дозволяє реалізувати роботу комутуючих мультиплексорів за схемою «Plug and Play» (Включив - і Запрацювало), що різко здешевлює та спрощує їх роботу, а саме їх виробництво може бути організовано в Росії протягом року .. (Подробиці в статті: «Побудова локальних мереж Нового Покоління в школах - перший крок на шляху до інформаційного суспільства», опублікована 19.03.2008р. На сайті www. School - sector. Relarn. Ru).
Організація роботи в ЛСНП лише за схемою «клієнт - сервер» дозволить використовувати в мережі абонентське обладнання у вигляді «тонких клієнтів», які окрім зниження самої вартості ПК (за рахунок відсутності жорстких дисків) додатково забезпечить:
- Високий рівень інформаційної безпеки з використанням додаткових засобів аутентифікації (ел. жетонів, смарт-карт), що дозволить швидко розпочати роботу на будь-якому робочому місці,
- Зменшення витрат на адміністрування системи (всі налаштування здійснюються на одному робочому місці),
- Витрачання значно менше ел. енергії, відсутність шуму, не всмоктує пил (відсутність вентиляторів), при цьому вже розроблений одноплатний ПК, поєднаний зі звичайною клавіатурою.
Перехід до ЛСНП може бути здійснений також і шляхом модернізації існуючих локальних мереж: при цьому існуючі комутатори повинні бути замінені системою комутуючих мультиплексорів, а мережні інтерфейсні карти (NIC) кожного ПК повинні бути переведені в дуплексний режим роботи і на кожній з них повинен бути встановлений її новий ієрархічний МАС-адресу за допомогою спеціальної системи команд (що вже робиться при побудові деяких існуючих мереж).
Для роботи в модернізованої Інтернет новий (рис. 3) ієрархічний гібридний МАС-адреса (48 біт) абонентських комп'ютерів буде складатися з трьох частин: локальної частині (12 біт), глобальної частини-IP-адресу Сервера (32 біт) і службової частини ( 4біта).
Жорстка прив'язка виділеного IP-адреси Сервера до конкретного МАС-адресою комп'ютерів ЛСНП дозволить виключити застосування протоколу ARP при підключенню до Інтернету, що, природно, підвищить ефективність доступу.
Підключення користувачів ЛСНП до Інтернету буде забезпечуватися через Сервер, який буде пов'язаний з одним або двома (для надійності) маршрутизаторами Інтернету.
Існуючі маршрутизатори забезпечують виконання двох паралельних процесів: один - для підготовки маршрутних таблиць, який здійснюється за допомогою протоколів маршрутизації, а другий - для переадресації IP-дейтаграм з вхідного порту на вихідний на основі інформації цих таблиць, - з формуванням нового кадру, на базі використовуваного в Інтернет протоколу PPP (Point - to - Point Protocol).
У модернізованої Інтернет кожен маршрутизатор повинен буде додатково реалізувати третій паралельний процес, - ретрансляцію кадрів Ethernet c вхідного порту на вихідний на основі маршрутних таблиць та IP-адреси, який знаходиться в глобальній частини гібридного МАС-адреси призначення в кадрі Ethernet.
Таким чином, буде здійснена передача кадру Ethernet (без змін) через всю мережу Інтернет від Сервера-відправника однієї ЛСНП до Сервера-одержувача інший ЛСНП і, в кінцевому рахунку, до комп'ютера користувача-адресата.
Фактично, пропонується весь існуючий Інтернет поступово перетворити (без його зупинки) в опорну мережу, яка дозволить збільшити число користувачів IPv 4 в 1000 разів.
Рис.1.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Рис.2. Кр - контролер, ГКР - груповий контролер, БЗУ - буферне ЗУ, (С = 1,10,100).
1 4 серпня 1912 IP-адресу Сервера 44 48
Рис. 3.