Глобальные вычислительные сети. Интернет: стандарты, перспективы развития.

 

Стандарты Интернета

Для чего нужны стандарты?

Ответить на этот, казалось бы нехитрый, вопрос не совсем просто. В общем смысле стандарты нужны для обеспечения совместимости и взаимодействия между элементами некоторой системы - компьютерной сети, распределенного приложения или собственно компьютера. При этом подразумевается, что эти элементы могут быть созданы различными производителями.

В социальном и экономическом контексте стандарты способствуют свободному перемещению товаров и услуг. Уменьшая технические барьеры к созданию, внедрению и использованию, стандарты помогают раскрыть новые возможности экономического развития, поощряя дифференциацию и конкуренцию между продуктами и, в то же время, обеспечивая совместимость и взаимодействие. Можно сказать, что стандарты являются необходимым компонентом саморегулирования промышленной отрасли.

Последнее замечание в полной мере справедливо только для открытых добровольных стандартов, принятых на основе консенсуса. К другим типам стандартов относится стандарты, предписанные государством, и чисто рыночные, де факто стандарты, основанные на доминировании какого-либо игрока на рынке. Например, ранние стандарты в области информационных технологий имели именно такой характер и определялись крупнейшими производителями, такими как IBM.

Но говоря о стандартах Интернета, мы будем обсуждать только первую категорию - только открытые и добровольно применяемые стандарты имеют шанс прижиться в этой экосистеме.

Помимо положительного влияния в экономическом и социальном плане, стандартизация помогает решить и ряд более конкретных задач.

Например, в ходе стандартизации элемента или протокола, решение как правило проходит детальную экспертную оценку и доработку. Это является сильным побудительным мотивом создания стандарта. В некоторых случаях организации по стандартизации обеспечивают полный цикл разработки решения - от начальной идеи, до протокола, интерфейса или элемента.

Стандартизация решения может предоставить конкурентное преимущество изобретателю протокола или технологии. Особенно, если эта технология уже воплощена в производстве. Использование процесса стандартизации в конкурентной войне не такая уж редкость.

Все сказанное справедливо для многих отраслей, в том числе и для Интернета, о чем и пойдет речь в этой статье.

Стандарты и Интернет

Когда говорят об "Интернет-стандарте", в большинстве случаев имеется в виду техническая спецификация протокола, программного интерфейса, схемы базы данных и тому подобных вещей. Стандарт - это своего рода "строительный блок", призванный в совокупности с другими элементами создать систему или решение. Для этого наряду со стандартами существуют также информационные документы с рекомендациями по применению стандарта или технологии для решения определенных задач. Обычно организации, занимающиеся стандартизацией, разрабатывают оба типа спецификаций.

Для правильного представления, как и какие стандарты определяют функционирование Интернета, полезно кратко остановиться на архитектурной модели Сети.

С точки зрения протоколов модель Интернета, основанная на протоколах TCP/IP, состоит из четырех уровней: канальный, сетевой, транспортный и уровень приложений. Ниже я кратко приведу их основные характеристики:

· Канальный уровень включает технологии и протоколы передачи данных в физической и локальной сети. Этому уровню принадлежат такие технологии как Ethernet, Frame Relay, ATM, MPLS. В модели TCP/IP в этот уровень также включены стандарты кодирования и передачи сигналов в физической сети - оптическое волокно, радиосигнал и т.п.

· Сетевой уровень определяет передачу данных между локальными сетями, обеспечивая создание интер-сетей, или собственно Интернета. Этот уровень является глобальным и универсальным - каждое устройство, непосредственно подключенное к Интернету, взаимодействует с другими устройствами на этом уровне. Сетевая технология различных сетей, составляющих Интернет, может быть различна, также как и приложения и услуги, предоставляемые в этих сетях. Однако протокол IP - основной протокол сетевого уровня - является общим знаменателем, определяющим Интернет, по крайней мере сегодня.

· Услугами протоколов транспортного уровня пользуются приложения, расположенные на различных хостах. Эти протоколы обеспечивают сквозную связность между хостами, а также дополнительные функции, такие как мультиплексирование виртуальных каналов, гарантированную безошибочную передачу данных, контроль пропускной способности и т.п. Основными протоколами этого уровня являются TCP и UDP. Первый из них обеспечивает обмен данными между приложениями с созданием виртуального соединения, а UDP - обмен "дейтаграммами" без создания соединения.

· Уровень приложений, или прикладной уровень, содержит протоколы обмена данными между приложениями, или процессами. Наиболее значительными приложениями, использующими протоколы этого уровня являются (приведу лишь некоторые протоколы):

o Электронная почта: SMTP, POP, IMAP

o Передача файлов: FTP, TFTP

o Коллаборативные вэб-платформы: HTTP, WebDAV

o Голосовая связь: SIP

o Обмен сообщениями: XMPP

o Инфраструктурные приложения: DNS, DHCP, TLS/SSL

Каждый протокол выполняет наиболее универсальные функции, необходимые для взаимодействия между устройствами на конкретном уровне. Например, Ethernet (IEEE 802.3) обеспечивает обмен данными между сетевыми интерфейсами локальной сети. Он поддерживает различные типы среды передачи (от коаксиального кабеля до оптоволокна) и скорости (от 10 Мбит/с до 100 Гбит/с). Однако, хотя Ethernet и обеспечивает обнаружение ошибочных данных (фреймов), исправление ошибок (например путем повторной передачи) производится протоколами верхних уровней.

Такой подход обладает поистине неограниченным инновационным потенциалом, поскольку изменения протокола одного уровня не затрагивают протоколы других уровней, при условии, что интерфейсы взаимодействия между протоколами неизменны. Так, эволюция того же Ethernet происходила абсолютно независимо от протокола следующего уровня - IP. А для создания нового приложения (или протокола прикладного уровня) нет необходимости требовать каких-либо изменений от Сети.

В реальной практике, конечно, эта идеальная архитектура встречается не всегда. Иногда разработчики приложений и протоколов верхнего уровня основывают свои решения на специфических параметрах протоколов нижнего уровня, не учитывая, что протоколы могут меняться. С этим, кстати, связана одна из сложностей перехода к протоколу IPv6, поскольку изменения затрагивают не только стек операционной системы, но подчас и приложения. Зачастую нарушение межуровнего взаимодействия (т.н. layering violation) связаны с желанием оптимизировать производительность того или иного протокола. Например, если протокол (например TCP) ассоциирует потерю пакетов только с перегрузкой сети, его работа может быть неоптимальной, если потеря пакетов вызвана плохим качеством канала.

Другим фактором, нарушающим идеальную картину является «неидеальность» самой Сети. Связано это, в первую очередь, с присутствием т.н. шлюзов. Сюда входят трансляторы NAT (Network Address Translator, http://ru.wikipedia.org/wiki/NAT), а также шлюзы прикладного уровня (Application Layer Gateways, http://ru.wikipedia.org/wiki/Application-level_gateway). Все эти устройства оперируют на уровнях выше IP, означая, что Сеть должна обладать дополнительными знаниями о протоколах более верхнего уровня. В такой ситуации простого изменения протокола прикладного уровня на конечных устройствах уже недостаточно - для правильной работы эти изменения должны быть сделаны и для промежуточных шлюзов. Это существенно усложняет внедрение новых приложений и изменений, и сдерживает инновацию.