Весной 2020 года издание Financial Times рассказало о технологии New IP. Публикация об инициированной Huawei замене IPv4 подняла много шума и быстро разошлась по сети. Но на самом деле, New IP — часть глобального проекта, который изменит наше представление о современном интернете.
Аудитория интернета превысила 4,6 млрд человек. Согласно Internet Live Stats ежедневно потребляется свыше 3 зеттабайт (1021) интернет-трафика. Ежедневно мы пользуемся облаками, всевозможными гаджетами и устройствами интернета вещей (IoT). Скоро к этому списку добавится и беспилотный транспорт.
Удивительно, но все эти устройства и технологии до сих пор используют морально устаревший сетевой протокол IPv4. Как всё будет меняться, насколько быстро, продуктивно и безопасно будет работать сеть в ближайшие 10 лет, читайте под катом.
Меня зовут Александр Мелихов, я работаю в компании «МойОфис» по профессии DevOps, в свободное время занимаюсь компьютерной лингвистикой. Темой Network 2030 заинтересовался на фоне мощного инфоповода в начале года. Решил разобраться, в первую очередь для себя, кто, как и зачем регулирует развитие сетей. Оказалось интересно.
Как формируются изменения
За развитием современного интернета наблюдают тысячи глаз, в том числе различные комиссии и консорциумы. Про W3C — организацию, которая отвечает за сервисы Всемирной Паутины, знают многие. Но, как говорится, не WEB-ом единым. Проектирование сетей — это сложная инженерная задача, требующая согласованных действий всех участников процесса. Чтобы помочь её решить был создан Международный Союз Электросвязи.
МСЭ/ITU занимается разработкой рекомендаций по проектированию и развитию информационных и коммуникационных сетей. Она была основана в 1865 году как международный телеграфный союз, но ныне занимается вопросами совместимости устройств передачи данных, а также научными исследованиями в данной области. В ведении организации находятся проекты развития технологий, которые связаны с применением систем передачи данных. Каждый такой проект представляет собой полноценное исследование.
Как устроена работа Союза
Для каждого нового проекта собирается рабочая группа из специалистов в соответствующих областях, расписывается план работ. Проекты, как правило, долгосрочные, в рабочей группе обязательно помимо условных «академиков» присутствуют представители индустрии.
Самое интересное, что все результаты их деятельности носят рекомендательный характер и не являются стандартами типа ГОСТ/ISO. По сути, вся работа Cоюза — аналитическая, а прогнозы — долгосрочные. В состав рабочих групп входят представители крупных телекоммуникационных компаний, которые прямо заинтересованы в обеспечении своих пользователей новыми технологиями.
Зачем нужен Союз и из чего он состоит
Исследования МСЭ дают бизнесу возможность более взвешено подходить к инвестициям в технологии, в идеале не допуская появления «экономических пузырей» из-за переоценки их потенциала. Также, изучение текущих проблем крайне важно для их решения.
Ретроспективный анализ выдвигавшихся ранее предположений позволяет лучше понять как развивается индустрия, а значит и разрабатывать действующие стандарты уже на государственном уровне.
Стоит уточнить, что МСЭ имеет достаточно сложную структуру. Например, сектор стандартизации связи обеспечивает следующие направления:
- исследовательские комиссии, региональные и оперативные группы, которые обеспечивают реализацию рекомендаций;
- группы для координации действий с внешними организациями;
- группы, связанные с регистрацией интеллектуальной собственности;
- группы для координации проектов ITU-T;
- комитет по стандартизации терминологии.
Исследовательские комиссии ведут разработки по 17 направлениям создания и эксплуатации информационных сетей:
- проблемы прокладки инфраструктуры;
- администрирование;
- тарификация;
- взаимодействие разнотипных сетей;
- электромагнитная совместимость устройств;
- языки для моделирования таких систем и процессов, происходящих в них;
- информационная безопасность.
Каждые четыре года формируется новый перечень задач, которые предстоит решить участникам Союза. Сейчас заканчивается шестой по счету такой период.
В 2001 году одна из групп, например, получила задание «Usage of public terminals by the elderly», в 2007 – «The Electromagnetic (EM) Characterization in the 2.4/5GHz band created by radio services». А в 2008 был составлен отчёт «Internationalized Domain Names», что даже привело к регистрации доменной зоны РФ в 2010, но что-то пошло не так. В 2013 году в структуре Союза появилось новое направление — IoT. Другими словами, изучение работы исследовательских комиссий дает возможность познакомиться с предвестниками тех или иных технологий задолго до их массового внедрения.
Концепция Network 2030
Network 2030 – это собирательное название исследования, направленного на создание новых и на развитие существующих сетей передачи данных. Проект затрагивает фиксированную связь (LAN, WAN, спутники), при этом существенное внимание уделяется увязыванию между собой разнотипных сетей передачи данных.
Главой рабочей группы по Network2030 является Ричард Ли (СЕО Futurewei, подразделения Huawei в США), в группе есть представители техногигантов из нескольких стран — США (Verizon), Южной Кореи (SK Telecom), Китая (China Telecom), Великобритании (National Physical Laboratory) и России (Ростелеком).
Ричард Ли, председатель совета директоров Futurewei
По мнению авторов проекта, основной проблемой современного интернета является жёсткое разделение базовых технологий на телеком и ИТ. Так, от условных «связистов» требуется доставить сигнал определённого вида из точки «А» в точку «Б», а вид этого сигнала определяется уже конкретным сервисом.
В результате получается схема, при которой пакет данных формируется на одном конце и без изменений путешествует по сети. Такой подход оправдан в сетях, где трафик однороден, и основным требованием является надёжность доставки. Но в сетях нового поколения требуется более гибкая схема, которая учитывает требования к востребованным сервисам:
Holographic type communications (HTC): создание реалистичных трёхмерных изображений либо совсем без очков, либо с помощью устройств дополненной реальности. Пропускная способность — гигабиты в секунду. Требования: низкие задержки, одновременная доставка до всех абонентов, широкий канал, требования к производительности обработки данных терминала.
Tactile Internet for remote operations (TIRO): удалённая работа с роботами, предназначенными для различных целей — автоматизация производства и проведения операций. Требования: низкие задержки и синхронность передачи аудиовизуальной и тактильной информации, производительность каналов связи сопоставима с возможностями восприятия.
Human System Interface (HSI): 360-градусное видео (широкий канал), задержки соответствуют возможностям глаза и других органов чувств. Синхронизация более важна, чем задержка в обе стороны, разделение потоков по степени критичности.
Intelligent operation network (ION): множество точек снятия параметров, использование ИИ для анализа, динамическая реакция. Требования: низкие задержки и реакция на события, динамическая конфигурация сетей.
Network and computing convergence (NCC): объединение сетей различных типов, в т.ч. и беспроводных. Единые протоколы, гибкая адресация, отсутствие привязки к географии, способность к быстрому изменению конфигурации сети.
Digital twins (DT): цифровые двойники процессов, управляемых в реальном времени. Много разнотипных данных, приходят быстро, быстрый отклик на события, разная степень мобильности. Присутствуют критичные к разглашению персональные данные, в приоритете автоматизированный анализ.
Space-terrestrial integrated network (STIN): инфраструктура передачи данных с предсказуемой траекторией движения спутников. Скорость передачи данных сильно зависит от энергетики канала и метеорологических явлений, на которые повлиять оператор не может.
Industrial IoT (IIoT) with cloudification: облако для обслуживания процессов автоматизированного производства. Фактически, создаётся изолированная инфраструктура, элементы которой постоянно обмениваются небольшими порциями данных.
Рабочая группа определила набор требований к каждому сервису.
Таблица 1. Абстрактные размеры с соответствующими сетевыми требованиями
| Требование | Релевантные требования |
|---|---|
| Пропускная способность | Пропускная способность; ёмкость; QoE; QoS; гибкость; адаптивность передачи данных |
| Время | Задержки; синхронизация; джиттер; своевременность; планирование; координация (потоков между собой) |
| Безопасность | Безопасность; конфиденциальность; доверие; гибкость; отслеживаемость; возможность законного перехвата |
| AI | Обработка данных; хранение данных; аналитика; автономность; гибкость настройки алгоритмов обработки |
| ManyNets | Адресация; мобильность; объединение гетерогенных сетей |
В концепции Network 2030 отдельное внимание посвящено таймингам. Например, при дистанционном управлении транспортным средством, очень важно, чтобы возможности сети позволяли не только передать телеметрию, но и получить и выполнить какой-либо управляющий сигнал.
В связи с этим, рабочей группой предлагается определить три типа сервисов:
- in-time;
- on-time;
- скоординированный сервис.
Сервисы распределены по времени доступа к данным в соответствии с таблицами ниже:
Таблица 2. Типы сервисов и сферы их применения
| Тип | Критерий получения данных | Сфера применение | Время |
|---|---|---|---|
| In-time | не позже определённого момента | Управление производством, Телемедицина | t ~ 1-10 мс |
| On-time | в рамках строго заданного узкого интервала | Управление инцидентами, Согласованные по времени действия (например, управление роем дронов) | ∆t ~ 1 мс |
| Скоординированный сервис | относительно других потоков | Мультимедиа, Автономно действующие системы | t < 5мс |
Таблица 3. Задержки
| Составной сервис | Критерий | Применение | Время |
|---|---|---|---|
| Качественный сервис | В зависимости от состояния сети | Высокая пропускная способность для передачи мультимедиа (например, голограмм) | ~ 40 мс |
| Голограммы | Управляемый, тайминги и ширина канала критичны | Высокие требования к пропускной способности канала, применение различных кодеков в зависимости от задачи (телеконференции, телемедицина) | ~30 мс |
| Цифровая телепортация | Управляемый, потоки синхонизированы | В режиме, близком к реальному | ~30 мс |
| Тактильные взаимодействия | Зависимость от таймингов, высокая надёжность | Низкое время отклика, кодек зависит от типа мультимедиа, в некоторых случаях требуется высокая пропускная способность канала | < 10 мс |
Проект нового протокола был представлен подразделением Huawei под рабочим названием New IP. Это принципиально новый стек технологий, в основе которого лежит гибридный протокол уровней L2-L3.
На тему New IP на Хабре есть отдельная статья, и если обобщить её ключевые тезисы, то новый протокол принесет:
- семантическую адресацию;
- сетевые адреса переменной длины;
- поддержку разнородных сетей;
- сервисы с предсказуемыми задержками;
- технологии безопасности и конфиденциальности;
- высокую пропускную способность;
- возможность динамического формирования пакетов.
Предполагается, что изменение подхода позволит более гибко подходить к организации технологического стека, а значит адаптировать локальные и глобальные сети под потребности конкретных пользователей.
Забота о безопасности или тотальный контроль?
Наиболее интересным и, в то же время, спорным элементом концепции Network 2030 является возможность адаптивного управления сетями. Фактически, рабочей группой предлагается технологический стек для динамического управления сетями. Функционирует такой механизм следующим образом: из многочисленных узлов сети собираются актуальные параметры, далее на основе алгоритмов искусственного интеллекта изменяется конфигурация сети для обеспечения наилучших показателей производительности (см. рисунок).
Интересен также механизм защиты от подмены узлов, когда каждый узел должен хранить хэши недавно переданных пакетов. Если у соседнего элемента возникает сомнение в легитимности источника/приёмника, он сравнивает собственный хэш с хэшем на узле.
Как функционирование подобного механизма будет реализовано, и кто получит возможность наблюдения за конфигурацией сети — пока не сообщается. Авторы концепции подчёркивают, что основной целью его внедрения является забота о безопасности и надёжности всей системы в целом. Но очевидно, что наличие такого механизма позволяет говорить и о возможности получить дополнительные инструменты контроля над действиями конкретного пользователя.
Что дальше
Понятно, что сами по себе технологии, пусть даже и прорывные, начинают приносить пользу только тогда, когда становятся востребованными. Современные электронные платежи, государственные услуги онлайн, стриминг фильмов и игр, интернет-магазины и службы доставки всех мастей прошли долгий путь эволюции от плохо работающей поделки до действительно удобных сервисов. Чем сложнее технология, чем больших вложений она требует — тем меньше шансов на успех.
Совершенно ясно, что одного изменения подхода к проектированию сетей будет недостаточно. Потребуется как минимум наличие соответствующей инфраструктуры — сетей передачи данных и устройств, способных реализовывать перечисленные сервисы, а также устройств, позволяющих этими сервисами пользоваться. В МСЭ это понимают, поэтому подчёркивается, что переход будет поэтапным.
В первую очередь, это касается вновь создаваемых сетей. Модернизация имеющейся инфраструктуры должна осуществляться постепенно, с сохранением обратной совместимости. Для того, чтобы данный процесс проходил наименее болезненно, предложен системный подход к построению технологического стека.
Технологический стек 2030
Для наиболее перспективных (с точки зрения авторов концепции) направлений предложены следующие варианты реализации:
Автоматизация и роботы. Управление процессами производства, требующее оперативного информационного обмена в рамках заданных ограничений по задержкам, работа с «цифровыми двойниками». Данные: телеметрия и управляющие сигналы.
Голографические технологии. Массовая рассылка мультимедийных данных (потоковое видео и голограммы), в приоритете — широкие каналы.
Технологии телеприсутствия и дополненная реальность. Передача тактильных ощущений и т.п. Требуется синхронность передачи всех потоков.
Телемедицина. Устройства для проведения инвазивных процедур, требуется гарантированная передача данных.
Автономно действующие критические системы. Беспилотные транспортные средства, системы управления городской инфраструктурой (дорожное движение и т.п.), которым требуется гарантированная передача пакетов в рамках заданных временных интервалов.
Какие можно сделать выводы
В 2020 году некоторые постулаты концепции Network 2030 кажутся несбыточными. Нужно понимать, что пока речь не идет о готовой технологии, представленной на публичное обсуждение. Рабочая группа при Международном союзе электросвязи только изучает гипотезы и возможность их применения в будущем.
Очевидно, что только одного желания для реализации всех задуманных в концепции новшеств будет недостаточно — проект должен найти поддержку у производителей оборудования и сервис-провайдеров. Вероятнее всего, всех нас ждет и замена оборудования, и появление новых протоколов связи, и, возможно, изменение привычных паттернов потребления контента и цифровых услуг.
Концепция Network 2030 довольно объемна. Предлагаю начать знакомство с ней с нескольких ключевых публикаций:
Официальная страница проекта
Подробное описание
Практические аспекты: 1 и 2
Если вы заинтересовались темой, то мне бы хотелось вместе с вами обсудить концепцию в комментариях.