Главный интернет-евангелист Google Винт Сёрф рассказывает о межпланетном Интернете

Автор оригинала: Adam Mann
  • Перевод


В тот день, когда будущие марсианские колонисты смогут открыть браузер и посмотреть, как котик в костюме акулы, верхом на роботе-пылесосе roomba, преследует утку, благодарить им следует ни кого иного, как Винта Сёрфа.

В качестве главного интернет-евангелиста google, Сёрф провел достаточно времени, размышляя о будущем сетевых технологий. И он имеет на это полное право — ведь именно Сёрф, вместе с Бобом Каном (Bob Kahn) был ответственен за разработку TCP/IP. Но, не удовлетворившись своей ролью отца Интернета на этой планете, Сёрф потратил годы на то, чтобы его детище вышло и в космос.

Работая совместно с NASA и JPL, Сёрф помогал разрабатывать новый стек протоколов, который может быть использован в условиях космоса — в которых, учитывая ограничения, связанные со скоростью света, а так же сложности орбитальной механики, — осуществление работы сети становится весьма сложным.

Мы [wired.com, — прим.пер.] пообщались с Сёрфом о роли этого межпланетного Интернета в исследовании космоса, имеющихся на сегодня проблемах, а так же о том, каким ему видится будущее этой технологии.



Wired: Несмотря на то, что сама идея, в принципе, не нова, концепция межпланетного Интернета является для большинства людей новой. Как вообще можно построить космическую сеть?

Vint Cerf: Действительно, идея далеко не нова — этот проект начался еще в 1998 году. И начался он во многом потому, что в 1997 году исполнилось 25 лет современному Интернету. Я задумался — чем бы таким мне заняться, чтобы это все еще было полезно через 25 лет? И, после консультации с коллегами в JPL, мы пришли к выводу о том, что нам были нужны гораздо более совершенные сетевые технологии, по сравнению с тем, чем обладали в то время космические агентства мира.

До того времени (да и, честно говоря, до сегодняшнего дня), все коммуникации в космосе проходили по радиоканалу через соединение точка-точка. Мы начали думать, как можно применить TCP/IP в качестве протокола для коммуникации в космосе — нам казалось, что раз уж он неплохо работает на Земле, то вполне мог бы работать и на Марсе. Но самым главным вопросом было «будет ли он работать для связи между планетами?». И, как оказалось, ответом было «нет».

Причин для этого две. Во-первых, скорость света, применительно к межпланетным расстояниям, довольно мала. Чтобы добраться от Земли до Марса, сигналу требуется от 3 с половиной до 20 минут. Обратный путь займет еще столько же. К тому же, нужно еще учитывать вращение планеты. Если вы пытаетесь установить связь с чем-то, находящимся на поверхности, то после того как планета повернется, вы утратите эту возможность, и вам придется ждать, пока она не сделает полный оборот. Итак, мы имеем и большую задержку сигнала, и его прерывания, а TCP в таких условиях работает, скажем так, не очень хорошо.

Одно из предположений, на которые опирается TCP/IP, заключается в том, что каждый из роутеров может не иметь достаточно памяти для того, чтобы хранить данные. Так что если появляется пакет, который нужно отправить по имеющемуся у вас маршруту, но у вас недостаточно памяти, то этот пакет будет просто отброшен.

Мы разработали новый стек протоколов, который получил название Bundle. Эта технология чем-то напоминают обычные интернет-пакеты. Пакеты могут быть довольно большими, и посылаются, проще говоря, как единое целое. Для передачи мы используем режим «store and forward» — каждый из узлов может довольно долго хранить информацию и ждать, пока у него появится возможность передать ее дальше.

Wired: Насколько сложнее, по сравнению с традиционным Интернетом, осуществлять коммуникации в космосе?

Cerf: Одним из самых неприятных моментов является невозможность использования системы доменных имен в ее сегодняшнем виде. Давайте я проиллюстрирую это на примере. Представьте, что вы находитесь на Марсе, и хотите открыть HTTP соединение, чтобы достучаться до сайта на Земле. У вас есть URL, но для того, чтобы открыть соединение, вам нужен IP-адрес.

Естественно, вам нужно по вашему URL получить нужный IP. Итак, вы на Марсе, а доменное имя, которое вам нужно, на Земле. Вы делаете DNS lookup. Но для того, чтобы вы получили ответ, вам нужно прождать как минимум 40 минут, а как максимум — вообще неизвестно сколько, в зависимости от количества потерь пакетов, доступности цели в зависимости от вращения планеты, и т.д. Ну а потом может оказаться, что ответ, который вы получили — неверный, потому что за то время, которое ответ добирался до вас, узел вполне мог быть перемещен на другой IP. И это еще не самый плохой сценарий. Если бы вы сидели где-нибудь на Юпитере, все это вообще могло бы занять у вас много часов.

Итак, у нас появилась необходимость избавиться от такой схемы, и перейти к тому, что мы называем delayed binding. Сперва вы определяете планету, которая вам нужна, потом перенаправляете трафик к этой планете, и лишь потом делаете lookup.

Другие проблемы появляются, если задуматься о необходимости управлять самой сетью в данных условиях — то, что мы используем в сетях на Земле, здесь уже не сработает. Например, есть протокол, который называется SNMP — simple network management protocol — он основан на идее, что вы можете отправить пакет, и получить ответ в течение нескольких миллисекунд, ну или хотя бы нескольких сотен миллисекунд. Если вы знаете, что такое ping, то вы должны понимать о чем идет речь — ведь пингуя что-то, вы ожидаете ответ как можно быстрее. Если вы не получаете его в течении пары минут, то есть смысл предположить, что что-то идет не так, и, возможно, узел, который вы запрашиваете, недоступен. Но в космосе сигналу нужно большое количество времени даже на то, чтобы добраться до цели, не говоря уж о том, чтобы вернуться назад. Это превращает управление сетью в значительно более сложную задачу.

Наконец, нам следовало позаботиться и о безопасности. Причины, конечно, очевидны — нам очень не хотелось бы видеть заголовки газет наподобие «15-летний подросток захватил управление марсианским сегментом Сети». Чтобы избежать этого, мы предприняли ряд мер — добавили строгую аутентификацию, трехстороннее рукопожатие, использование криптографических ключей, и т.д.

Wired: Учитывая, что сообщение будет происходить на огромных расстояниях, вся сеть должна быть просто гигантской, не так ли?

Cerf: Ну, чисто физически — с точки зрения расстояний — это действительно довольно большая сеть. Однако количество узлов очень невелико. На данный момент в основном это устройства на Земле, например, станции DSN, находящиеся под управлением JPL. У них есть большие 70-метровые антенны, и антенны поменьше, диаметром в 35 метров, способные устанавливать соединение точка-точка. Все это, в свою очередь, является частью системы TDRSS (читается tee-driss), используемой NASA для большого количества околоземных коммуникаций. На МКС также есть несколько узлов, поддерживающих наш стек протоколов.

Искусственные спутники Марса используют прототип этого ПО, и практически вся информация с Марса приходит к нам именно таким образом, как я описал. Роверы Spirit, Opportunity и Curiosity также используют эти протоколы. Даже посадочный модуль Феникс использовал их до того, как отключился. [Подробнее о том, как именно осуществляется связь с Марсом, и о работе станций DSN, вы можете почитать в этом посте, — прим. пер.]

Наконец, есть еще аппарат под названием EPOXI, находящийся на орбите вокруг Солнца, который так же использовался для тестирования работы протоколов.

Мы надеемся, что в будущем — предполагая, что наши протоколы пройдут сертификацию CCSDS, комитета, занимающегося стандартами в области космической связи — каждый космический аппарат, вне зависимости от того, какой страной он был разработан и запущен, будет использовать наши протоколы. А это, в свою очередь, будет означать, что каждый из этих аппаратов, выполнив свою основную миссию, сможет быть использован в качества ретрансляционного узла в сети.

Wired: И каковы будут следующие шаги по расширению?

Cerf: Во-первых, мы хотим стандартизировать все это. К тому же, еще не все части протоколов прошли проверку, например, наши системы аутентификации. Во-вторых, нам нужно точно понять, насколько хорошо мы сможем контролировать работу сети в сложных условиях.

В-третьих, нам нужно подумать о взаимодействиях реального времени, например видео- и аудио-передачах. Нам нужно понять, как лучше перейти от интерактивного чата в реальном времени к чему-то, что больше напоминало бы обмен электронными письмами, к которым можно прикреплять аудио и видео.

Доставка пакета данных чем-то действительно напоминает доставку e-mail. Если с вашим электронным письмом есть проблема, его обычно пересылают заново, а если это продолжается длительное время, то его отклоняют по таймауту. Наши протоколы имеют схожее поведение, так что следует учитывать, что ответ может идти достаточно долго, причем время его доставки может разниться от случая к случаю.

Wired: Мы часто говорим о том, как технологии, разработанные для космоса, можно применить на Земле. Могут ли те технологии, о которых вы рассказываете, использованы и на нашей планете?

Cerf: Безусловно. Например, агентство DARPA выделяло средства на тестирование этих высокоустойчивых протоколов для тактической военной связи. Эти тесты прошли очень успешно — в неблагоприятных с точки зрения передачи данных условиях нам удалось передать в 3-5 раз больше информации, чем используя TCP/IP.

Отчасти это достигается из-за того, что узлы сети могут сами хранить передаваемые данные. Так что если что-то пошло не так, нам не нужно снова осуществлять передачу от одного конца к другому — достаточно сделать это от одного из последних узлов. Такой подход оказался весьма эффективным. Ну и, конечно, это стало возможным в основном благодаря сильному удешевлению памяти.

Был еще интересный проект с участием Еврокомиссии — на севере Швеции, в Лапландии, живет народ, называемый Саамы. Представители этого народа уже более 8000 лет занимаются разведением северных оленей. Так вот, Еврокомиссия профинансировала исследовательский проект, в рамках которого мы использовали наши протоколы на ноутбуках вездеходов. С их помощью, удалось установить WiFi точки в деревнях в северной части Швеции. Грубо говоря, вездеход служил своего рода мулом, перевозящим информацию от деревни к деревни.

Wired: Был также и эксперимент под названием Mocup, включавший в себя управление роботом на Земле с МКС. Там тоже использовались эти протоколы?

Cerf: Совершенно верно. Мы все были очень воодушевлены этим экспериментом, так как он показал, что хоть наши протоколы и были разработаны для работы на больших расстояниях и с неопределенными задержками, при хороших условиях связи они могут быть использованы и для передачи данных в реальном времени.

Мне кажется, что сфера коммуникаций в целом выиграет от этих разработок. Например, применив эти протоколы в мобильных телефонах, мы получим более стабильную коммуникационную платформу, чем имеем на сегодняшний день.

Wired: То есть, даже если бы у меня дома телефон очень плохо ловил сеть, мне все равно удалось бы позвонить родителям?

Cerf: Скорее вы могли бы записать свое сообщение, а они в конечном итоге получили бы его. Это было бы, конечно, не в реальном времени — если проблемы с сетью продлятся достаточно долго, то и сообщение придет позже. Но в любом случае, оно обязательно будет доставлено.
Поделиться публикацией

Комментарии 47

    +56
    Ну прямо этот дядька:
    image
      +27
      Wiki говорит следующее (правда, с пометкой 'citation needed'):
      The physical appearance and voice of the Architect was loosely based on Vint Cerf, often considered to be one of the «fathers of the internet».
      Без комментариев ;)
        –5
        Ага, а еще на Тайвина Ланистера:
        image
        +18
        > Мы разработали новый стек протоколов, который получил название Bundle. Эта технология чем-то напоминают обычные интернет-пакеты. Пакеты могут быть довольно большими, и посылаются, проще говоря, как единое целое. Для передачи мы используем режим «store and forward» — каждый из узлов может довольно долго хранить информацию и ждать, пока у него появится возможность передать ее дальше.

        Где-то я это уже видел… Ох щи! срочно Mithgol в тред!
          +17
          векторный межпланетный фидонет? Какой ноде проставляться?
            +6
            «межпланетный» разве противоречит «векторному»?
          +5
          Когда я был маленьким любителем фантастики — все вышесказанное упоминалось в одной из книг, правда, речь шла о расстояниях в световые месяцы, кажется. Ну так вот, синхронного обмена данными «вопрос (мессяц) ответ (месяц)» не получилось, но кто-то заметил, как болтают между собой две женщины: они непрерывно друг-дружке что-то говорят одновременно, почти не обращая внимания на то, что говорит собеседница.

          И персонажи решили вещать одновременно с обеих сторон без связи (или с слабой связью) с приходящей информацией. Для обмена опытом и знаниями между двумя цивилизациями вполне подходит :)
            +11
              +2
              Как-то не натыкался на этот рассказ. Спасибо порадовали.
              Все-таки Азимов — Великий человек.
            +1
            e-mail живее всех живых ;-).
              0
              Мне кажется, на Земле такие космические протоколы идеально подошли бы на роль неубиваемого эквивалента интеренета в случае каких-либо кактклизмов, тотальной диктатуры и информационной блокады, зомби-апокалипсиса и т.п. Даже если обрубят все каналы связи, можно будет возить пакеты на флешках, загружая их, например, в маленькие незаметные беспилотники. Или голубиную почту возродить на новом уровне.
                0
                А-ля флоппинет?
                  0
                  Ага, только автоматизированный. Подключил эту флэшку к любому компу или маршрутизатору — и пакеты сами разбежались.
                    0
                    Так ведь фидонет конца 90х… Тогда тоже хабы нередко в другие города с жёсткими дисками ездили для обмена свежей почты…
                  +1
                  Жаль, что он не нашёл способа сломать или обойти законы физики :)
                    +3
                    Если кому-то интересно подробнее почитать на эту тему, то смотрите RFC:
                    Bundle Protocol Specification: tools.ietf.org/html/rfc5050
                    Delay-Tolerant Networking Architecture: tools.ietf.org/html/rfc4838
                    Кроме того, гугл находит много публикаций по ключевому слову «DTN».

                    Реализации:
                    DTN2: www.dtnrg.org/wiki/Home
                    IBR DTN: www.ibr.cs.tu-bs.de/projects/ibr-dtn
                    ION DTN: ion-dtn.sourceforge.net
                    JDTN: sourceforge.net/projects/jdtn
                    Есть также коммерческие и закрытые реализации, например, Postellation.

                    DTN работает не только на ПК, есть билды под Android и OpenWRT.
                      0
                      Без быстрого способа передачи сигналов (именно среды) толку от протоколов не много. Ведь не предполагается половину планеты «заселить» антеннами? А если способ быстро передавать пакеты найдется то и протоколы не так принципиальны будут, еще и поменять/модифицировать все успеют.
                      В общем, земной ютуб на марсе не скоро заиграет.
                        0
                        Прокси-сервер на орбите и жить можно…
                          +3
                          … и грузовой Прогресс со свеженабитыми SSD для кэша.
                            0
                            Не понял к чему здесь прокси. Насколько я понял, сложность задачи как раз в том, что расстояние слишком большое, чтобы земной Интернет пришел на Марс в том качестве, какой он есть на Земле. Даже при использовании света как носителя информации, все равно не получится достичь «земных» пингов. Вот об этом на мой взгляд и нужно думать в первую очередь, а отказоустойчивые протоколы задача важная, но вторичная конкретно в этом случае.
                              0
                              Зато уже сейчас понятно, что когда-нибудь на Марсе потребуется местный интернет с гуглом и фейсбуками.
                                0
                                Прокси — современный термин, объясняющий основные принципы действия «межпланетного» интернета — есть узел, накапливающий данные, особенно часто используемые и предоставляющие локальным пользователям в режиме реал-тайм, все запросы к другой планете идут через него, он получает данные и отдаёт клиентам. Да, потребуется изменение протоколов. В общем случае протокол ftn-сетей (fidonet) в данном случае выглядит «как раз тем, что доктор прописал» — у них срок жизни пакетов много выше (недели — месяцы), поскольку сеть была рассчитана на неустойчивые схемы передачи данных (в том числе флоппинет). Но ограничений у таких сетей куда больше, поэтому в локальном-планетном масштабе выгоднее tcp/ip.
                                  0
                                  Проблему скорости это ведь все равно не решит (повысится отказоустойчивость, что хорошо, но этого недостаточно), и ни о каких котиках в костюме акулы не может быть и речи. Протокол в этом случае не так важен как среда передачи информации.
                                    +1
                                    Так никакой протокол проблему скорости не решит, ибо проблема скорости прочно завязана на технологии, доступные человечеству на текущий момент. Ни квантовой телепортации, ни подпространственной связи просто не существует. Мы привязаны к скорости света как к самой быстрой скорости распространения сигнала, что на больших расстояниях сказывается крайне неприятно.

                                    Эту тему даже фантасты задели — если через варп удастся отправлять только корабли, то корабли и будут возить терабайты данных, синхронизируя данные между планетарными системами. Проблема для межпланетного сетевого сообщение выглядит крайне бледно по сравнению с межзвёздным.
                                      0
                                      А какая тут проблема скорости? Каналы передачи недостаточно широкие или что? Сеть (цепочка) «космических релеек» вполне должна эту проблемы решить, разве нет?
                                        0
                                        Проблема скорости в том, что быстрее чем со скоростью света ничего передать не получится. А это значит, что быстрее чем за 20+ минут пинг не пройдёт.
                                          0
                                          Так это проблема времени отклика (латентности), а не скорости. Смотреть ролики с Ютуба это не должно мешаеть, при использовании соответствующих средств.
                                    0
                                    Google поставит еще один кэширующий дата-центр.
                                    Как это делает сейчас по всему миру.
                                +7
                                До сегодняшнего дня я и представить себе не мог, что поисковый запрос «котик в костюме акулы, верхом на роботе-пылесосе roomba, преследует утку» может вернуть хоть какие-нибудь результаты…
                                  +2
                                  Вы сильно недооцениваете интернет. Это далеко не самая странная вещь на его просторах.
                                  +5
                                  Даешь межпланетный фидонет! =)
                                    +1
                                    CDN хостинг. Для каждой планеты свои зеркала.
                                      0
                                      Интересно, почему ничего не говорится о квантовой коммуникации, которая могла бы передавать информацию мгновенно на сколь угодно большие расстояния. Хотя я вот до сих пор не знаю, возможна она или нет. Если судить по Википедии, то вроде как всё таки возможна.
                                      ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%86%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C#.D0.9A.D0.B2.D0.B0.D0.BD.D1.82.D0.BE.D0.B2.D0.B0.D1.8F_.D0.BA.D0.BE.D0.BC.D0.BC.D1.83.D0.BD.D0.B8.D0.BA.D0.B0.D1.86.D0.B8.D1.8F
                                        0
                                        Практически, то, что называют квантовой телепортацией, не позволяет передавать информацию вообще.
                                        А по ссылке речь идёт всего лишь о маркере, который позволяет определить, читали сообщение, или нет.
                                          0
                                          А «квантовая коммуникация» — это то же самое или что-то другое?
                                            0
                                            Хм. Про это я вообще только что узнал. И в английской википедии упоминаний об этом не видно.
                                          0
                                          возможный вариант — слабые измерения
                                          но это только если получится
                                          0
                                          когда таки в нодлист вносится зона 8 (Марс)? Я бы и в ZN пошел:)
                                            0
                                            Может быть на хабре найдется специалист, знающий как дела с передачей информации через спаренные электроны? Ведь если я правильно понимаю — с освоением этой технологии проблема с расстоянием будет решена.
                                              0
                                              Вроде все равно нужен обычный канал для контроля ошибок.
                                                +1
                                                Если «слабые измерения» квантового состояния — которые позволяют получить квантовое значение, при этом не сбивая его — окажутся возможны, то возможен такой вариант.
                                                Берётся пачка связанных электронов, половина вывозится на Марс половина остаётся на земле. Потом у электронов на земле слабо измеряется квантовое состояние, так, что бы это не вызвало коллапсирования состояния. Когда намеряют нужное значение, электрон измеряют обычным образом. На Марсе его тоже измеряют, и получают противоположное значение.
                                                  0
                                                  С теорией технологии я знаком, мне было интересно как в данный момент обстоят дела на практике)
                                                    0
                                                    Википедия ссылается на 2 статьи 2006 и 2008 годов о слабых измерениях. Видимо, на практике всё плохо.
                                                  0
                                                  Пока что, самое большое расстояние, на котором удалось запутать электроны — 1,5 км. Так что, пока что, овчинка выделки не стоит.
                                                    0
                                                    Дело не в расстоянии, а в принципиальной возможности. Если через запутанность можно будет передать информацию, то тогда придется выкинуть теорию относительности.
                                                  0
                                                  Кстати, нашел статью ровно на эту же тему в журнале Chip, январь 2002, стр. 18-23.

                                                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                  Самое читаемое