Децентрализованная сеть Ricochet: интернет от фонаря

Автор: Евгений Лебеденко, Mobi.ru

Опубликовано 03 мая 2011 года

В мире технологий философским спорам (кто первый? курица или яйцо?) не место. Всегда есть первопроходец, челленджер, бросающий вызов, открывающий для остальных новое направление движения.

Сейчас, когда 3G-интернет может настроить любая среднестатистическая кухарка, а точки доступа Wi-Fi в метрополисах есть буквально на каждом углу, кажется невероятным, что ещё пятнадцать лет назад о передаче данных по воздуху для рядового потребителя и речи не могло быть. В те времена и проводного широкополосного интернета не было. Старый добрый dial-up, скрежещущие звуки модемных протоколов и работа в неудобной позе (телефонная розетка в гостиничных номерах по закону Мёрфи оказывалась в самом дальнем углу комнаты).

Удивительно, но именно в это время увидела свет и, что главное, получила активное развитие одна из самых интересных технологий беспроводной передачи данных - предвестница нынешнего беспроводного доступа в Сеть. У этой технологии есть имя, звучное, как выстрел, - Ricochet.

У сети Ricochet есть отец-основатель. Да ещё какой. Пол Бэрен - американский инженер польского происхождения, один из основоположников компьютерных сетей с коммутацией пакетов. Работая в финансируемой государством компании RAND Corporation, Бэрен в конце шестидесятых годов приходит к мысли о необходимости разработки компьютерных сетей, способных в плане живучести противостоять вполне реальной в то время ядерной угрозе.

Системы передачи данных тогда базировались на архитектуре телефонных сетей общего назначения и имели централизованную (центр - телефонная станция) или децентрализованную (много связанных центров - телефонных станций) структуру. Очевидно, что даже такой надёжный способ, как пакетная передача данных, не давал стопроцентной гарантии доставки пакетов в рамках централизованной или децентрализованной инфраструктуры сети.

Пола Бэрена совершенно справедливо называют одним из отцов-основателей интернета. Но его коньком всегда были ячеистые сети.

Бэрен предложил альтернативную инфраструктуру, которую он назвал распределённой (distributed). В распределённой сети каждый из узлов является потенциальным маршрутизатором, связанным с одним или несколькими узлами сети. Благодаря таким избыточным связям пакеты в распределённой сети могут двигаться по множеству динамически формируемых альтернативных маршрутов, что позволяет сети функционировать даже в условиях выхода из строя большинства её узлов.

Распределённая сеть, функционирующая по этим принципам, получила название "ячеистая (mesh) сеть".

Предложенная Бэреном распределённая (distributed) архитектура сети является одной из классических сетевых архитектур.

Технологию ячеистых сетей Бэрен предложил главному заказчику компании RAND Corporation - военно-воздушным силам США. Однако из-за лоббирования со стороны компании AT&T, предоставлявшей свои телекоммуникационные каналы в аренду военным, проект так и остался проектом. Правда, работами Бэрена заинтересовались разработчики сети ARPANET. Лэрри Робертс, "главный по интернету" в лаборатории DARPA, был впечатлён моделью отказоустойчивой сети Бэрена, описанной в его статье "On Distributed Communications Networks", и пригласил его в проект неофициальным консультантом.

Участие Бэрена в создании первых вариантов ARPANET привело к распространённому заблуждению о том, что интернет имеет сугубо военные корни, связанные с необходимостью разработки системы передачи данных, настолько живучей, что она способна легко противостоять ядерной атаке потенциального противника и функционировать в любых критических условиях. Кстати, тот самый великий и могучий Skynet, захвативший 19 апреля 2011 года в фильме "Терминатор" мировое господство, и есть высоконадежная военная mesh-сеть, построенная на основе модели Бэрена.

На самом деле, ARPANET был сугубо исследовательским проектом. Эта сеть связывала исследовательские центры, а не военные объекты. В ARPANET на первом месте рассматривается эффективность доставки данных между узлами за приемлемое время. Конечно, работы Бэрена, связанные с отказоустойчивостью сетей, существенно повлияли на методы маршрутизации в современном интернете. Именно поэтому Пол Бэрен наряду с Лэрри Робертсом, Леонардом Клейнроком и Джозефом Ликлайдером считается одним из основоположников интернета.

Развивая свои идеи распределённых сетей пакетной коммутации, Пол Бэрен в 1985 году становится одним из основателей компании Metricom. Целью её создания была разработка сети передачи данных, не имеющей чётко определённого центрального коммутирующего узла. Эта сеть проектировалась в первую очередь для нужд энергетической отрасли, старавшейся в то время удешевить процесс управления такими разветвлёнными инфраструктурами, как электрические и газовые сети. Аренда телефонных каналов у крупных американских провайдеров влетала в копеечку, поскольку компьютеры, обменивающиеся данными, постоянно находились на связи, а значит, занимали канал. Именно тогда и пригодились идеи Бэрена по созданию распределённой сети, узлы которой самостоятельно осуществляют маршрутизацию. Чтобы полностью отказаться от аренды проводных каналов, такую сеть решили сделать беспроводной. В качестве протокольной основы в Metricom выбрали набирающий силу стандарт radio ethernet.

Во время разработки стало ясно, что подобная сеть может стать конкурентоспособной на рынке провайдерских услуг. К этой же мысли пришли и инвесторы, в числе которых был один из основателей Microsoft Пол Аллен. Сейчас Ricochet назвали бы сетью "последней мили", поскольку её основной задачей было беспроводное подключение пользователя к интернету или корпоративной сети.

К 1994 году были разработаны и испытаны все необходимые образцы оборудования, пригодного для потребительских целей, и компания Metricom официально вышла на рынок услуг ISP с коммерческой сетью Ricochet. Экспансия Ricochet началась с городка Купертино - того самого, где располагается штаб-квартира Apple и располагался офис самой Metricom. Всего за год распределённая сеть Ricochet растянулась по всему северному побережью Сан-Франциско, а ещё через пару лет она опутала Нью-Йорк, Лос-Анджелес, Атланту, Миннеаполис, Даллас, Детройт и Майами.

Зоне покрытия сети Ricochet в 1995 году может позавидовать любой современный оператор услуг связи.

Ключевые компоненты сети Ricochet - беспроводные модемы, которые подписчики Ricochet получали вместе с контрактом. Они подключались к последовательному порту (позже к USB) и работали на частоте 900 МГц, обеспечивая приём и передачу данных со скоростью 28,8 килобит в секунду на расстоянии от одной до пяти миль. Связывались они с ближайшим микросотовым радиомодемом, именуемым Poletop Radio.

Poletop Radio - микросотовые модемы, обеспечивающие взаимодействие с множеством модемов пользователей и множеством себе подобных устройств. Они обеспечивают интеллектуальную маршрутизацию пакетов в сети Ricochet, формируя несколько альтернативных маршрутов передачи. Передав пакет, эти узлы формировали сигнал ACK (acnowledgment), отправлявшийся на предыдущий в маршруте узел. Этот сигнал подтверждал успешную передачу пакета. Таким образом каждый пакет рикошетом отправлял назад подтверждение о своей доставке. Отсюда и название всей сети. Ну а название Poletop эти узлы получили потому, что чаще всего они крепились на фонарных столбах (Streetlight Pole) - самом удобном месте, коих в любом городе великое множество. Именно поэтому сеть Ricochet чаще всего разрасталась вдоль улиц.

Все модемы Poletop в радиусе десяти-двадцати миль связывались с проводной точкой доступа - специальным сервером, обычно располагаемым в одном из муниципальных зданий. Этот сервер обеспечивал высокоскоростное проводное соединение с ближайшим региональным интерфейсом доступа к IP-сетям. Работая на частоте 2,4 ГГц, Wired Access Point (WAP) обеспечивали высокую (до 128 килобит в секунду) скорость обмена данными с множеством Poletop. Чуть позже на этой же частоте стали работать и модемы пользователей.

Чаще всего региональный коммуникационный сервер сети Ricochet располагался в муниципальных зданиях (City Hall)

Множество региональных интерфейсов доступа к IP-сетям (NIF - Network Interface Facility) имели арендованные каналы связи к: провайдерам интернета, являющимся партнёрами Metricom; корпоративным сетям подписчиков Ricochet; центру управления (NOC - Network Оperations Center) самой распределённой сетью. Последняя не только контролировала состояние всех остальных компонентов сети, но и содержала сервер имён Ricochet, обеспечивающий авторизацию подключаемых к сети пользователей.

Работа в Ricochet не была похожа ни на одну из технологий доступа к интернету, имеющихся в то время. Фактически пользователь, включив ноутбук и беспроводной Ricochet-модем (он имел автономное питание), мог получить доступ в сеть в любом месте города. Его модем связывался в ближайшим Poletop, который, связываясь с соседними Poletop, формировал динамические маршруты движения пакетов к ближайшему WAP. Дальше пакеты Ricochet конвертировались в IP-пакеты и двигались по арендованным проводным сетям.

В конце девяностых сеть Ricochet имела более сорока тысяч подписчиков, несмотря на высокую стоимость модемов (триста долларов США), платную (тридцать долларов) регистрацию и немаленькую (семьдесят пять долларов) ежемесячную абонентскую плату. Все эти издержки с лихвой компенсировались возможностью получить доступ к сети где угодно - как в пределах родного города, так и в командировках в другие крупные города. Впрочем, движение Ricochet охватывало не только мегаполисы. Масса городков одноэтажной Америки имела возможность создать небольшую Ricochet-структуру.

Движение пакетов пользовательских данных в сети Ricochet происходило в буквальном смысле слова от столба к столбу.

В 1997 году Пол Аллен становится владельцем контрольного пакета акций компании Metricom. Аналитики прогнозируют блестящее будущее перспективной и, главное, реально работающей технологии. Однако в 2001 году, имея в подписчиках более пятидесяти тысяч человек, компания Metricom объявляет себя банкротом.

Причина банкротства? Всё дело в неверной маркетинговой политике, выбранной руководством Metricom. Развитие Ricochet не могло не сказаться на положении традиционных интернет-провайдеров, которые быстро скорректировали свои тарифы, сделав их по-настоящему народными. Более того, уяснив перспективность беспроводного доступа, большинство из них стали активно внедрять Wi-Fi. Не дремали и операторы сотовой связи, получившие в лице Ricochet пример организации беспроводной сети обмена данными на имеющейся инфраструктуре (фонарные столбы, муниципальные помещения).

В Metricom не почувствовали беды и даже не подумали сделать оборудование и тарифы дешевле. Увы, в компании увлеклись надуванием мыльного пузыря - беды всех доткомов. Средства вкладывались в "перспективные" исследования по увеличению пропускной способности сети, подписчикам и акционерам рапортовали о взятии новых скоростных рубежей и выпуске новых модемов. Забывала Metricom сообщать только о том, что последние пару лет перед банкротством она работала в долг, и долг этот рос с каждым днём.

Десять лет назад пузырь лопнул. Какое-то время сеть продолжала функционировать, теряя подписчиков. Несколько лет её активы перекупали различные компании и организации, питающие надежды возродить былое величие Metricom хотя бы в пределах нескольких отдельно взятых городов. В 2004 году компания Terabeam попыталась повторно развернуть сеть в крупных городах. Попытка увязла в бюрократической переписке с муниципалитетами и бесконечных переговорах с региональными провайдерами. Всё это происходило на фоне набирающего популярность доступа по GPRS и активного развития публичных точек Wi-Fi.

28 марта 2008 года сеть Ricochet официально прекратила своё существование.

Хорошие идеи не канут в бездну. А сеть Ricochet в своей основе имела отличную идею. Да, сейчас рядовой потребитель интернета получает доступ к Сети не с помощью модема Ricochet, интегрированного в его смартфон, а чаще всего благодаря технологии 3G и Wi-Fi. Такому успеху эти технологии не в последнюю очередь обязаны "смерти" сети Ricochet. Впрочем, почему смерти? Ricochet, как и известный политический деятель, жил, жив и, думается, будет ещё долго жить.

Судите сами. На базе наработок Ricochet успешно функционирует масса сервисных сетей передачи данных. Например, систем противопожарной охраны и контроля доступа к охраняемым объектам.

В случае необходимости развёртывания сетевой инфраструктуры в местах, не оборудованных традиционными точками доступа в Сеть (например, в ходе спасательных работ в труднодоступных местах или при техногенных катастрофах), идеи сети Ricochet становятся незаменимыми. Существуют даже проекты развёртывания ricochet-подобных сетей на базе летающих роботов-дронов.

И ещё. В последнее время всё больше разговоров ведётся о том, что ближайшее будущее беспроводного доступа к Сети - ячеистая инфраструктура, развёрнутая на множестве пользовательских устройств, которыми любой мегаполис просто наводнён. Так что, возможно, технология Ricochet ещё "отрикошетит" от прошлого в будущее.