Сети могут быть региональными, национальными или международного масштаба. Мы уже видели, что их архитектура составлена из дальних линий передачи, которые связывают маршрутизаторы в точках присутствия в различных городах, где действуют провайдеры. Это оборудование называют магистралью ISP. Если пакет предназначен для узла, обслуживаемого непосредственно ISP, этот пакет будет направлен по магистрали и поставлен узлу. Иначе он должен быть передан другому ISP.
Провайдеры соединяют свои сети, чтобы обмениваться трафиком в IXP (Internet eXchange Points, Точки обмена интернет-трафиком). Соединенные провайдеры, как говорят, видят друг друга. Множество провайдеров в городах во всем мире нарисованы вертикально на рис. 1.26, потому что сети накладываются географически. Обычно IXP — это комната, полная маршрутизаторов, по крайней мере по одному на каждого провайдера. ЛВС в комнате соединяет все маршрутизаторы, таким образом, пакеты могут быть отправлены от любой магистрали провайдера до любой другой. Точки обмена интернет-трафиком могут быть большими и находящимися в независимой собственности. Одна из самых больших — Amsterdam Internet Exchange, с которым соединяются сотни провайдеров, где они обмениваются сотнями гигабит в секунду трафика.
Равноправный информационный обмен, который происходит в точках обмена интернет-трафиком, зависит от деловых отношений между провайдерами. Есть много возможных отношений. Например, маленький провайдер мог бы заплатить большому провайдеру за интернет-связь, чтобы достигнуть отдаленных узлов; очень похоже на то, как клиент покупает услугу у интернет-провайдера. В этом случае маленький провайдер, как говорят, платит за транзит. Альтернативно, два больших провайдера могли бы обмениваться трафиком так, чтобы каждый из них мог поставить некоторый трафик другому, не имея необходимости платить за транзит.
Один из парадоксов интернет-технологий заключается в том, что зачастую провайдеры, которые открыто конкурируют друг с другом в борьбе за клиентов, в то же самое время организуют частную равноранговую связь между собой (Metz, 2001).
Путь, по которому пакет перемещается по Интернету, зависит от выбора связи между провайдерами. Если провайдер, отправляющий пакет, связан с местом назначения, он может доставить пакет непосредственно. Иначе он может направить пакет к самому близкому месту, в котором есть соединение с платным провайдером транзита так, чтобы провайдер мог отправить пакет. На рисунке 1.26 показаны два примера пути через провайдеров. Часто путь пакета через Интернет не будет кратчайшим путем.
Наверху «пищевой цепи» находится маленькая горстка компаний, таких как AT&T и Sprint, которые управляют большими международными базовыми сетями с тысячами маршрутизаторов, соединенных линиями оптоволокна высокой пропускной способности. Эти провайдеры не платят за транзит. Их обычно называют первым ярусом провайдеров, и они, как говорят, формируют магистраль Интернета, так как все остальные должны соединиться с ними, чтобы быть в состоянии достигнуть всего Интернета.
Компании, которые обеспечивают много контента, такие как Google и Yahoo!, располагают свои компьютеры в информационных центрах, которые хорошо соединены с остальной частью Интернета. Эти информационные центры разработаны для компьютеров, а не для людей, и могут быть наполнены стойками машин, называемых серверной фермой. Расположение клиентов информационных центров хостинга, которым позволяют поместить оборудование, такое как серверы в точках присутствия провайдеров, таково, чтобы короткие, быстрые соединения могли быть сделаны между серверами и магистралями провайдера. Индустрия интернет-хостинга становится все более и более виртуальной, так что теперь, вместо того чтобы установить физический компьютер, распространена возможность арендовать виртуальную машину, которая работает на серверной ферме. Эти информационные центры являются настолько крупными (десятки или сотни тысяч машин), что основными их затратами является электричество, поэтому информационные центры иногда создаются в областях, где электричество дешево.
На этом мы закончим наш краткий обзор архитектуры Интернета. Впереди еще много разделов, посвященных изучению отдельных компонентов этого вопроса: проектирования, алгоритмов, протоколов. Еще один момент, стоящий упоминания, — изменение понятия «быть в Интернете». Мы привыкли, что машина находится в Интернете, если: (1) выполняется стек протокола TCP/IP; (2) у нее имеется IP-адрес; и (3) она может пересылать IP-пакеты другим машинам в Интернете. Однако провайдеры часто повторно используют IP-адреса, в зависимости от того, какие компьютеры работают в настоящее время, и домашние сети часто совместно задействуют один IP-адрес для нескольких компьютеров. Эта практика подрывает второе условие. Меры по безопасности, такие как брандмауэры, могут также частично заблокировать компьютеры от получения пакетов, подрывая третье условие. Несмотря на эти трудности, имеет смысл расценивать такие машины, как находящиеся в Интернете, в то время как они соединены со своими провайдерами.
Хочется напоследок отметить еще один нюанс: некоторые компании, объединяющие свои внутренние сети, часто используют те же технологии, которые используются в глобальной сети Интернет. Доступ к данным этих интрасетей обычно ограничивается пределами компании или ноутбуками, принадлежащими компании, но во всем остальном это тот же самый Интернет, только в миниатюре.
1.5.2. Мобильная телефонная сеть третьего поколения
Люди любят говорить по телефону даже больше, чем путешествовать на просторах Интернета, и это сделало мобильную телефонную сеть самой успешной сетью в мире. Количество абонентов уже превысило четыре миллиарда — это примерно 60 % населения Земли и больше чем количество интернет-узлов и стационарных телефонных линий (ITU, 2009). За последние 40 лет сеть мобильной связи очень разрослась, а ее архитектура сильно изменилась. Системы первого поколения передавали голосовые вызовы в виде непрерывных (аналоговых) сигналов, а не как последовательность битов. Система AMPS (Advanced Mobile Phone System), развернутая в Соединенных Штатах в 1982 году, была самой популярной системой первого поколения. Системы второго поколения перешли на передачу голосовых вызовов в цифровом виде, что увеличило пропускную способность, повысило безопасность и позволило осуществлять обмен текстовыми сообщениями. GSM (Глобальная система мобильной связи) была развернута с 1991 года и стала наиболее широко используемой системой мобильной телефонной связи в мире, относится к системам 2-го поколения.
Третье поколение, или 3G-системы, были развернуты в 2001 году. Они предлагают как цифровую передачу голоса, так и широкополосную цифровую передачу данных. В 3G-системах используется множество различных стандартов. ITU (который мы обсудим в следующем разделе) утверждает, что 3G должен обеспечивать скорость передачи данных не менее 2 Мбит/с для неподвижных или идущих пользователей и 384 Кбит/с при перемещении в транспортном средстве. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), также названный WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), является основной 3G-системой, которая быстро развертывается во всем мире. Она может обеспечить до 14 Мбит/с для входящей и почти 6 Мбит/с для исходящей информации. Следующие версии 3G-системы будут использовать комплексы антенн и передатчиков, чтобы предоставить пользователям еще большие скорости.
Наиболее критичный ресурс в системах 3G (как и в более ранних 2G- и Ю-сис-темах) — ограниченность полосы радиочастот. Правительства предоставляют операторам мобильных сетей права на использование частотных диапазонов, для этого могут проводиться аукционы, на которых заинтересованные лица делают ставки. Лицензирование частотного диапазона облегчает разработку и управление системами, так как никто больше не может получить разрешение передавать на этих частотах, но обходится достаточно дорого. В Великобритании в 2000 году, например, пять лицензий 3G ушли с аукциона за сумму около $40 млрд.
