Компьютерные сети. 6-е изд.

Использовать сотовые сети и точки доступа Wi-Fi для подключения к удаленным компьютерам может и другая бытовая электроника. Планшеты и устройства для чтения электронных книг могут скачать при подключении к интернету купленную книгу, последний выпуск журнала или свежую газету. А цифровые фоторамки могут выводить на экран новое изображение в нужный момент.

Мобильные телефоны обычно «знают», где находятся. GPS (Global Positioning System — система глобального позиционирования) может напрямую определить местоположение устройства. Кроме того, телефон может определить свое местоположение путем триангуляции по точкам доступа Wi-Fi с известными координатами. Работа некоторых приложений основана на этой информации. В первую очередь это мобильные карты, ведь ваш телефон или автомобиль с GPS, вероятно, лучше вас знает, где вы находитесь. Сюда входят также приложения для поиска ближайшего книжного магазина или китайского ресторана либо местный прогноз погоды. Регистрируют местоположение и другие сервисы, например, для снабжения фотографий и видео метками, соответствующими месту съемки. Проставление подобных меток называется геотегированием (geo-tagging).

Мобильные телефоны все чаще используются в мобильной коммерции (m-commerce) (Сенн; Senn, 2000). Отправка SMS используется для авторизации платежей в торговых автоматах, оплаты билетов в кинотеатры и других мелких покупок (вместо наличных денег и платежных карт). Позже сумма покупки снимается со счета мобильного телефона. При наличии технологии NFC (Near Field Communication — беспроводная связь малого радиуса действия) мобильный телефон может играть роль бесконтактной (RFID) платежной карты. В этом случае платеж происходит путем взаимодействия со считывающим устройством. Движущими силами этого явления выступают производители мобильных устройств и провайдеры, которые отчаянно стремятся откусить кусок пирога электронной коммерции. С точки зрения магазина такая схема позволяет сэкономить большую часть банковской комиссии, которая обычно составляет несколько процентов. Конечно, у этого плана есть и недостатки. Покупатели могут воспользоваться RFID или сканером штрихкода на своих мобильных устройствах и получить подробную информацию о ценах на интересующий их товар в соседних магазинах.

Мобильная коммерция особенно привлекательна тем, что пользователи смартфонов привыкли за все платить. Это отличает их от интернет-пользователей, которые считают, что все должно быть бесплатно. Если бы какой-то веб-сайт начал взимать плату с пользователей за возможность платить кредитной картой, они подняли бы страшный шум. При этом если мобильный оператор предоставит возможность оплатить товары в магазине, просто помахав перед кассой телефоном, а затем спишет за это удобство небольшую комиссию, то, вероятно, пользователи воспримут это как должное. Время покажет.

В будущем области применения мобильных и беспроводных компьютеров по мере уменьшения их размеров будут быстро расширяться, вероятно, совершенно неожиданным образом. Давайте рассмотрим некоторые из потенциальных вариантов. Сенсорные сети (sensor networks) состоят из узлов, собирающих и передающих информацию о состоянии окружающего мира. Эти узлы могут встраиваться в машины или телефоны, а могут представлять собой отдельные маленькие устройства. Например, автомобиль может собирать данные о своем местоположении, скорости, вибрации и КПД топлива из бортовой системы диагностики и загружать их в базу данных (Халл и др.; Hull et al., 2006). С помощью этой информации водитель сможет засечь ямы на дорогах, объехать пробки или выяснить, что он тратит слишком много бензина по сравнению с другими водителями на одном участке дороги.

Сенсорные сети производят настоящую революцию в науке, поскольку предоставляют массу данных о ранее не наблюдавшихся видах поведения. Один из примеров — отслеживание миграции отдельных зебр путем прикрепления к каждой из них маленького датчика (Цзюань и др.; Juang et al., 2002). Исследователи сумели уместить беспроводный компьютер в один-единственный кубический миллиметр (Варнеке и др.; Warneke et al., 2001). Благодаря таким крошечным компьютерам можно отслеживать перемещения даже маленьких птиц, грызунов и насекомых.

Беспроводные парковочные автоматы могут принимать платежи с помощью кредитных или дебетовых карт, с мгновенной верификацией по беспроводной линии связи. Они также сообщают, если место занято. Благодаря этому водители могут скачать актуальную карту парковок и с легкостью найти свободное место. Разумеется, когда оплаченное время заканчивается, автомат может проверить (с помощью датчика отраженного сигнала), на месте ли машина, и известить об этом охранника. По некоторым оценкам, только муниципальные власти США собирают подобным образом дополнительные $10 млрд штрафов (Харте и др.; Harte et al., 2000).

1.2.3. Сети доставки контента

В настоящее время многие интернет-сервисы подключены к «облаку», то есть сетям дата-центров (data-center networks). Современные дата-центры состоят из сотен тысяч или даже миллионов серверов, находящихся в одном месте. Серверные стойки располагаются тесными рядами в помещениях, которые могут быть более километра в длину. Сети дата-центров обслуживают стремительно растущие потребности облачных вычислений (cloud computing). Они проектируются в расчете на перемещение больших объемов данных между серверами дата-центра, а также между самим дата-центром и остальным интернетом.

Большинство используемых вами приложений и сервисов, начиная от посещаемых веб-сайтов и до облачных программ редактирования заметок, хранят данные в сетях дата-центров. Подобные сети сталкиваются с проблемой масштабирования, в плане как пропускной способности сети, так и использования электроэнергии. Одна из основных проблем, связанных с пропускной способностью сети, — так называемая пропускная способность сегмента сети, то есть скорость передачи данных между двумя серверами сети. В основе архитектуры ранних сетей дата-центров лежала простая топология типа «дерево» с тремя слоями коммутаторов: доступ, агрегирование и ядро. Эта простая архитектура плохо масштабировалась и была подвержена сбоям.

Многие популярные интернет-сервисы доставляют контент пользователям по всему миру. Для этого используются сети доставки контента (CDN, Content Delivery Network). CDN представляет собой большой набор серверов, географически расположенных таким образом, что контент размещается как можно ближе к запрашивающему его пользователю. У крупных поставщиков контента, таких как Google, Facebook и Netflix, есть свои собственные CDN. Некоторые CDN, например Akamai и Cloudflare, предоставляют услуги хостинга более мелким сервисам, у которых нет своих собственных CDN.

Необходимый пользователям контент (от статических файлов до потокового видео) реплицируется по множеству различных мест в одной CDN. Когда пользователь запрашивает некий контент, CDN выбирает, какая реплика выдаст данные этому пользователю. Этот процесс должен учитывать расстояние до клиента от каждой из реплик, загруженность серверов CDN, а также интенсивность трафика и перегруженность самой сети.

1.2.4. Транзитные сети

Данные в интернете проходят через множество независимых сетей. Вряд ли контент посещаемых вами веб-сайтов содержится в сети, которую обслуживает ваш домашний провайдер. Обычно он располагается в сетях дата-центров, а пользователи могут обращаться к нему из сети доступа. При этом контент должен пройти через интернет от дата-центра до сети доступа, а затем до устройства пользователя.

Если поставщик контента и интернет-провайдер (ISP, Internet Service Provider) не связаны напрямую, трафик между ними зачастую передается через транзитную сеть (transit network). Транзитные сети обычно взимают плату за сквозную передачу трафика как с ISP, так и с поставщика контента. Если содержащая контент сеть и сеть доступа обмениваются друг с другом достаточным количеством трафика, возможно, для них имеет смысл установить прямое взаимоподключение. Подобное прямое соединение характерно для серьезных ISP и крупных поставщиков контента, таких как Google и Netflix. Для этого ISP и поставщик контента должны создать и поддерживать сетевую инфраструктуру для прямого взаимного соединения, зачастую в нескольких географических точках.

Транзитные сети традиционно называют опорными, или магистральными, сетями (backbone networks), поскольку их задача заключается в перемещении трафика между двумя конечными точками. Много лет тому назад транзитные сети приносили огромный доход, поскольку все остальные сети нуждались в них (и платили им) для соединения с остальным интернетом.

В последнее десятилетие, впрочем, возникли две иные тенденции. Первая из них порождена изобилием сервисов и крупных сетей доставки содержимого, размещающих данные в облаке. Эта тенденция состоит в консолидации контента у нескольких крупных поставщиков. Вторая тенденция заключается в расширении зон обслуживания отдельных сетей доступа ISP. Ранее многие ISP были небольшими, региональными, однако сегодня многие из них охватывают целые страны (или даже несколько стран). Это расширяет как географию их возможного соединения с другими сетями, так и их абонентскую базу. А по мере того как размеры (и переговорные возможности) сетей доступа и сетей поставщиков контента растут, более крупные сети все меньше полагаются на транзитные сети при доставке трафика. Зачастую они предпочитают соединяться напрямую, оставляя транзитные сети в качестве резервного варианта.

1.2.5. Корпоративные сети

В большинстве организаций (компаний, университетов и т.д.) много компьютеров. Они могут понадобиться любому сотруднику для выполнения различных задач — от проектирования продукта до формирования платежной ведомости. Обычно эти компьютеры подключаются к общей сети, что позволяет сотрудникам совместно использовать данные, информацию и вычислительные ресурсы.

Совместное использование ресурсов (resource sharing) делает программы, оборудование и прежде всего данные доступными другим пользователям сети, независимо от того, где эти ресурсы и пользователи находятся физически. Самый простой пример — совместное использование принтера работниками офиса. Личный принтер многим сотрудникам ни к чему, а высокопроизводительный сетевой принтер намного экономичнее, быстрее и проще в обслуживании, чем большой парк отдельных принтеров.

Совместное использование информации, вероятно, играет даже более важную роль, чем совместное использование материальных ресурсов (таких, как принтеры и системы резервного копирования). Большинство компаний предоставляет сотрудникам онлайн-доступ к данным о клиентах и товарах, складской информации, финансовым и налоговым отчетам и многому другому. Банк не смог бы проработать и пяти минут, если бы все его компьютеры внезапно отказали. Современная фабрика, с управляемым компьютером конвейером, не продержалась бы и пяти секунд. Даже маленькому турагентству или юридической фирме из трех человек чрезвычайно необходимы компьютерные сети для быстрого доступа к нужной информации и документам.