Technologie internetu (4.): Věčné dilema – pakety, nebo okruhy?

IP verze 6, o němž jsme mluvili minule, nemůžeme v žádném případě považovat za konkurenta IPv4. Nová verze IP je připravena – a buďme za to rádi – pro případ, že se naplní vize internetu jako pervazivní sítě, která bude v každém bytě, a dokonce na těle každého z nás zastoupena desítkami komunikujících zařízení.



IP verze 6, o němž jsme mluvili minule, nemůžeme v žádném případě považovat za konkurenta IPv4. Nová verze IP je připravena – a buďme za to rádi – pro případ, že se naplní vize internetu jako pervazivní sítě, která bude v každém bytě, a dokonce na těle každého z nás zastoupena desítkami komunikujících zařízení.

Jak jsme vysvětlili, obě verze IP jsou založeny v podstatě na stejných principech: nespojované komunikaci a směrování datagramů proměnné délky. Jsou zde ovšem jiné technologie, které se v minulosti snažily či dosud snaží IP "vylepšit", nebo dokonce nahradit. Jejich výchozím, byť nikdy neprokázaným předpokladem je tvrzení, že klasický internet je se svými poměrně dlouhými pakety a nespojovanou komunikací nevhodný pro některé typy interaktivních aplikací. Lékem má být spojovaná komunikace (analogie s telefonním spojením, například vytáčené připojení) založená na propojování virtuálních okruhů (viz rámeček). Během 15 let existence českého internetu jsme měli tu čest seznámit se s několika takovými technologiemi:
  • Protokol X.25 je v jistém smyslu výjimkou, protože pochází ze 60. let, tedy ještě z doby předinternetové. Jeho hlavní ambicí bylo umožnit datovou komunikaci na pomalých a nespolehlivých telekomunikačních okruzích. X.25 byl zajímavý tím, že kombinoval virtuální okruhy s pakety proměnné délky. Dnes je prakticky mrtvý, i když řadu jeho prvků převzala linková technologie Frame Relay, která ovšem protokolu IP nekonkuruje.
  • Technologie ATM (Asynchronous Transfer Mode) znamenala v polovině 90. let frontální útok na IP. Charakteristickou vlastností je pevná délka datových jednotek zvaných ATM buňky (53 bajtů). Deklarovaným cílem ATM bylo prakticky kompletní nahrazení rodiny TCP/IP vlastními protokoly. ATM se dnes už používá jen zřídka, vesměs ve podobě permanentních virtuálních okruhů určených pro transport IP.
  • Svého druhu nástupcem ATM se stalo MPLS (Multi-Protocol Label Switching). Jeho cílem už ovšem nebylo plné nahrazení IP, ale jen jeho doplnění zavedením přepínaných virtuálních okruhů do páteřních sítí – nepředpokládá tedy jako ATM sestavování okruhů po celé trase mezi koncovými uživateli. MPLS můžeme často najít v páteřních sítích větších poskytovatelů internetového připojení a také v interních sítích velkých firem. Důvodem jeho zavádění však nejsou výhody spojené s MPLS jako metodou přenosu dat – ty bychom totiž hledali jen velmi těžko – ale spíše s jeho specifickými nadstavbami, jako jsou virtuální privátní sítě, usměrňování provozu (traffic engineering) či možnost velmi rychlého přepnutí na záložní trasu v případě výpadku.
  • Nejnovějším hitem je Zobecněné MPLS (GMPLS, Generalised MPLS), které je speciálně zaměřeno na optické sítě a využívá přenosovou technologii WDM (Wavelength Division Multiplexing). Virtuální okruh je v tomto případě určen fyzikální vlastností přenášeného signálu, totiž jeho vlnovou délku. WDM je v podstatě optickou verzí frekvenčního multiplexingu, který se využívá například pro šíření rozhlasového a televizního signálu.

Motivy a mýty

Sítě s virtuálními okruhy jsou nesporně „chytřejší“ než klasický internet, jenže bohužel také složitější, méně pružné a celkově finančně náročnější. Internet jistě není dokonalý, ale ruku na srdce – funguje docela dobře a zdá se, že může naplnit ambici globální sítě s miliardami uživatelů. Z čeho tedy pramení snahy o zavádění prvků spojované komunikace?

Domnívám se, že hlavní jsou komerční a marketingové důvody. Poskytovatelé připojení by velmi rádi diferencovali svou nabídku zaváděním (pochopitelně příslušně zpoplatněných) priorit a záruk pro některé své zákazníky. Pracuje-li většina internetu v režimu „best effort“, mohou nabídnout jen různé kapacity či úrovně agregace přístupových linek, které ovšem samy o sobě definovanou kvalitu služby nezaručí: zlatý či platinový zákazník se může stejně kdesi v hloubi internetu tlačit s neprivilegovanou většinou.

Velcí telekomunikační operátoři pak také očividně těžko snášejí ztrátu svého dřívějšího monopolního postavení a demokratizaci trhu komunikačních služeb, na němž jim může úspěšně konkurovat parta nadšenců s minimálními náklady na zařízení i režii. Sofistikovaná síť by jim pomohla zvýšit pomyslnou laťku, přes níž by se jen tak každý nedostal. Spojovaná komunikace má stále silnou pozici v akademickém prostředí. To je dáno tradicí výuky, která až donedávna výrazně protežovala klasickou telekomunikaci na úkor technologií internetu.

Nejčastěji uváděnou technickou výhodou spojovaných okruhů je možnost řízení kvality služby, tedy například omezení přenosového zpoždění, které je nezbytné pro telefonování přes internet či jiné interaktivní služby. Tuto výhodu lze i prakticky demonstrovat, ovšem jen v omezeném rozsahu a s malým počtem účastníků. Nikdo zatím neukázal, že je možné taková vylepšení široce aplikovat v dimenzích současného internetu. Dosavadní zkušenosti spíše ukazují, že tomu tak není. Jedinou spolehlivou cestou ke zlepšování kvality služby v internetu je zvyšování kapacity linek.

Dobrou analogií je silniční síť. Stojíme-li s autem v zácpě, můžeme zajisté přemýšlet o vylepšeních, která by takovým nepříjemnostem zabránila. Pomohlo by, kdyby na každé křižovatce řídil dopravu policista? Anebo co kdybych si mohl koupit přednost v jízdě před ostatními? Snad se mnou bude laskavý čtenář souhlasit, že taková opatření by měla přesně opačné účinky – nedostali bychom se už vůbec nikam. Jediné, co spolehlivě funguje, je rozšíření počtu jízdních pruhů v kritických místech. Mám zato, že v případě internetu je tomu právě tak.


Přepínání virtuálních okruhů

Klasická telefonní síť původně propojovala účastníky hovoru okruhy tvořenými fyzickými vodiči. Zavedení multiplexingu – frekvenčního (FDM) a později časového (TDM) – umožnilo sdílet stejný vodič pro větší počet současných hovorů. Pro datové přenosy je nejvhodnější statistický multiplexing, který podobně jako TDM skládá datové jednotky (pakety či buňky) jednotlivých spojení střídavě za sebou podél časové osy, na rozdíl od TDM však nejsou časová okna dopředu přidělena, ale zaplňují se podle potřeby.

Virtuální okruhy jsou definovány číselnou značkou (VCI, Virtual Circuit Identifier) v hlavičce paketu nebo buňky. Na základě VCI přepínače tyto datové jednotky předávají ze vstupního rozhraní na výstupní. Před započetím komunikace je nutno virtuální okruh sestavit. To je možné udělat buď ručně anebo automaticky na základě žádosti signalizované jedním z koncových bodů okruhu. V prvním případě jde o permanentní virtuální okruh (PVC, Permanent Virtual Circuit), zatímco ve druhém o přepínaný okruh (SVC, Switched Virtual Circuit).










Komentáře