Архитектура коммутации потоков призвана устранить необходимость в двойном преобразовании электрических и оптических каналов

Столь огромный скачок в скорости будет возможен, если изменить механизм работы маршрутизаторов трафика Интернета, — убежден профессор МТИ Винсент Чан, руководитель группы инженеров, разработавшей методику. Как объясняет Чан, если заменить электрические сигналы в маршрутизаторах оптическими, те начнут работать в 100, если не в 1000 раз быстрее, и к тому же  потреблять меньше электроэнергии.

Каким станет Интернет, если скорость работы Сети вырастет в такой степени?

«Когда Интернет ускорится в 100  раз, пользователь, сегодня с трудом загружающий 100-мегабайтный файл, сможет легко отправить файл на 10 Гбайт, — заявляет Чан. — Компьютерные процессоры со временем станут намного более мощными, а вместе с их быстродействием вырастут и потребности приложений в объемах загрузки данных. Сами пользователи начнут требовать более высоких скоростей доступа. Но сможет ли Интернет обеспечить скорости, необходимые для сетевых приложений с трехмерной графикой, интерактивных игр и систем высокоскоростных финансовых торгов?»

Чан уверен, что рано или поздно Интернет неизбежно начнет «задыхаться» от трафика подобных приложений, причем произойти это может уже с появлением на рынке 16-ядерных процессоров: «Думаю, нехватка скорости Интернета начнет ощущаться уже через три — пять лет».

Решить проблему, по мнению Чана, можно, если использовать в маршрутизаторах оптическое волокно.

Волоконно-оптические каналы используются в инфраструктуре Интернета для передачи данных на большие расстояния, например между континентами. По этим каналам данные передаются с меньшими потерями, чем в виде электрических сигналов, но с оптическими импульсами работать сложнее. Трудности возникают, в частности, при обработке маршрутизатором оптических сигналов, поступающих одновременно с нескольких направлений. Чтобы упростить задачу, оптический сигнал обычно преобразуется в маршрутизаторе в электрический для сохранения в памяти и последующей обработки, по завершении которой выполяется обратное преобразование и дальнейшая отправка.

Весь процесс требует времени и расхода энергии. Команда инженеров под руководством Чана разработала технологию, способную избавить от необходимости двойного преобразования сигнала.

Спроектированная ими архитектура получила название коммутации потоков (flow switching). Она предусматривает формирование в Сети выделенного маршрута между пунктами, которые обмениваются большими объемами данных, скажем, между Кремниевой долиной и Бостоном. Как объясняют в МТИ, маршрутизаторы вдоль такого маршрута будут принимать лишь сигналы, приходящие с одного направления, и передавать их тоже только по одному направлению. Если оптические сигналы будут поступать только с одного направления, отпадет нужда преобразовывать их в электрические для хранения в памяти.

«Если таким образом действительно удастся ускорить передачу данных по Интернету в 100 раз, то удобство пользования Сетью вырастет многократно, — полагает Дэн Олдс, аналитик Gabriel Consulting Group. — Эра господства 3D-графики и эффекта 'полного погружения' в Интернете наступит гораздо быстрее. Если новая технология окажется применимой, это будет очень большой шаг вперед».

По оценке Роба Эндерле, главного аналитика Enderle Group, устранение узких мест Сети стало бы огромным достижением: «Сегодня сама Сеть является узким местом сред размещаемых компьютерных систем. Нужен более быстрый Интернет, причем уже сейчас, ведь во многих случаях нам удается пользоваться только 20% доступной пропускной способности».

Как указывает Олдс, рост потребностей устройств и приложений неизбежно приводит к необходимости замены инфраструктуры Интернета на более быструю: «Интернету придется стать быстрее. Каждый год у Cети появляются миллионы новых пользователей и возрастает многообразие подключенных устройств — смартфонов, датчиков и т. д. Трафик Web и объемы контента растут ужасающе быстрыми темпами, Сеть не справляется».

Чан подчеркивает, что с переходом на оптическое волокно не только повысится быстродействие маршрутизации, но и станет более дешевым высокоскоростной доступ к Интернету. 

«Сегодня не всякий может заплатить за высокую пропускную способность, требуемую ресурсоемким приложениям, — отмечает Чан. — Наша архитектура позволит сделать быстрый доступ дешевле».

Сейчас разработчики тестируют транспортный уровень новой архитектуры в исследовательском центре Bell Labs в Нью-Джерси. Их задача — удостовериться, что полный переход на оптику не окажет негативного влияния на работу Интернета.

Чан планирует основать компанию, которая будет продавать и внедрять новую технологию. Он сообщил, что следующим этапом деятельности инженеров станет ограниченное тестирование новой системы поверх существующей сетевой инфраструктуры: «Я считаю, мы провели уже достаточно тестов, чтобы убедиться в том, что транспортный уровень готов и архитектура работоспособна».

Исследователи ведут переговоры о внедрении своей разработки с поставщиками маршрутизаторов. В действенности изобретения также предстоит убедить крупнейших интернет-провайдеров.

«Если технология действительно работает, как заявлено, то основным препятствием на пути к ее внедрению станут расходы, сопряженные с установкой нового оборудования и перестройкой схемы работы Сети, — полагает Олдс. — Развертывание такой технологии обойдется недешево, и цены могут упасть, лишь когда новое оборудование начнут выпускать в массовом порядке».

По мнению Олдса, крупных провайдеров и пользовательские организации будет непросто убедить пойти на подобные расходы: «Внедрение новой технологии потребует внушительных расходов не только на оборудование, но также на тестирование и оптимизацию работы Интернета на новых скоростях. Довода, что скорость света — самая большая, вряд ли будет достаточно, чтобы убедить провайдеров раскошелиться. Потребуется продемонстрировать им, что новшество позволит не только повысить пропускную способность, но и уменьшить энергозатраты».

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями