نسل جديد روترها

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: راه.حل مشكلات روترهاي شبكه از ديدگاه يكي از بنيان.گذاران اينترنت

نويسنده: لورنس جي رابرتس منبع: IEEE Spectrum، ژوئيه 2009 ترجمه: محمد ناصح

اشاره: امروز ترافيك اينترنت به سرعت افزايش مي.يابد و ماهيت آن پيچيده.تر و متغيرتر از قبل مي.شود. به.ويژه در برنامه.هاي صوتي و تصويري شاهد نوعي انفجار اطلاعاتي هستيم. در سراسر دنيا ميليون.ها نفر براي برقراري تماس.هاي صوتي از Skype استفاده.مي.كنند و براي به اشتراك.گذاري فايل.هاي ويديويي به سراغ سايت.هاي اشتراك فيلم مي.روند.

اينترنت دچار نقص شده.است. اين را مي.دانم، زيرا من آن را طراحي کرده.ام. در سال 1967 من اولين نقشه اينترنت را كه در واقع پدر اينترنت امروزي.است، طراحي كردم. اين طرح ARPANET (سرنام Advanced Research Projects Agency Network) نام داشت. سپس رهبري گروه طراحي و ساخت آن را بر عهده گرفتم. ايده اصلي كار، به.اشتراك.گذاري زيرساخت.هاي موجود شبكه به.واسطه ارسال بسته.هاي اطلاعاتي كوچك بود. اگرچه ممكن بود زمان رسيدن اين بسته.هاي اطلاعاتي متفاوت باشد، اما اغلب به مقصد مورد نظر مي.رسيدند. كامپيوترهاي كوچكي كه ترافيك اطلاعات را مسيردهي مي.كردند (و من آن.ها را Interface Message Processor يا IMP مي.ناميدم)، به صورت روترهاي امروزي تغيير شكل دادند و مدت زماني طولاني همراه با رشد شگفت.انگيز شبكه، متحول شدند. تا اين.كه اوضاع تغيير كرد...
اينترنت دچار نقص شده است
امروز ترافيك اينترنت به سرعت افزايش مي.يابد و ماهيت آن پيچيده.تر و متغيرتر از قبل مي.شود. به.ويژه در برنامه.هاي صوتي و تصويري شاهد نوعي انفجار اطلاعاتي هستيم. در سراسر دنيا ميليون.ها نفر براي برقراري تماس.هاي صوتي از Skype استفاده.مي.كنند و براي به اشتراك.گذاري فايل.هاي ويديويي به سراغ سايت.هاي اشتراك فيلم مي.روند. سرويس.هايي مانند Hulu و Netflix كه امكان مشاهده برنامه.هاي تلويزيون و فيلم.هاي سينمايي را براي كاربران فراهم مي.كنند، هرروز محبوب.تر مي.شوند. شركت.هاي بزرگ با استفاده از پروتكل اينترنت يا IP به برگزاري ويديوكنفرانس و برپاسازي سيستم.هاي تلفن اقدام مي.كنند. امروز كاربران محتواي موردنظر خود را علاوه بر كامپيوترهاي شخصي براي گوشي.هاي آي.فون و بلک.بري و دريافت.كننده.هاي رسانه.اي مانند Apple TV و همچنين دستگاه.هاي بازي مانند Xbox محصول شركت مايكروسافت و PlayStation3 محصول شركت سوني ارسال مي.كنند. ارتباطات و سرگرمي در حال انتقال به روي شبكه جهاني اينترنت است.

اما اين انتقال مشكلات خاص خود را دارد. برخلاف ايميل و صفحات وب ايستا كه قادر به تحمل اختلالات شبكه هستند، كاهش كيفيت صدا و تصوير در طول فرآيند انتقال تنها در اثر تأخيري به ميزان چند ميليونيم ثانيه رخ مي.دهد. علت اين مشكل در روترهاي سنتي نهفته است. اين روترها نمي.توانند پخش بدون قطع كليپ.هاي ويديويي را براي كاربران تضمين كنند. اين روترها با بسته.هاي اطلاعاتي مربوط به فايل.هاي ويديويي به.گونه.اي رفتار مي.كنند كه موجب از دست رفتن اطلاعات مي.شود؛ در حالي كه بايد اين بسته.هاي نرم.افزاري را بدون هيچ نقصي منتقل كنند.

يك روتر عادي را درنظر بگيريد كه دو بسته اطلاعاتي را از يك ويديو دريافت مي.كند. اين روتر با بررسي آدرس مقصد بسته اول يك جدول مسيردهي ايجاد مي.كند. سپس بسته را در صف قرار مي.دهد تا زمان ارسال آن فرا رسد. هنگام دريافت بسته دوم، روتر همان مراحل قبل را تكرار مي.كند و قادر به تشخيص اين نكته نيست كه هر دو بسته متعلق به يك فايل ويديويي هستند. ممكن است اين وظايف اضافي كم.اهميت جلوه كنند، اما تعداد آن.ها مي.تواند به سرعت زياد شده و موجب كاهش انعطاف.پذيري شبكه و افزايش هزينه.ها شود.

در اينجا ممكن است از خود بپرسيد: «من بدون هيچ مشكلي از Skype يا سايت.هاي به.اشتراك.گذاري ويديو استفاده مي.كنم، پس مشكل در كجاي كار است؟» در حقيقت، شما به دليل تأمين بيش.از حد منابع و قابليت.ها در اينترنت مي.توانيد از چنين خدماتي بدون بروز مشكل بهره. ببريد. اپراتورهاي شبكه تعداد بسيار زيادي از سيستم.هاي ارتباطي نوري را نصب كرده و مورد استفاده قرار مي.دهند و مي.توانند اشكالات ترافيك را رفع كنند. اما اين تجهيزات به.طور متوسط با ظرفيت كمتر از تمام توان خود عمل مي.كنند. شرايط سرويس.هايP2P (سرنامPeer-to-Peer) كه براي دريافت فيلم و ساير فايل.هاي بزرگ به.كار گرفته مي.شوند، از اين هم بدتر است. اين خدمات هرروز ظرفيت بيشتري از پهناي باند را اشغال مي.كنند. ممكن است كاربران اين سرويس.ها در برخي از شبكه.ها فقط پنج درصد از كل كاربران را تشكيل دهند، در حالي كه 75 درصد از پهناي باند را اشغال مي.كنند.

بنابراين، با وجود اين.كه ممكن است كاربران وسعت مشكل را درك نكنند، شرايط بسياري از عرضه.كنندگان خدمات اينترنتي و اپراتورهاي اينترنت رو به وخامت است. تأمين پهناي باند موردتقاضا مستلزم صرف هزينه.هاي هنگفتي براي ايجاد زيرساخت.هايي بود كه بخش بزرگي از آن.ها بدون استفاده باقي ماند. به عبارت ديگر، ما افزايش پهناي باند را به.عنوان راه.حل براي مشكلي مورد استفاده قرار داديم كه نيازمند يك راه.حل محاسباتي است.

من و همكارانم در مؤسسه Anagran كه آن را در منطقه Sunnyvale از ايالت كاليفرنيا بنيان.گذاري کرديم، با درنظر گرفتن اين مشكلات، تصميم گرفتيم، روترها را دوباره اختراع کنيم. براي اين كار از يك ايده توانمند بهره.گرفيتم، براساس اين ايده اگر يك روتر بتواند اولين بسته اطلاعاتي را از يك مجموعه شناسايي كند،. مي.تواند ساير بسته.هاي اطلاعاتي مربوطه را نيز تفكيك.كرده و مراحل انتظار و مسيريابي دوباره را حذف كند. اين رويكرد موجب تسريع جريان انتقال اطلاعات، كاهش بسته.هاي اطلاعاتي مفقود شده و تأخير در ارسال اطلاعات مي.شود. به.علاوه، امكان استفاده از ابزارهاي كنترلي بهتر را فراهم.كرده و موجب صرفه.جويي در توان مصرفي، حجم كار و هزينه انتقال اطلاعات مي.شود.

شكل 1- ارباب روتر: لورنس جي رابرتس، بنيان.گذار اينترنت روترهاي شبكه را به.منظور برقراري جريان اطلاعات، بازمهندسي كرده است.لورنس جي رابرتس، در سال 1960 گروه محققان توسعه.دهنده آرپانت را كه پدر اينترنت امروزي محسوب مي.شود،رهبري مي.كرد. او پيشنهاد مي.كند، روترهاي قديمي را كه طراحي خود او بوده.اند، كنار گذاشته و نسل جديدي از روترها را كه توانايي مديريت پيچيدگي.هاي ترافيك صوتي و تصويري را در وب امروزي دارند، جايگزين آن.ها كنيم. البته، رابرتس به صورت آنلاين فيلم نمي.بيند و به موسيقي گوش نمي.كند. او مي.گويد: «من استفاده چنداني از اينترنت نمي.كنم. من حتي تلويزيون نيز نمي.بينم.»

درك درست نحوه مديريت جريان اطلاعات
كسب درك درستي از نحوه مديريت جريان داده.ها در توصيف محدوديت.هاي روش.هاي مسيريابي كنوني مؤثر است. در سيستم.ها، بسته.هاي ورودي ابتدا براي مجموعه.اي از تراشه.هاي سفارشي كه وظيفه مسيريابي را بر عهده دارند، ارسال مي.شوند. تراشه.هاي مذكور آدرس مقصد هر بسته را خوانده و جدول مسيريابي را درخواست مي.كنند. اين جدول موقعيت بعدي بسته را در شبكه مشخص مي.كند. سپس مجموعه ديگري از تراشه.ها، بسته را در صف ارسال قرار مي.دهند. اين دو گروه تراشه (كه شامل مدارهاي مجتمع اختصاصي براي کاربردهاي خاص يا ASIC همراه با حافظه.هاي گران.قيمت و. پرسرعت مانند حافظه قابل.آدرس.دهي سه.گانه يا TCAM و حافظه ايستا براي دسترسي اتفاقي يا SRAM هستند) حدود هشت درصد توان مصرفي و فضاي يك روتر را به خود اختصاص مي.دهند.

در زمان اوج ترافيك ممكن است تعداد بسته.هاي ورودي يك روتر بيش از مقداري باشد كه روتر توانايي اداره آن را دارد. به اين ترتيب، تعداد بيشتري از بسته.ها در انتظار ارسال باقي مي.مانند و در حافظه Buffer ذخيره مي.شوند. در صورت پرشدن حافظه مياني، روتر به ناچار تعدادي از بسته.هاي اطلاعاتي را حذف مي.كند. اين بسته.ها مكانيزمي را فعال مي.كنند كه از ارسال.كننده بسته.ها كاهش سرعت انتقال را درخواست مي.كند. اين رفتاركنترل.كننده، يك ويژگي حياتي از پروتكل اصلي اينترنت يعنيTCP (سرنام Transmission Control Protocol) است. وجود اين پروتكل به مدت ده.ها سال موجب پايداري شبكه شده است.

اعتراف مي.كنم كه در طول اغلب سال.هاي فعاليت خود به عنوان مهندس شبكه هرگز حدس نمي.زدم كه در انتظار ماندن و حذف بسته.هاي اطلاعات در روترها ممكن است مشكلاتي جدي پديد آورد. اما به.تازگي من و همكارانم در Anagran پس از بررسي عملكرد روترها هنگام اوج ترافيك، دو مورد از مشكل.هاي جدي آن.ها را شناسايي كرديم. اول اين.كه روترها بسته.هاي اطلاعات را به صورت تصادفي حذف مي.كنند و اين امر در مواردي موجب تأخير بيش.از حد انتقال اطلاعات مي.شود.

دوم، بسته.هايي كه به دليل اضافه.بار لحظه.اي، در انتظار ارسال مي.مانند، به.ميزان قابل.توجه و به.طور ناهمسان دچار تأخير مي.شوند و در نتيجه بازده كاهش مي.يابد (بازدهي TCP با تأخير ارسال اطلاعات نسبت معكوس دارد). اين دو مشكل از ترافيك تمام برنامه.ها ممانعت كرده و موجب مي.شود، مدت زمان ارسال بعضي از اطلاعات تا ده برابر سايرين افزايش يابد.

اظهارات اپراتورهاي مختلف در سراسر جهان نشان از وخيم.تر شدن مشکلات دارد. از سال 1970 تاكنون، ترافيك اطلاعات هر سال دوبرابر شده است. به لطف توسعه سيستم.هاي نوري با ظرفيت بالا مانند سيستم انتقال چندبخشي امواج متراكم (DWDM)، هزينه پهناي باند هرسال به نصف قيمت.كاهش.مي.يابد. بنابراين، اپراتورهاي شبكه همواره مبلغ ثابتي را بابت پهناي باند پرداخت مي.كنند. از طرف ديگر روترها به عنوان بخشي از تجهيزات محاسباتي از قانون مور تبعيت مي.كنند و هزينه مسيريابي يك مگابيت بر ثانيه با آهنگي كندتر و در هر هجده ماه كاهش مي.يابد. بدون استفاده از طراحي درست براي روترها، ناهماهنگي در كاهش هزينه به اين معني است كه هزينه توسعه زيرساخت شبكه پس از هر سه سال به دو برابر افزايش مي.يابد.

منابعي براي مطالعه بيشتر
- براي کسب اطلاعات بيشتر درباره مديريت جريان اطلاعات و سيستم Anagran FR-100 به آدرس http://www.anagran.com مراجعه كنيد. همچنين مي.توانيد مقالات Flow Rate Management و TCP Rate Control [With IFD [Intelligent Flow Delivery را در .سايت لورنس جي رابرتس به آدرس http://www.packet.cc ببينيد.
- براي کسب اطلاعات بيشتر درباره مسيريابي اينترنت به آدرس بخش Routing Research Group از مؤسسه Internet Research Task Force به آدرس http://www.irtf.org/charter?gtype=rg&group=rrg و همچنين .سايت بخش Routing Area از مؤسسه Internet Engineering Task Force به آدرس http://www.ietf.org/html.charters/wg-dir.html مراجعه كنيد.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: فان پاتوق]

[مشاهده در: www.funpatogh.com]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 164]