Излишък и отказоустойчивост

При интернет протокола (IP) компютрите разделят съобщенията на пакети, които се придвижват от рутер на рутер по пътя си към местоназначението си.

Какво се случва, ако мрежови път вече не е наличен, например заради природно бедствие, което го е разрушило, или заради киберпрестъпник? Обречен ли е пакетът никога да не достигне до местоназначението си?

За щастие, има много възможни пътища, по които може да поеме пакет, за да достигне до местоназначението си. Наличието на множество пътища повишава излишъка на мрежа.

Нека разгледаме тази опростена мрежа, която свързва рутери в четири големи града:

Има множество пътища от рутера в Оукланд до този в Ню Йорк.

Първият и най-къс път върви от Оукланд през Остин до Ню Йорк:

Малко по-дълъг път върви от Оукланд през Остин през Тампа до Ню Йорк:

Защо излишъкът е толкова важен? Ако връзката между рутерите на Остин и Ню Йорк не съществува вече, то все пак има и друг начин пакетът да достигне местоназначението си.

Излишъкът на пътища в мрежата увеличава броя на възможните начини, по които пакет може да достигне местоназначението си.

Отказоустойчива система е система, която може да претърпи повреди (или множество повреди) в своите компоненти, но да продължи да работи правилно.

Интернетът е огромна и сложна система с милиони компоненти, които могат да се повредят по всяко време и много от тези компоненти се чупят. Но към 2020 никой не е успявал да счупи целия интернет.

Голям принос към отказоустойчивостта на интернета има излишъкът на мрежови пътища.

Помисли за броя на подводните кабели, които свързват източната част на Съединените щати със западната част на Европа:

Ако някой от тези кабели се повреди, има множество други кабели, които могат да пренесат интернет трафика през Атлантическия океан.

Казано по друг начин, няма единична точка на повреда между бреговете. Единична точка на повреда е компонент на системата, който ще свали цялата система, ако се повреди. Когато се опитваме да направим система отказоустойчива, търсим единични точки на повреда и начини да добавим излишък в тях.

Сега помисли за оскъдния брой подводни кабели между тези полинезийски острови в Тихия океан:

Ако кабел между островите Кук и Френска Полинезия е прекъснат, как ще повлияе това на интернета на тези острови?

В някои случаи прекъсването на кабел може да срине цяла държава. През 2019 котва, която се е влачила по морското дъно, прекъсва кабела до Тонга и спира достъпа им до интернет за 11 дни. ${}^1$‍

Не се изисква много, за да се прекъсне кабел. През 2011 възрастна жена в Грузия случайно поврежда кабел с лопатата си, в резултат на което цяла Армения губи достъпа си до интернет за 5 часа. ${}^2$‍

Прекъсвания на кабели се случват сравнително често - "на всеки три дни", според мрежовия анализатор Стефан Бекерт. ${}^3$‍ В повечето случаи средностатистическият потребител на интернет не разбира, когато се случва прекъсване на кабел и кабелът се поправя от някой от многото кораби за поправка на кабели. ${}^4$‍ Когато забележим прекъсването на кабел, това обикновено означава, че има единична точка на повреда и е време да се добави излишък към системата.

Защо не започваме с излишък навсякъде? Както може би ще предположиш, това е скъпо. Подводният кабел, който свързва Тонга и Фиджи, се оценява на 30 милиона долара и това е сравнително къс кабел. ${}^5$‍ Когато Google поставя високоскоростен оптичен кабел между САЩ и Токио, това струва 300 милиона долара. ${}^6$‍

Когато е твърде скъпо да се дублира ресурс, би могло да се намерят начини за системата да деградира постепенно при повреда. По време на прекъсването в Тонга, сателитните доставчици побързват да осигурят достъп до интернет. ${}^7$‍ Те може да не са били способни да осигурят същата скорост като връзката с оптичен кабел, но всяка интернет връзка е по-добра от никаква връзка.

🤔 Помисли за отказоустойчивостта на инфраструктурата около теб. Колко излишък притежава електрическата система на твоя дом или компютърна лаборатория? Има ли единични точки на повреда? Какъв би бил най-евтиния начин, за да се увеличи излишъкът?

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Имаш ли въпроси по тази тема? С радост ще ти отговорим—просто задай въпроса си по-долу!