Astăzi vom discuta despre ‘Anatomia Internetului’. Majoritatea utilizatorilor cunosc Internetul prin intermediul telefoanelor mobile, tabletelor sau ecranelor laptopurilor. Cumva, prin intermediul a două ‘clic’-uri sau al câtorva cuvinte articulate pe tastatură, ne conectăm la o video-conferință cu familia sau prietenii de departe, plătim facturile de lumină, gaze, telefon și, eventual, abonamentul la providerul Internet, creăm albume de fotografii de familie, jucăm jocuri video, ascultăm muzică, vedem filme, citim cărți. Unii dintre noi știm, vag sau ‘în ceață’, că informația despre noi sau cea care ne interesează se află în ceva ce se numește ‘nor’. Chiar dacă presupun, probabil, existența unui suport fizic care stă în spatele acestei minunate conexiuni, foarte puțini dintre utilizatori știu cum arată acesta. Ca să folosim metafora lui Arthur C. Clarke, și această tehnologie este suficient de avansată pentru a putea fi considerată magie. Care sunt secretele magicienilor?
(sursa imaginii: cloudflare.com/learning/ddos/glossary/open-systems-interconnection-model-osi/)
Dacă vorbim despre utilizatori, celor mai mulți dintre aceștia nici nu le pasă cum funcționează Internetul, la fel cum nu le pasă cum funcționează telefonul, televizorul sau motorul automobilului pe care îl conduc. Și foarte bine că așa stau lucrurile. În fapt, cei care au proiectat rețeaua globală chiar asta au visat, și succesul a fost mai rapid și mai complet decât au prevăzut. Secretul este ceea ce se numește modelul straturilor (layers model), care stă la baza oricărui sistem de comunicații și schimb de informații modern. Ideea nu aparține inventatorilor Internetului. Când, pe la începutul anilor ’80, rețeaua informatică militară a proiectului DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency – agenția de cercetare și dezvoltare a Departamentului de Apărare al Statelor Unite, responsabilă de dezvoltarea tehnologiilor emergente pentru utilizare de către armată) a fost desecretizată și introdusă în universități și în circuitul comercial, ea a găsit, în teorie, un concurent formidabil numit OSI – Open Systems Interconnection creat de ISO – International Standards Organization. Problema este că organizațiile de standardizare au reputația justificată de a decide foarte încet și de a prefera perfecționismul tehnic, ingineriei pragmatice. Stiva de protocoale TCP/IP a trecut pe lângă OSI ca iepurele pe lângă broasca țestoasă, cu diferența că nu s-a oprit să doarmă înaintea liniei de sosire, ci a continuat să se dezvolte accelerat. Ceva bun tot a rămas însă de la OSI – modelul de organizare al comunicației în straturi. Este vorba despre un model ierarhic, care permite fiecărui strat să-și dezvolte software-ul independent de ceea ce se petrece în straturile inferioare. Transportul mesajelor în pachete prin intermediul protocolului IP (Internet Protocol) se face pe orice media fizică (cabluri, wi-fi, celular, satelit, etc.). Deasupra stratului IP se află protocoale de transport, cum sunt cele care permit accesul informației la serverele care construiesc ‘norul’ sau sesiunile interactive în timp real pe care le folosim în video-conferințe. Stratul superior al stivei de comunicații este cel al aplicațiilor, care pot lucra peste orice transport sau sesiune de comunicații, făcute și ele transparente de modelul straturilor. Această abstractizare a permis dezvoltarea mult mai rapida de aplicații, fără că inginerii sau alți experți să se preocupe de ceea ce se întâmplă în straturile interioare. Succesul Internetului se datorează acestei viteze și flexibilități în proiectare, adăugată robusteții rețelei Internet. În definitiv, rețeaua DARPA era proiectată să facă față unui atac nuclear. Internetul, din fericire pentru toți, nu s-a confruntat cu un asemenea eveniment, dar a fost destul de robust să reziste unei multitudini de evenimente și atacuri mai puțin nocive, precum și barierelor geopolitice, ridicate de puterile naționale și regionale ale zilei. Practic, de la primul mesaj transmis pe la începutul anilor ’80, Internetul nu a căzut total niciodată.
(sursa imaginii: economist.com/technology-quarterly/2024/01/29/the-physical-borders-of-the-digital-world)
Și totuși, utilizatorii, și nu numai cititorii curioși ai rubricii CHANGE.WORLD, ar trebui să fie interesați și de ‘țevăria’ care stă în fundația Internetului și asta din mai multe motive. În primul rând, este vorba despre preț, pe care în final, îl plătim noi, cu toții. Toate firmele care furnizează servicii informaționale – comunicații, calcul, înmagazinare de date – trebuie să aibă profit sau, altfel, dispar. Cu toții trăiesc din banii noștri, iar cei care ‘piratează’ de fapt transferă plata altora. În fine, însăși robustețea sistemului în ansamblu depinde de folosirea de trasee redundante, uneori pe medii diferite. Autostrăzile rețelei globale sunt cablurile submarine intercontinentale, al căror număr este estimat la 574 (active și în lucru) cu 1,4 milioane de km de cabluri active. Detaliu interesant – 99% din aceste cabluri sunt proprietate particulară și doar 1% aparțin guvernelor. Proprietarii principali sunt marile companii creatoare de conținut (Microsoft, Google, Meta) și unele mari firme telecom. Când aceste cabluri ajung la țărmuri, transportul este preluat de rețelele naționale și regionale. Infrastructura este și aici aproape exclusiv optică. Cablurile din cupru, care dominau infrastructura cu 2-3 decenii în urmă, pot fi în zilele noastre găsite mai ales pe ‘ultima milă’ (sau ‘prima milă’ cum o numesc unii), adică de la distribuția locală și până în locuințe sau birouri. Și aici însă cablurile optice au pătruns și încet-încet devin dominante. Capacitatea lor pare imensă, dar foamea aplicațiilor vine mâncând, cu aplicațiile financiare folosind criptografia și inteligența artificială devenind rapid consumatori feroce. Noi tehnologii de transmisie a informației în fibre optice vin în ajutor. Una dintre ele este reprezentată de cablurile cu miez gol, cu alte cuvinte înveliș de fibre și un canal gol în mijloc. Motivul este simplu – informația se propaga cu 50% mai repede în aer sau vid decât în sticlă. Din motive de robustețe, magistralele optice sunt dublate de comunicații radio și prin satelit. Spațiul cosmic este noua frontieră a comunicațiilor. Despre asta am discutat în articole precedente și vom mai discuta și în viitor. Toate aceste tehnologii aparțin stratului fizic al modelului de comunicații.
(sursa imaginii: economist.com/technology-quarterly/2024/01/29/advances-in-physical-storage-and-retrieval-made-the-cloud-possible)
Am văzut cum este transportată informația în nor, să vedem cum este ea înmagazinată. Ceea ce utilizatorii ‘norilor’ știu vag este că păstrarea informației este distribuită. Albumul de poze de familie nu are o singură copie a fiecăreia dintre fotografiile noastre (al meu are peste 40 de mii), ci mai multe (cel puțin trei). Fizic, ele se găsesc în diferite colțuri ale lumii. Motivele sunt robustețea (dacă un server cade, pot fi accesate altele) și viteza de acces (dacă preluăm informația de la un server mai apropiat, ea va ajunge mai repede la noi). Să luăm ca exemplu fotografiile care ilustrează acest articol. Am folosit aplicația ‘Photos’ pentru a le culege din arhive. Aplicația nu știe ce server stochează fotografiile. Modelul straturilor abstractizează accesul. Sofware-ul care permite culegerea și asamblarea imaginilor va adresa un server virtual, iar acolo un alt program de tip RAID (Redundant Array of Independent Disks) va afla informația despre serverul sau serverele unde este păstrată informația despre imaginile din fotografii. Mediile folosite sunt în majoritate magnetice, și aici tehnologia nu a evoluat foarte mult în ultimii 60 de ani. Densitatea datelor a crescut în medie de 34% în fiecare deceniu. Benzile magnetice au însă problemele lor – trebuie păstrate între anumite valori de temperatură și trebuie protejate de perturbații electromagnetice. Apar și aici noi tehnologii. Un mediu promițător este sticla. Un laser rapid și precis gravează puncte mici în mai multe straturi în platouri de sticlă de 75 mm2 și 2 mm grosime, care seamănă cu diapozitivele pe care le cunoaștem. Informațiile sunt stocate în lungime, lățime și adâncime, codificând dimensiunea și orientarea fiecărui punct. Cercetătorii de la Microsoft au folosit această tehnologie pentru a construi prototipul unui nor din sticlă. Au crescut capacitatea, astfel încât fiecare diapozitiv să poată stoca puțin peste 75 de gigaocteți și au folosit învățarea automată (componentă a inteligenței artificiale) pentru a îmbunătăți viteza de citire. Ei susțin că fiecare diapozitiv al lor va funcționa și peste 10 000 de ani. Microsoft a dezvoltat un sistem robotic care poate gestiona mii sau chiar milioane de acest fel de diapozitive. Fermele de date își vor schimba, deci, forma fizică într-un viitor nu prea îndepărtat.
(sursa imaginii: https://blogs.salleurl.edu/en/routing-i-switching-protocols-data-centers)
Este important unde sunt păstrate fizic datele pe Internet? Răspunsul este: depinde. Internetul este o rețea de rețele. Între rețele exista portaluri (Internet Exchanges) prin care multe dintre aceste rețele sunt legate între ele. În interiorul rețelelor, routerele conectează dispozitivele legate la Internet. Acestea se numesc uneori și comutatoare (switches). Diferența intre switch și router este doar implementarea – hardware sau software. Pe măsură ce Internetul a crescut, portalurile și comutatoarele au devenit mai numeroase și mult mai complexe, permițând niveluri de performanță care ar fi fost de neconceput folosind tehnologia veche. Tipic, folosind tehnologiile accesibile astăzi, orice pachet de date ar trebui să traverseze Internetul din orice punct spre orice punct în câteva zeci de milisecunde – în medie, 65 de milisecunde. Asta este suficient pentru majoritatea aplicațiilor comerciale, inclusiv cele mai sensibile în timp real – videoconferințe, streaming de filme, proiectare distribuită interactivă. Realitățile virtuale și augmentate precum cele ale „metaverselor” și vehiculele autonome au nevoie de latențe de mai puțin de 20 de milisecunde. Cu cât mai puțin, cu atât mai bine. Pentru asta trebuie să aducem mai multe dintre capacitățile internetului mai aproape de „marginea” acestuia – adică de utilizatori. Pentru a ajunge la asemenea valori este nevoie de combinația câtorva tehnologii. Tehnologia comutatoarelor însăși poate fi schimbată. Comutatoarele fotonice sunt speranța principală a cercetării, dar există probleme. Aproape toate protocoalele și software-ul de rutare sunt proiectate pentru sisteme electronice. Trecerea la sisteme fotonice ar implica un cost și un efort mare. Sistemele electronice sunt mai tolerante la probleme precum defecțiunile cablurilor, iar recuperarea din avarii este mai simplă. Inteligența artificială poate contribui la detectarea și previziunile erorilor, dar aplicațiile în acest domeniu sunt încă la început. La îmbunătățirea (adică micșorarea) latențelor poate contribui și tehnologia noilor fibre optice pe care am menționat-o deja, dar și algoritmi de rutare adaptați la conținut, care să ajute nu doar transmisiei de pachete, dar și reorganizării stocării informației în așa fel încât accesul utilizatorilor să se petreacă în condiții optime. Cele mai avansate switch-uri din centrele de date au astăzi o capacitate de transfer de 51 de terabiți pe secundă. Aceste comutatoare distribuie din ce în ce mai mult sarcina de mutare a datelor, ajutând Internetul ca întreg să funcționeze mai eficient. Cisco, liderul pieței routerelor, folosește tehnologiile AI pentru a prezice momentele optime ale zilei și rutele pentru mutarea datelor nesensibile la timp, evitând sau minimizând blocajele de trafic care încetinesc rețelele.
Portalurile, routerele, fermele de date și unitățile de procesare ale Internetului sunt mari consumatoare de resurse naturale. Energie electrică, dar nu numai. Apă pentru răcire în sistemele de aer condiționat, de exemplu. În 2022, centrele de date au consumat între 1% și 2% din producția globală de energie. Tendințele sunt de creștere odată cu multiplicarea aplicațiilor cripto și AI. Cu toate acestea, utilizarea energiei electrice de către Internet poate fi considerată eficientă. Potrivit IEA (Agenția Internațională a Energiei), între 2015 și 2022 numărul utilizatorilor de internet a crescut cu 78%, traficul global de internet cu 600% și volumul de lucru din centrele de date cu 340%. Dar energia consumată de acele centre de date a crescut cu doar 20-70%. Cu mândrie pot menționa că este unul dintre domeniile în care am contribuit activ și eu. Cam toate marile companii globale au declarat anul 2030 ca termenul în care să devină neutre din punctul de vedere al poluării cu oxid de carbon. Pentru aceasta, firme precum Google și Microsoft s-au asociat cu lideri sau start-up-uri din domeniul producției energiei nepoluante. Se poate spune că peste straturile de comunicații cunoscute (între 4 și 7 la număr, depinzând de model, dar toate având la bază stratul fizic și la vârf aplicațiile) se adaugă acum stratul energetic.
(sursa imaginii: https://broadbandnow.com/guides/satellite-internet-pros-and-cons)
În fapt, straturile virtuale ale modelelor de comunicație există de mai multă vreme. Au început să fie menționate în glumă și acum au intrat în tratatele academice de comunicații și de economie. Ar fi vorba despre stratul economic: așa cum am văzut, infrastructura costă și schimbările în infrastructură costă uneori și mai mult. Deasupra tuturor există stratul politic. Politica globală influențează întreagă piramidă. Iată două exemple. Topografia cablurilor submarine este cunoscută și tocmai de aceea ea este vulnerabilă. La fel cum traficul naval este astăzi perturbat de războaiele și atacurile teroriste din Orientul Mijlociu, și traficul de date ar putea fi grav afectat de atacuri teroriste sau acte de război care ar distruge infrastructura. Avem, am scris deja, o alternativă în comunicațiile prin sateliți. Aici însă există o altă problemă. Rețeaua Starlink a lui Elon Musk, cu cei 5 288 de sateliți lansați până acum, domină această piață. Amazon a lui Jeff Bezos și proiectul britanic Kulper / OneWeb vin din urmă, dar mai sunt câțiva ani până când ei vor fi competitori serioși. Concentrarea acestei formidabile puteri de comunicare în mâinile și mintea unui singur om este o problemă. Iar sateliții înșiși sunt vulnerabili. Despre războaiele spațiale care se întrevăd la orizontul interplanetar am scris și voi mai scrie. Deocamdată, ceea ce putem spune este că toate straturile, de la politic la fizic, și toți cei care sunt implicați în ele – de la magnații Internetului la scafandrii care instalează și repară cablurile submarine sunt – suntem legați unii de ceilalți.
(Articolul a apărut iniţial în revista culturală ‘Literatura de Azi’ – http://literaturadeazi.ro/)
Foarte instructiv. Thanks
AG