اینترنت بر لبه تیغ

  در 18 ژوئیه 2001، یک قطار باری در تونل خیابان هوارد در منطقه تجاری شهر بالتیمور امریکا از خط خارج شد و 20 هزار لیتر اسید هیدروکلریدریک نشط کرد. آتش سوزی ناشی از این نشط کابل های نوری هشت شرکت عمده اینترنتی امریکا را از بین بُرد. چند لحظه بعد، شرکت مخابراتی وِرایزون، که بخش های کلیدی از زیرساخت های فیزیکی اینترنت را در اختیار دارد، ارتباط خود با دو ساختمان عملیاتی و چند شبکه زیرمجموعه خود را از دست داد. برای ساعت ها ترافیک اینترنت در سراسر ایالات متحده بسیار کُند شد. یکی از پیمانکاران ترمیم تونل گفت، این تونل عملا مسیر اصلی کابل نوری است و نقطه آسیب پذیری است. هشت سال بعد، رویدادهای مختلف روی دیگر قضیه را روشن کرد. یک مجموعه از خرابی های جدی نشان می دهد که اینترنت به شدت در برابر رویدادهای تخریبی ناشی از تصادف های مشابه، زمین لرزه ها، و لنگرهای کشتی ها در سواحل دریاها آسیب پذیر است. شاید در دها و بلکه صدها نقطه جهان، کل شبکه به ریسمانی نازک بَند است. این روزها یک از خرابی های اساسی می تواند توقف ترافیک اینترنتی بسیار سنگین تر از سال 2001 را به وجود آورد. با این همه، بخش عمده زیرساخت های اینترنت بسیار قدیمی شده است. این زیرساخت ها به شدت نیازمند بهبود هستند، اما روشن است که نمی توان بخشی از کابل ها را کَند و شبکه را از نو ساخت. احتمال این که دولت ها و شرکت های مخابراتی هزینه های سنگین تاسیس خطوط جدید اضافی با هدف جلوگیری از بروز مشکلات موقت را بپذیرند نیز اندک است. پس چگونه می توان شبکه را مقاوم ساخت؟
نیک مک-کوئون، یک دانشمند علوم رایانه در دانشگاه استنفورد کالیفرنیا، معتقد است که پاسخ را یافته است. او می گوید کلید بهبود شبکه در جعبه سیاه کوچکی به نام روتر (مسیردهنده) است. مسیردهنده ها کنترل کننده ترافیک اینترنت هستند. میلیون ها مسیردهنده مشغول کارند و هزاران شبکه که اینترنت تشکیل می دهند را شکل داده اند. آنها توان هدایت جریان های بزرگ ترافیک از موسسات خدمت رسانی اینترنت به مشتریان را دارند یا می توانند صرفا بین چند رایانه عمل کنند. این دستگاه نشانی یک بسته داده را بررسی کرده و آن را به مقصد نهائی صحیح ارسال می کند و مسیر فیزیکی که بسته طی خواهد کرد را نیز مشخص می نماید. وقتی ارتباط به نوعی قطع می شود، این مسیردهنده ها هستند که نقشی حیاتی در تغییر مسیر داده ها ایفا می کنند. در حال حاضر، اما، مسیردهنده ها بخشی از مشکل هستند، نه راه حل. از یک منظر، این دستگاه ها در یافتن مسیرهای جدید بسیار آهسته عمل می کنند و دقایقی که برای یافتن مسیر مناسب لازم دارند منجر به بروز حجم بالائی از ترافیک متوقف شده به وجود می آورد که در نهایت منجر به حذف بخش عمده ای از داده ها خواهد شد. هرچند راه حل های متعدد بالقوه ای برای این مسئله وجود دارد، نکته عمده دیگر این است که محلی برای آزمایش آنها وجود ندارد. هرگونه به-روز کردن نرم افزار مسیردهنده ها باید ابتدا بر شبکه ای بزرگ که دارای پیچیدگی های اینترنت بوده اما به آن متصل نیست، آزمایش شود. اما چنین چیزی وجود ندارد. حتی اگر چنین آزمایشی انجام پذیرد، نصب نرم افزارهای جدید بر مسیردهنده ها خود کار بسیار سختی است. هر مسیردهنده بر اساس معیارهای بین المللی که 10 یا 15 سال پیش از سوی سازندگان مشخص گردید، از پیش برنامه ریزی شده است. در این دستگاه ها مدارهای خاص محرمانه ای وجود دارد و نرم افزار حاکم بر سخت افزار هم به روشی خاص عمل می کند که امکان تغییر را کاهش می دهد. اکنون این دانشمند علوم رایانه، به همراه همکارانش در شُرُف ساختن ابزاری برای حل همه این مسائل در یک حرکت هستند: یک سامانه که می تواند نرم افزار حاکم بر مسیردهنده را آنی اصلاح کرده و مکان مناسبی برای آزمایش آن نیز به وجود آورد. این برنامه که اوپن-فلو نام گرفته است (جریان باز)، هم اکنون بر شبکه دانشگاه استنفورد نصب شده و اولین محصولات تجاری امسال به بازار عرضه خواهند شد. این برنامه مشکل گلوگاه ها که ناشی از کابل باشد یا مسئله تصادف ها را حل نمی کند، اما اگر این فناوری برای ممکن ساختن تغییر بار اینترنت استفاده شود، می توان به صورتی پویا مسیرهای بسته های داده را چنان تنظیم کند ه هر کاربر به سهولت از شبکه بهره بگیرد. او می گوید، ما در تلاش هستیم تا به شبکه امکان دهیم ب صورتی مستمر تکامل یافته و بهبود پیدا کند. هر آنچه اینترنت را مقاوم تر سازد خوب است. این خوبی تنها برای میلیون ها مردم عادی که از شبکه برای سفارش محصولات و خدمات استفاده می کنند، نخواهد بود. تاثیر مالی خارج شدن بخشی از شبکه می تواند بسیار سنگین باشد: امروزه تجارت شبکه ای حدود 12 درصد از کل تولیدناخالص داخلی جهان است. در مطالعه ای که در سال 2005 توسط موسسه فناوری فدرال سوئیس انجام یافت، نشان داد که قطع شدن خطوط اینترنت برای سوئیس هفته ای 3 میلیارد دلار هزینه دارد که حدود یک درصد از کل تولیدناخالص داخلی این کشور است. با توجه به این که پیش بینی می شود تا سال 2010 تجارت اینترنتی 18 درصد از کل تولید جهانی باشد، تاثیر هرگونه قطعی نیز افزایش خواهد یافت. سوای این، بخش های حیاتی زیرساخت ها، مانند نیرو و آب، اکنون وابسته به تبادل اطلاعات و عیب یابی از راه دور بر پایه اینترنت هستند. بانک ها و بورس های جهان داده های مالی خود را از طریق اینترنت مبادله می کنند و شبکه های خود را دارا هستند. سامانه های حمل و نقل نیز مانند سامانه قطارهای آلمان، متکی به ارتباط بلیط فروشی و شبکه های اطلاعاتی خود می باشند. در واقع، به نظر معجزه آسا است که با توجه به افزایش تراکم حجم مبادلات اینترنتی، قطعی ها تاکنون مشکلاتی سنگین تر از آنچه شده را موجب نگردیده اند. این بیشتر ناشی از آن است که اینترنت مستقل از حجم عمل می کند، به کلام دیگر، در حالی که اینترنت وابسته به چند گره به شدت درهم تنیده است، بیشتر اجزای آن تنها چند ارتباط را در خود جای می دهد. این بدان معنی است که قطعی در یک منطقه تاثیر اندکی بر جاهای دیگر خواهد گذاشت و اصلاح جریان ترافیک برای ادامه حرکت کار ممکنی است. مسیردهنده ها نقش اساسی در این امر دارند. معمولا یک مسیردهنده نشانی هر بسته داده دریافتی خود را بررسی کرده و آن را بر اساس جداول از پیش تعیین شده ای به مقصد خود ارسال می کند. دو مجموعه از داده ها که به یک نشانی ارسال شده اند، معمولا در یک مسیر قرار داده می شوند. اگر این مسیر به هر دلیل غیرقابل عبور شود، مسیردهنده با همسایه های خود موضوع را بررسی می کند، مسیر کارآمد را شناسائی کرده و بهترین مسیر ارسال داده ها رامحاسبه می نماید. برای این کار، مسیردهنده ها از برنامه های پیچیده ای استفاده می کنند، اما انجام آنها چند دقیقه ای مهلت لازم دارد. به دلیل مشکلات آزمایش و به روز کردن برنامه ها، بهبود در فناوری با سرعت اندکی پیش می رود. هرگونه تغییر باید به دقت انجام شود. تام اندرسون، از دانشگاه واشنگتن در سیاتل می گوید، باید اطمینان یافت که کاری نمی کنیم که خود مشکل زا شود. این قضیه در ماه فوریه برای مسیردهنده ای در جمهوری چک روی داد و به سراسر شبکه کشیده شد. نتیجه این مشکل افت سرعت در سراسر اینترنت برای یک ساعت بود. این اولین باری نیست که چنین مسئله ای چنین نتیجه ای داشته است. با این همه، هیچ جای مناسبی برای آزمایش یک اینترنت مجازی در اختیار نداریم. در سال 2005، بنیاد ملی علوم امریکا از گروهی از محققان درخواست کرد تا راه حلی برای این مسئله پیدا کنند. راه حل آنها بسیار جالب بود: یک شبکه ملی بزرگ جدید بسازید، که دارای همان پیچیدگی های اینترنت باشد و بر روی آن نظرات و روش های جدید را آزمایش کنید تا آماده انتقال به اینترنت اصلی شود. این پیشنهادی بلندپروازانه بود، اما بلندپروازی ادامه یافت، آنها در عین حال می خواستند تا ترافیک بر این شبکه را تقسیم بندی کنند. نظر بر این بود که هر بخش باید بر همان زیرساخت مسیردهنده، کلیدها و کابل های حامل شبکه جدید قرار گیرد، اما هر بخش از بخش دیگر مستقل شود. بدین ترتیب هزاران محقق می توانند با رویکردهای متفاوت در یک زمان به تحقیق بر روی شبکه بپردازند. بنیاد علوم این نظریه را پسندید و بیش از 10 میلیون دلار برای تامین اولیه این کار تخصیص داد. این شبکه را شبکه محیط جهانی ابتکار (شمجا) نام نهادند. این شبکه سراسری برای تکمیل شدن علاوه بر چندین سال کار مداوم نیازمند 100 میلیون دلار اعتبار است. اما اکنون مک-کئوون و همکارانش نقشه جدیدی دارند که نه فقط موجب تسریع راه افتادن شمجا با هزینه ای کمتر خواهد شد، بلکه این طرح خواهد توانست تا از مسیردهنده های موجود، کلیدها و کابل ها هم استفاده کند. کلید کار اوپن-فلو است. با همکاری یک سازنده، برنامه ای کوچک را می توان به تقریبا هر مسیردهنده افزود. این برنامه مانند کنترل از راه دور عمل می کند و برنامه های محرمانه و سخت افزارها را در اختیار می گیرد. با قرار دادن یک رابط در جدول جریان مسیردهنده – آنچه که تعیین کننده قواعد مسیر دادن به داده ها است – به کنترل کننده امکان می دهد تا ترافیک اینترنت را جهت دهد، تصمیم های جدیدی برای مسیردهی اتخاذ کند و آنها را به اجراء گذارد. این برنامه به مهندسان نرم افزاری کمک می کند تا مسیرهای خاص خود را برای بسته های داده طراحی کنند، برنامه های خود را روی رایانه های عادی بنویسند و آنها را از طریق ارتباطی امن به مسیردهنده منتقل نمایند. با کنترل جدول جریان، تقسیم بندی شبکه به هر تعداد بخش لازم به سادگی ممکن می شود و محققان خواهند توانست تا نظرات خود را پالایش کرده یا بیآزمایند. در یک چند بُعدی شبکه های مجازی که برای آزمایش در اختیار گرفته می شوند، باید حداقل ممکن شود که تکامل آینده اینترنت را شروع کرد. برای سرعت بخشیدن به این فرآیند، مک-کئوون و گروهش تصمیم گرفتند تا سامانه خود را به صورت باز در اختیار همگان قرار دهند، یعنی توزیع این برنامه آزاد است. این کمک می کند نظرات جدید مطرح شوند و کمک کند تا آنها با سرعت بیشتری کار خود را پیش ببرند. مک-کئوون می گوید، شما بدین ترتیب از مزیت مشاع بودن فعالیت ها بهره خواهید گرفت. چنین کاری تاکنون در شبکه ها روی نداده است. هم اکنون اوپن-فلو در شبکه دانشگاه استنفورد بستری آزمایشی را فراهم ساخته است و گروه تحقیق در نظر دارد تا به زودی آن را در شش شبکه دانشگاهی دیگر در ایالات متحده نصب کند. هدف آنها این است که اجازه دهند دانشجویان کارهای مختلف را تجربه کرده و نظرات جدید را روی شبکه مجازی بیآزمایند. برخی از سازندگان هم اکنون همکاری خود را با این طرح شروع کرده اند، و تیم تحقیق امیدوار است که شاهد تولید مسیردهنده هائی سازگار با مسیردهنده ها، کلیدها یا نقاط دسترسی بی سیم تجاری موجود باشد. آنها علاقمندند تا مدیر طرح شمجا، آقای چیپ الیوت، را تحت تاثیر قرار دهند تا تامین منابع مالی طرح ادامه یابد. این روشی مناسب برای باز کردن شبکه برای آزمایش و ابداع است. گزینه های دیگر بسیار گران بوده و زمان زیادی برای اجراء لازم خواهند داشت. او علاقمند است تا همه کارها بر اساس و با استفاده از سخت افزارهای تجاری، ارزان و سریع امروز بازار قرار داده شود.  اما موفقیت طرح بستگی به اعتقاد سازندگان مبنی بر مزیت های بلندمدت اوپن-فلو و ارزش آن برای سرمایه گذاران در کوتاه مدت دارد. برای تشویق آنها، سال گذشته گروه محقق برنامه خود را بر رایانه خادم مجازی که برنامه ای برای بازی را در استنفورد روی خود قرار داده بود، نصب کرد. با استفاده از برنامه مسیردهنده و استفاده از اوپن-فلو، بازی کنندگان مجهز به رایانه های قابل حمل بین نقاط مختلف ارتباط بی سیم در سراسر پردیسه دانشگاه حرکت کردند. بازی در هیچ زمان متوقف، قطع یا کُند نشد. بعد در حالی که بازی هنوز ادامه داشت محققان خادم مجازی را از دانشگاه استنفورد به ژاپن منتقل کردند. باز هم بازی بدون هرگونه قطع، توقف یا کُندی ادامه یافت. امکان شناسائی جا به جائی خادم وجود نداشت. این از جمله مسائلی است که با شبکه فعلی ممکن نیست.علاوه بر این نوع باز-مسیردهی آرام و نرم، اوپن-فلو باید برخی مزایای دیگر را هم برای راهبران شبکه ها به همراه داشته باشد. آنها باید بتوانند قواعد مسیردهی را چنان تغییر دهند که داده های خاص از مسیرهای خاصی عبور داده شوند و مثلا پستال ها بر موسیقی ارجحیت داشته باشند و ترافیک به نقاط ارتباطاتی جایگزین منتقل شوند. برنامه باید بتواند توانمندی هایی جدید، و ویژگی هائی نو بدون نیاز به برنامه های جدید را شکل دهد. در واقع شبکه به وسیله نرم افزار تعریف می شود. مسئله کلیدی دیگر این است که اوپن-فلو باید به مسئله امنیت شبکه هم توجه داشته باشد. بعد از خطای اخیر مسیردهنده در جمهوری چک، گروهی از خبرگان نگاهی دقیق تر به نرم افزارهای نصب شده بر مسیردهنده های فعلی انداختند. آنها فهمیدند که در همه نسخه های تمام سازندگان مسیرده ها امکان آسیب وجود دارد که به هکرها امکان می دهد که مسیرده را در اختیار گیرد. به کلام دیگر، شالوده اینترنت خود در معرض خطر قرار دارد. در بادی امر، اوپن-فلو می تواند امنیت شبکه ها را کاهش دهد چون مسیری برای حمله به وجود می آورد. اما این امر با تولید نسخه های جدید برنامه های مسیرده ها قابل رفع است. آنگاه، وقتی برنامه آماده شد، می توان آن را به سادگی از طریق برنامه جدید اصلاح کرد و نیازی به این که مسیرده برای برنامه ریزی از خط خارج شود نیست.

 یکی از مهمترین مزایای اوپن-فلو این است که می تواند نحوه حرکت بسته داده ها در شبکه را تحول دهد. در حال حاضر، پستال های ارسالی بین دو نقطه همیشه مسیری ثابت را طی می کنند. مشکل زمانی است که یک مسیر انتقال از کار می افتد. بدین ترتیب، برخی گروه های تحقیق به دنبال مسیردهی از طریق چند راه هستند. از جمله این محققان گیو میونگ لی از موسسه تحقیقات پیشرفته علوم و فنون کُره جنوبی واقع در داژئون است. این امر شامل تقسیم کردن یک پیام به چند بسته و ارسال هر یک از طریق مسیری متفاوت به سمت مقصد است. لی و دیگران معتقدند که از طریق توزیع ترافیک به صورتی متناسب، موجب افزایش اطمینان به اینترنت و کاهش تراکم می شود. در واقع چند روش مختلف مشابه در این رابطه با هم به رقابت برخاسته اند و با اوپن-فلو تمام آنها را می توان بر شبکه موجود آزمود و مزیت های هر یک را یافت.
شاید چنین آزمایشی به زودی انجام شود. همین بهار گذشته، دو دانشگاه دیگر، دانشگاه کلمبیا در نیویورک و موسسه فناوری جورجیا در آتلانتا آموزش اوپن-فلو به دانشجویان را آغاز کردند. در همین زمان، سازندگانی مانند ان ای سی اعلام کرده اند که مسیردهنده هائی با اوپن-فلو در دست تولید دارند. طی پنج سال آتی، پیش بینی می شود بتوانیم شاهد شکل گیری گروهی برنامه نویس با برنامه های باز و آزاد باشیم که نحوه کارکرد اینترنت را تغییر خواهند داد. انتظار آن می رود تا مراکز داده اینترنت از این حرکت حمایت کنند چون آنها مجموعه های عمده ای از مسیردهنده ها را در اختیار دارند.

 نوشته: بِنِت دیویس- نیوساینتیست