Реляционная алгебра базируется на теории множеств и является основой логики работы баз данных.
Когда я только изучал устройство баз данных и SQL, предварительное ознакомление с реляционной алгеброй очень помогло дальнейшим знаниям правильно уложиться в голове, и я постараюсь что бы эта статья произвела подобный эффект.
Так что если вы собираетесь начать свое обучение в этой области или вам просто стало интересно, прошу под кат.
Реляционная база данных
Для начала введем понятие реляцинной базы данных, в которой будем выполнять все действия.
Реляционной базой данных называется совокупность отношений, содержащих всю информацию, которая должна хранится в базе. В данном определении нам интересен термин отношение, но пока оставим его без строго определения.
Лучше представим себе таблицу продуктов.
Таблица PRODUCTS
| ID | NAME | COMPANY | PRICE |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 |
Таблица состоит из 4х строк, строка в таблице является кортежем в реляционной теории. Множество упорядоченных кортежей называется отношением.
Перед тем как дать определение отношения, введем еще один термин - домен. Домены применительно к таблице это столбцы.
Для ясности, теперь введем строгое определение отношения.
Пусть даны N множеств D1,D2, …. Dn (домены), отношением R над этими множествами называется множество упорядоченных N-кортежей вида
Каждый элемент кортежа представляет собой значение одного из атрибутов, соответствующего одному из доменов.
Ключи в отношениях
В отношении требованием является то, что все кортежи должны различаться. Для однозначной идентификации кортежа существует первичный ключ. Первичный ключ это атрибут или набор из минимального числа атрибутов, который однозначно идентифицирует конкретный кортеж и не содержит дополнительных атрибутов.Подразумевается, что все атрибуты в первичном ключе должны быть необходимыми и достаточными для идентификации конкретного кортежа, и исключение любого из атрибутов в ключе сделает его недостаточным для идентификации.
Например, в такой таблице ключом будет сочетание атрибутов из первого и второго столбца.
Таблица DRIVERS
Видно, что в организации может быть несколько водителей, и чтобы однозначно идентифицировать водителя необходимо и значение из столбца “Название организации” и из “Имя водителя”. Такой ключ называется составным.
В реляционной БД таблицы взаимосвязаны и соотносятся друг с другом как главные и подчиненные. Связь главной и подчиненнной таблицы осуществляется через первичный ключ (primary key) главной таблицы и внешний ключ (foreign key) подчиненной таблицы.
Внешний ключ это атрибут или набор атрибутов, который в главной таблице является первичным ключем.
Этой подготовительной теории будет достаточно для знакомства с основными операциями реляционной алгебры.
Операции реляционной алгебры
Основные восемь операций реляционной алгебры были предложены Э.Коддом .- Объединение
- Пересечение
- Вычитание
- Декартово произведение
- Выборка
- Проекция
- Соединение
- Деление
Для понимания важно запомнить, что результатом любой операции алгебры над отношениями является еще одно отношение, которое можно потом так же использовать в других операциях.
Создадим еще одну таблицу, которая нам пригодится в примерах.
Таблица SELLERS
| ID | SELLER |
| 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | ОАО ”Фирма” |
Условимся, что в этой таблице ID это внешний ключ, связанный с первичным ключом таблицы PRODUCTS.
Для начала рассмотрим самую простую операцию - имя отношения. Её результатом будет такое же отношение, то есть выполнив операцию PRODUCTS, мы получим копию отношения PRODUCTS.
Проекция
Проекция является операцией, при которой из отношения выделяются атрибуты только из указанных доменов, то есть из таблицы выбираются только нужные столбцы, при этом, если получится несколько одинаковых кортежей, то в результирующем отношении остается только по одному экземпляру подобного кортежа.Для примера сделаем проекцию на таблице PRODUCTS выбрав из нее ID и PRICE.
Синтаксис операции:
π
(ID, PRICE) PRODUCTS
В условии выборки мы можем использовать любое логическое выражение. Сделаем еще одну выборку с ценой больше 90 и ID товара меньше 300:
σ (PRICE>90 ^ ID<300) PRODUCTS
Умножение
Умножение или декартово произведение является операцией, производимой над двумя отношениями, в результате которой мы получаем отношение со всеми доменами из двух начальных отношений. Кортежи в этих доменах будут представлять из себя все возможные сочетания кортежей из начальных отношений. На примере будет понятнее.Получим декартово произведения таблиц PRODUCTS и SELLERS.
Синтаксис операции:
PRODUCTS × SELLERS
Можно заметить, что у двух этих таблиц есть одинаковый домен ID. В подобной ситуации домены с одинаковыми названиями получают префикс в виде названия соответствующего отношения, как показано ниже.
Для краткости перемножим не полные отношения, а выборки с условием ID<235
(цветом выделены одни и те же кортежи)
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLERS.ID | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 123 | OOO “Дарт” |
Для примера использования этой операции представим себе необходимость выбрать продавцов с ценами меньше 90. Без произведения необходимо было бы сначала получить ID продуктов из первой таблицы, потом по этим ID из второй таблицы получить нужные имена SELLER, а с использованием произведения будет такой запрос:
π (SELLER) σ (RODUCTS.ID=SELLERS.ID ^ PRICE<90) PRODUCTS × SELLERS
В результате этой операции получим отношение:
| SELLER |
| ОАО ”Ведро” |
Соединение и естественное соединение
Операция соединения обратна операции проекции и создает новое отношение из двух уже существующих. Новое отношение получается конкатенацией кортежей первого и второго отношений, при этом конкатенации подвергаются отношения, в которых совпадают значения заданных атрибутов. В частности, если соединить отношения PRODUCTS и SELLERS, этими атрибутами будут атрибуты доменов ID.Также для понятности можно представить соеднинение как результат двух операций. Сначала берется произведение исходных таблиц, а потом из полученного отношения мы делаем выборку с условием равенства атрибутов из одинаковых доменов. В данном случае условием явлется равенство PRODUCTS.ID и SELLERS.ID.
Попробуем соединить отношения PRODUCTS и SELLERS и получим отношение.
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLERS.ID | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | 123 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | 156 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 | 235 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 | 623 | ОАО ”Фирма” |
Натуральное соединение получает схожее отношение, но в случае, если у нас корректно настроена схема в базе (в данном случае первичный ключ таблицы PRODUCTS ID связан с внешним ключем таблицы SELLERS ID), то в результирующем отношении остается один домен ID.
Синтаксис операции:
PRODUCTS ⋈ SELLERS;
Получится такое отношение:
| PRODUCTS.ID | NAME | COMPANY | PRICE | SELLER |
| 123 | Печеньки | ООО ”Темная сторона” | 190 | OOO “Дарт” |
| 156 | Чай | ООО ”Темная сторона” | 60 | ОАО ”Ведро” |
| 235 | Ананасы | ОАО ”Фрукты” | 100 | ЗАО “Овоще База” |
| 623 | Томаты | ООО ”Овощи” | 130 | ОАО ”Фирма” |
Пересечение и вычитание.
Результатом операции пересечения будет отношение, состоящее из кортежей, полностью входящих в состав обоих отношений.Результатом вычитания будет отношение, состоящее из кортежей, которые являются кортежами первого отношения и не являются кортежами второго отношения.
Данные операции аналогичны таким же операциям над множествам, так что, я думаю, нет необходимости подробно их расписывать.
Источники информации
- Основы использования и проектирования баз данных - В. М. Илюшечкин
- курс лекций Introduction to Databases - Jennifer Widom, Stanford University
Буду благодарен за аргументированные замечания
План лекции:
1.1.Internet как иерархия сетей
1.2.Протоколы Интернет
1.3.Адресация в Интернет
1.4.Доменные имена
1.5.Варианты доступа в Интернет
1.6.Система адресации URL
1.7.Сервисы Интернет
1.8.Поиск в Интернете
Internetкак иерархия сетей
Слово Internet происходит от выражения interconnected networks (связанные сети). Это глобальное сообщество малых и больших сетей. В широком смысле – это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах компьютеров, которые обмениваются данными.
К концу 1969 г. в США был завершен проект ARPAnet подключением в одну компьютерную сеть 4 исследовательских центров: University of California Los Angeles, Stanford Research Institute, University of California at Santa Barbara, University of Utah. Проект также предусматривал проведение экспериментов в области компьютерных коммуникаций, изучение способов поддержания связи в условиях ядерного нападения и разработку концепции децентрализованного управления военными и гражданскими объектами в период ведения войн. В 1972 г. Минобороны США начало разработку новой программы Internetting Project с целью изучения методов соединения сетей между собой. Выдвигались требования максимальной надежности передачи данных при заведомо низком качестве коммуникаций, средств связи и оборудования и возможности передачи больших объемов информации. В 1974 г. была поставлена задача разработки универсального протокола передачи данных, которая была решена созданием протокола передачи данных и объединения сетей – Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). В 1983 г. был осуществлен перевод ARPAnet на TCP/IP. В 1989 г. в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN, Швейцария, Женева) Тим Бернерс-Ли разработал технологию гипертекстовых документов – World Wide Web , позволяющую пользователям иметь доступ к любой информации, находящейся в сети Интернет на компьютерах по всему миру. К 1995 г. темпы роста сети показали, что регулирование вопросов подключения и финансирования не может находиться в руках одного Национального научного фонда США, и в этом же году произошла передача региональным сетям оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали.
Рассмотрим схему подключения компьютера к Интернет и проследим, по каким каналам передается информация, посылаемая в Сеть и принимаемая из Сети. Подключение к Интернету домашнего компьютера выполняется, как правило, с помощью модема (рис. 1). При этом чаще всего осуществляется так называемое сеансовое соединение с провайдером по телефонной линии. Набирается один из телефонных номеров, предоставленных провайдером, для соединения с одним из его модемов. У провайдера имеется набор модемов, так называемый модемный пул. После того, как вы соединились с ISP (Internet Service Provider), ваш компьютер становится частью сети данного ISP. Каждый провайдер имеет свою магистральную линию или backbone .
Рис. 1. Схема подключения компьютера к Internet
ISP-провайдеры имеют так называемые точки присутствия POP (Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей. Провайдер может иметь точки присутствия POP в нескольких городах. В каждом городе находятся аналогичные модемные пулы, на которые звонят локальные клиенты этого провайдера в данном городе. Провайдер обычно арендует волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек присутствия. Крупные коммуникационные компании имеют собственные высокопропускные каналы.
Пусть имеются опорные сети двух Интернет-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера А могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты провайдера В - по своей, но при отсутствии связи между сетями А и В клиенты разных провайдеров не могут связаться друг с другом. Для реализации такой услуги провайдеры А и В подключаются к так называемым точкам доступа NAP (Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя сетями течет через NAP. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня. В Интернете действуют сотни крупных провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP -узлы.
В офисе компьютеры, скорее всего, подключены к локальной сети. В этом случае рассмотренная схема видоизменяется. Варианты подключения к провайдеру могут быть различными, хотя чаще всего это выделенная линия.
На сегодняшний день существует множество компаний, имеющих собственные опорные сети (бэкбоуны), которые связываются с помощью NAP с сетями других компаний по всему миру. Благодаря этому каждый, кто находится в Интернете, имеет доступ к любому его узлу, независимо от того, где он расположен территориально.
Скорость передачи информации на различных участках Интернета существенно различается. Магистральные линии - это высокоскоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются ОС (optical carrier), например ОС-3, ОС-12 или ОС-48. Так, линия ОС-3 может передавать 155 Мбит/с, а ОС-48 - 2488 Мбит/с (2,488 Гбит/с). Но максимальная скорость получения информации на домашний компьютер с модемным подключением не превышает 56 Кбит/с.
Как же происходит передача информации по всем этим многочисленным каналам? Доставка информации по нужному адресу выполняется с помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор - это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.
Таким образом, маршрутизатор выполняет две взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая закупорку узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую. В некоторых случаях он осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика. Эту функцию маршрутизаторов можно сравнить с работой службы ГИБДД, которая ведет наблюдение за автомобильным движением с вертолета и сообщает водителям оптимальный маршрут.
Создание опорной сети оператора связи
В. И. Иванов
Н овое время диктует новые правила игры - эту мысль можно отнести ко всем сферам современной жизни, которая стремительно меняется у нас на глазах. Она справедлива и в отношении операторов связи, основной целью деятельности которых является предоставление услуг как предприятиям, так и частным лицам. Жесткая конкурентная борьба на рынке телекоммуникационных услуг, ставшая реальностью и для российских операторов, приводит к необходимости быстро принимать маркетинговые решения и обновлять пакет предоставляемых услуг. Естественно, новые услуги должны быть востребованы и соответствующим образом оплачены, поскольку именно это - главное условие благополучного развития оператора связи.
Создание системы предоставления услуг является многокомпонентной задачей, предусматривающей как построение сетевой инфраструктуры, так и развертывание соответствующих информационных систем, обеспечивающих тарификацию услуг, автоматизацию бизнес-процессов и взаимоотношений с клиентами. Компания, считающая себя сколько-нибудь значимым оператором связи, должна предоставлять клиентам широкий спектр услуг, начиная с традиционной телефонной связи и передачи данных по выделенным каналам связи и кончая IP-телефонией, видеоконференциями через Интернет и тому подобными новыми услугами, появление которых в последние годы носит поистине лавинообразный характер.
Как правило, оператор связи владеет некоторым числом телекоммуникационных узлов, в которых расположены телефонные коммутаторы, устройства сети передачи данных и так называемые серверы доступа, позволяющие клиентам подключаться к сети передачи данных. Узлы связаны между собой цифровыми каналами с большой пропускной способностью, при этом решаются две основные задачи: объединение телефонных коммутаторов (формируются межстанционные связи - МСС) и устройств сети передачи данных. Цифровые каналы могут арендоваться у владельца транспортной сети, но большинство операторов предпочитают строить свою собственную опорную сеть. При этом, естественно, встает вопрос о выборе технологии.
Как строить опорную сеть?
Основными технологиями построения высокоскоростных опорных сетей в настоящее время являются SDH и ATM. Определенным вниманием со стороны операторов пользуется и предложенная фирмой Cisco Systems технология DPT (Dynamic Packet Transport). Каждая из этих технологий предполагает использование коммутаторов или маршрутизаторов, работающих на оптоволоконных каналах связи, подчас довольно большой протяженности. У каждой из них есть свои преимущества и недостатки, довольно полно описанные в специальной литературе.
Главными достоинствами технологии SDH являются хорошо отлаженное оборудование и относительно невысокая его стоимость, недостатком же - статическое распределение полосы пропускания каналов связи. Необходимо, однако, отметить, что в последнее время появился ряд SDH-коммутаторов, поддерживающих протокол АТМ на уровне доступа и обеспечивающих непосредственную упаковку АТМ-ячеек в контейнеры SDH, что позволяет существенно повысить гибкость сети SDH.
Основные преимущества технологии ATM - динамическое распределение пропускной способности каналов связи и наличие разных классов обслуживания потоков данных (QoS). И то и другое повышает экономическую эффективность использования сети за счет оптимизации загрузки ее каналов. К недостаткам же АТМ следует отнести довольно высокую стоимость коммутаторов и необходимость использовать специальные протоколы эмуляции каналов (circuit emulation) для транспортировки трафика реального времени, каковым, в частности, является трафик МСС.
Технология DPT, представляющая собой синтез технологий IP-маршрутизации и SDH, вобрала в себя все достоинства и недостатки обеих. Будучи почти идеальной для передачи данных, при попытке передачи трафика реального времени она тем не менее вносит существенные ограничения. По сути дела, задача гарантированной доставки трафика перекладывается на уровень протокола IP, что далеко не оптимально в территориально распределенных сетях.
Динамическое распределение пропускной способности, которое является основным преимуществом технологий АТМ и DPT, достаточно эффективно только при очень неравномерном во времени (спорадическом) характере трафика. Не секрет, что такой характеристикой обладает трафик передачи данных, особенно при доступе в Интернет. Поэтому, выбирая технологию опорной сети, необходимо обратить внимание на процентное соотношение трафика МСС и трафика передачи данных. Анализ имеющихся проектов показывает, что в нынешней ситуации явного преобладания трафика данных не наблюдается - более того, отмечается существенный рост базы телефонных абонентов. Это сводит на нет достоинства технологий с динамическим распределением пропускной способности.
При выборе той или иной технологии нужно учитывать и финансовое положение компаний-операторов. Как правило, они не могут позволить себе крупных долгосрочных инвестиций в проекты и оборудование и вынуждены использовать относительно дешевые и быстро окупающиеся технологии.
Таким образом, использование относительно дешевой технологии SDH может оказаться более привлекательным. С точки зрения соединения городских телефонных коммутаторов применение SDH имеет несомненные плюсы - это простота оборудования и минимальная задержка распространения сигналов. К тому же соединительные линии между городскими коммутаторами чаще всего загружены на 80-90%, что практически не дает преимуществ технологиям с динамическим распределением трафика. Скажем, когда для передачи телефонного трафика в сети АТМ используются класс обслуживания CBR (Constant Bit Rate) и механизм Circuit Emulation, соответствующая часть пропускной способности канала фактически исключается из процесса динамического распределения трафика.
Классическим способом организации МСС на сети SDH является терминирование необходимого количества потоков Е1 на каждом из узлов для подключения телефонных коммутаторов. Реальные потребности в пропускной способности сети SDH для компании-оператора среднего размера составляют от STM-4 до STM-16 и, как правило, закладываются с неким запасом на перспективу.
Как строить наложенную сеть?
Общемировые тенденции, которые хоть и с задержкой, но проявляются и в нашей стране, таковы, что с каждым годом объемы трафика данных, особенно Интернет-трафика, стремительно возрастают. Поэтому при использовании технологии SDH для построения опорной транспортной сети технически и экономически оправданной будет ее комбинация с одной из технологий, обеспечивающих динамическое распределение пропускной способности. По сути дела, речь идет о построении наложенной мультисервисной сети передачи данных.
Наложенная сеть характеризуется большим количеством коммерческих клиентов, деятельность которых часто носит спорадический характер, что приводит к неравномерной загрузке сети. Это связано в основном с тем, что большинство клиентов используют сеть оператора для объединения ЛВС географически разнесенных объектов или для выхода в Интернет. Некоторым исключением здесь являются услуги, связанные с объединением УАТС клиентов в единую сеть или с подключением их к городским АТС, поскольку, как уже говорилось, соединительные линии телефонных станций имеют довольно стабильную загрузку.
Общепринятой технологией построения мультисервисной сети является технология АТМ, которая реализует механизм динамического распределения пропускной способности на уровне наложенной сети, компенсируя его отсутствие в опорной сети. Помимо этого, она обеспечивает предоставление таких весьма востребованных клиентами услуг, как, например, организация виртуальных частных сетей (VPN). В сеть АТМ хорошо интегрируются современные системы доступа, в частности на базе ADSL и широкополосных беспроводных технологий.
Для подключения оборудования наложенной мультисервисной сети к опорной сети SDH в отличие от организации МСС целесообразно использовать высокоскоростные интерфейсы, а именно Е3 или STM-1.
Опорная сеть ОАО “СамараТелеком”
Примером опорной транспортной сети SDH масштаба города может служить строящаяся сеть ОАО “СамараТелеком”. Ее назначение - формирование транспортной основы для организации межстанционных связей между АТС Самары и создания мультисервисной наложенной сети передачи данных в интересах компании-оператора. Пропускная способность сети SDH рассчитана таким образом, чтобы обеспечить перспективное развитие мультисервисной сети.
Наложенная мультисервисная сеть, которая будет строиться после создания сети SDH, позволит решить ряд задач. Это обеспечение высококачественного и высокоскоростного доступа в Интернет коммерческим пользователям; создание виртуальных наложенных сетей с предоставлением комплексных услуг по передаче речи и данных; существенная разгрузка межстанционных соединений городской телефонной сети за счет пропуска трафика данных в обход межстанционных соединений.
По завершениии строительства сеть SDH объединит 14 узлов, расположенных на городских АТС, и будет представлять собой кольцо STM-16 c семью “аппендиксами”. Однако на первом этапе предусмотрено формирование лишь двух малых колец STM-1 (объединяющих шесть городских АТС), чтобы удовлетворить неотложные текущие потребности ОАО “СамараТелеком”. Подключение городских АТС на узлах будет выполняться через соответствующее число интерфейсов Е1.
Проектом предусмотрено резервирование трафика по стандартной кольцевой схеме, характерной для SDH, а также наличие графической системы управления сетью. В качестве коммутаторов SDH было выбрано хорошо себя зарекомендовавшее оборудование фирмы Marconi. С его использованием в России построено уже много опорных сетей.
Реализация проекта позволит ОАО “СамараТелеком” отказаться от дорогостоящей аренды цифровых соединительных линий между городскими АТС. При этом компания начнет получать коммерческую выгоду от построенной SDH-сети еще до ввода в эксплуатацию наложенной мультисервисной сети. Во-первых, она уменьшит расходы на аренду цифровых соединительных линий, а во-вторых, сможет сдавать выделенные каналы в аренду коммерческим пользователям. После же завершения построения мультисервисной сети компания “СамараТелеком” еще больше упрочит свое положение современного оператора связи, способного предоставить практически любые виды услуг.
Любые рассуждения на тему “что лучше, что хуже” обречены на критику оппонентов. Нельзя не согласиться с утверждением, что универсального решения на все случаи жизни не существует. Это действительно так! В конечном счете все определяется потребностями компании-оператора, ее техническими и финансовыми возможностями. Однако опыт автора статьи и его коллег позволяет утверждать, что предлагаемый подход к построению транспортных сетей при определенных условиях является близким к оптимальному и позволит оператору достичь желаемых технических и финансовых результатов за счет поэтапной реконструкции инфраструктуры и одновременного увеличения клиентской базы.
Но это лишь маленькие игрушки гиков, которые мечтают покрыть связью всю планету. Их амбициозные сервисы станут крохотным дополнением к мощной базовой инфраструктуре Всемирной сети - разветвлённой сети наземных и подводных магистральных каналов. Вот где настоящая кровеносная система современной цивилизации. Именно здесь бьётся её пульс.
Крупнейшие хабы
На физическом уровне интернет представляет сеть хабов (точек обмена трафиком), связанных магистральными каналами. В точках обмена трафиком концентрируется не только трафик, но и сетевая инфраструктура (дата-центры, хостинг и т.д). Крупнейшие точки обмена находятся во Франкфурте, Амстердаме, Лондоне и Париже. В каком-то смысле эти города можно считать столицами мирового интернета. По крайней мере, точно крупнейшими сетевыми узлами, вместе с Нью-Йорком, который тоже входит в пятёрку основных хабов.По данным на 2014 год , по дну океана проложено 285 кабелей связи, из них 22 не использовались, это так называемые «тёмные кабели» («тёмное оптоловокно») - такие неиспользуемые кабели в большом количестве есть и на суше. Например, та же компания Google скупает тёмное оптоволокно для связи между дата-центрами. Когда по тёмному оптоволокну пускают сигнал, говорят, что его «зажгли», как лампу.
Расчётный срок службы оптоволокна составляет 25 лет - это чисто теоретическая величина. Предполагается, что в течение такого времени коммерческая эксплуатация канала будет иметь смысл. Соответственно, исходя из такого срока экономисты рассчитывают окупаемость инвестиций. Например, для компании Google выгоднее проложить собственный кабель через Тихий океан, чем 25 лет арендовать чужой.
По мере роста трафика в интернете (он растёт примерно на 37% в год) операторы производят апгрейд оптоволокна - «уплотняют» его, чтобы передавать данные одновременно в нескольких спектральных каналах за счёт спектрального уплотнения . Кроме того, внедряются более эффективные техники фазовой модуляции и устанавливается более современное оконечное оборудование. Соответственно, пропускная способность магистрального канала увеличивается пропорционально полосе частот, на которых передаются данные.
Хорошей иллюстрацией является трансатлантическая информационная магистраль. В 2003-2014 годы здесь не было проложено ни одного (!) нового кабеля, зато пропускная способность действующих каналов увеличилась в 2,4 раза исключительно за счёт уплотнения каналов и апгрейда оборудования. И у этих кабелей ещё остался большой запас на будущее.
Увеличение пропускной способности трансатлантических каналов связи в 2003-2014 годы
Прокладка нового кабеля и ввод его в эксплуатацию - длительная процедура, которая продолжается несколько лет, и довольно дорогостоящая, поэтому несколько корпораций обычно сообща финансируют такие проекты, а потом делят между собой оптоволоконные пары в кабеле. Например, 29 июня 2016 года компания Google с партнёрами (China Mobile International, China Telecom Global, Global Transit, KDDI, Singtel) объявили о вводе в эксплуатацию крупнейшего подводного кабеля в мире - транстихоокеанского кабеля FASTER на 60 Тбит/с . Кабель длиной 9000 км связал Японию и США (здесь Япония выполняет роль хаба между США и Китаем).
FASTER
Этот конкретный кабель состоит из 6 оптоволоконных пар. Каждая пара способна передавать сигнал в 100 диапазонах длины волны по 100 Гбит/с на каждую длину (10 Тбит/с на каждую оптоволоконную пару). Это соответствует 60 Тбит/с максимальной пропускной способности для каждого кабеля - это не теоретическая, а реальная максимальная пропускная способность, продемонстрированная в тестах.
Но в первое время пропускная способность даже близко не приблизится к этому пределу. На первом этапе будут задействованы всего лишь от 2 до 10 каналов, то есть 2-10% максимальной пропускной способности кабеля. В течение 25-летнего срока эксплуатации Google с партнёрами будут постепенно увеличивать его пропускную способность, по мере необходимости.
Google принадлежит один или два из шести оптоволоконных пар в кабеле, точная информация держится в секрете. Хотя стоимость прокладки магистрали FASTER составила $300 млн, для интернет-компании это действительно дешевле, чем арендовать такие же каналы у других. Кроме того, так Google получает больший контроль над линиями связи, которые связывают её дата-центры.
Кстати, Microsoft и Facebook по примеру Google сейчас тоже формируют консорциум для прокладки своего трансатлантического кабеля MAREA.
Сети в Европе
Если магистральные каналы связи сравнить с кровеносной системой современной цивилизации, то Европа - её сердце.
Карта магистральных каналов в Европе с каждым годом немного изменяется. Между крупнейшими узлами сети иногда прокладываются новые каналы с большей пропускной способностью и/или меньшей задержкой (то есть по более оптимальному маршруту). В некоторых случаях каналы могут вообще «пропадать», то есть их перестают использовать, если оператор по какой-то причине решит перенаправить линк от одного города к другому. В начале 2000-х крупнейшим международным каналом связи в мире был трансатлантический маршрут Нью-Йорк–Лондон, но в 2009 году проложили более толстый канал Амстердам–Лондон, а затем и этот рекорд был побит новым «чемпионом» - трассой Франкфурт–Париж.
Примерно в это время сформировалась окончательная структура сетевых магистралей в Европе с четырьмя крупнейшими в мире точками обмена трафиком.
- Франкфурт
- Лондон
- Париж
- Амстердам
Физическое местоположение серверов 100 самых популярных сайтов в некоторых странах, апрель 2015 год.
Оказалось, что RBNet (Russian Backbone Network, www.rbnet.ru) -- это опорная сеть для научных и образовательных организаций, созданная в pамках Межведомственной пpогpаммы, которую утвердили Миннауки, Минобpазования, Российская Академия наук и Российский фонд фундаментальных исследований. Российский НИИ pазвития общественных сетей (РосНИИРОС) является головной оpганизацией для этого проекта: проектирует, создает, устанавливает и обслуживает RBNet. Учредителями РосНИИРОС являются Миннауки, Минобразования и Курчатовский институт.
Эта новая академическая сеть выполняет две практические задачи. Во-первых, она позволяет академическим структурам подключаться в регионах (раньше Интернет был доступен по большей части институтам Москвы и Петербурга).
Во-вторых, RBNet (совместно с университетской сетью RUNnet, ее оператор -- "Вузтелекомцентр") решает проблемы создания "унифицированного" шлюза для выхода организаций науки и образования в международную Сеть. В России существует сегодня несколько академических сетей, созданных в разное время разными командами и на разные деньги. Свой, отдельный "внешний" канал в международную Сеть имеют МГУ (www.msu.ru), НИИ ядерной физики МГУ (www.radio-msu.net), Институт космических исследований (www.rssi.ru), Институт органической химии (www.free.net), "Вузтелекомцентр" (www.runnet.ru), математическое отделение РАН (www.ras.ru/local.docs/EmNet/EmNet.html). Однако со времени создания этих сетей многое изменилось: так, в США прекратилось финансирование NSFnet как академической опорной сети. Теперь все национальные опорные сети в Америке принадлежат коммерческим компаниям, а академические организации получают бюджетные деньги на подключение и транзит в глобальный Интернет. По сути дела, это позволяет достичь лучшего качества услуг за меньшие деньги за счет конкуренции между коммерческими интернет-провайдерами. У американцев существуют еще некоторые национальные некоммерческие сети, но они отраслевые и действуют в рамках определенных проектов и ограниченных задач. Все это привело к изменению ситуации в России. Если раньше можно было подключиться к NSFnet (или к какой-либо европейской сети, имеющей, в свою очередь, соединение с NSFnet) в рамках международного научного партнерства, то теперь за это нужно платить коммерческим магистральным провайдерам, что заметно дороже. Однако покупать оптом, как известно, дешевле. Поэтому отечественным академическим сетям выгоднее купить один "большой" канал для всех, а уже затем поделить его. В обеспечении эффективного использования такого канала региональными сетями и заключается вторая задача RBNet.
На самом деле, академические сети в США, созданные в исследовательских целях, вовсе не прекратили свое существование. Они просто перешли на другой уровень. Технологии сегодняшнего Интернета были отработаны учеными, доведены до "промышленного" состояния и переданы в коммерческое использование на благо нации. Ученые же не остались без дела. Они начали делать Сеть нового поколения -- то, что принято называть Интернет-2. Ее пропускная способность уже будет достаточна для передачи звука и изображения, для реализации "виртуальной реальности". Новая сеть не связана с традиционным Интернетом напрямую, только через шлюзы. Российские сети начиная с сентября этого года также будут участвовать в проекте Интернет-2, когда несколько высокоскоростных сегментов (операторы -- "Вузтелекомцентр", МГУ, ИОХ, РосНИИРОС и, возможно, некоторые другие) будут коллективно подключены к американской сети vBNS (www.vbns.net) по каналу пропускной способностью 6 Мбит/с. Однако для новых технологий этого маловато, и предполагается, что эта цифра будет увеличена вдвое в течение ближайших полутора-двух лет.
Что касается подключения к сегодняшнему Интернету, то тут понятно, что подключаться надо совместно. Менее понятно -- как именно: есть варианты. Можно подключаться через отечественных провайдеров, например, через RUNnet или через "Деловую сеть" (www.bn.ru).
А можно купить прямое подключение, скажем, через Teleglobe (www.teleglobe.net , самый дешевый вариант, хотя и не самый качественный. Сейчас RBNet использует каналы Runnet и "Деловой сети". К концу следующего года пропускная способность "внешних каналов", суммарно находящаяся в распоряжении RBNet и RUNnet, достигнет 16 Мбит/с (без учета канала в vBNS). Этого будет мало, но в рамках существующего финансирования больше не получится.
С финансированием вопрос отдельный. На развитие RBNet выделен бюджет в рамках вышеупомянутой Межведомственной программы. Деньги поступали в срок в том числе и потому, что государство связано строгими договоренностями с Институтом "Открытое общество" (один из российских фондов Сороса). В тех российских университетах, где институт организовал интернет-центры, подключение к Интернету обеспечивала российская сторона -- вплоть до последней мили. Сорос же оплачивал установку оборудования и работу обслуживающего персонала. Причем эти средства выделялись при условии, что российская сторона тоже дает деньги в срок. Так оно и происходило. Сначала Институт "Открытое общество" предполагал сам строить и поддерживать сеть, но затем был найден более эффективный вариант. Было подписано соглашение Сороса с Черномырдиным, появилось соответствующее постановление правительства, и работа пошла по разделенной схеме. Пошла успешно. Сейчас узлы RBNet работают уже более чем в 20 городах России, и в следующем году добавится еще десяток.
Это, на самом деле, главное достоинство вышеописанной сети. Долгое время слово "Интернет" в регионах обозначало в основном электронную почту -- работала сеть узлов "Релкома" (по принципу франчайзинга). Затем появились возможности подключения к Интернету по аналоговым телефонным каналам, но их качество не позволяло получить полный набор сервиса. Теперь площадки RBNet распределены по всей стране, и подключаться к ним научные и образовательные организации могут двумя способами: во-первых, можно включиться в сеть RBNet по tcp/ip, тем самым становясь ее клиентом. Либо если нужно организовать какую-то сеть, работающую по ведомственным принципам (скажем, сеть Академии наук), то можно получить часть канальной мощности, выделив ее по технологии frame relay, и таким образом использовать RBNet как канального оператора. Одновременно обеспечивается и обмен трафиком между подключенными к RBNet сетями внутри региона.
Наряду с RBNet распределенную инфраструктуру по России имеет еще RUNnet, и эти сети дополняют друг друга. Разница состоит в том, что для соединения своих точек присутствия RUNnet использует спутниковые каналы, а RBNet -- наземные цифровые линии, арендуемые у "Ростелеком". Они сейчас и сами по себе подешевели, а учитывая льготный прейскурант для бюджетных организаций -- тем более. Последняя причина позволила RBNet построить региональную инфраструктуру даже быстрее, чем большинству коммерческих провайдеров. При этом сеть управляется централизованно, а для решения организационных вопросов в регионах имеются представители (физические лица).
В принципе, средства, выделенные на постройку RBNet, предполагали и развитие информационного наполнения сети. Однако на первом этапе, как обычно, львиная доля денег ушла на инфраструктуру. Программа заканчивается в этом году и, вероятно, будет продолжаться еще в течение двух лет под другим названием, но с таким же централизованным финансированием. Акценты в развитии на этот период пока не ясны. Возможно, и на развитие информационных услуг будет выделен бюджет. Однако успешных примеров развития централизованной бюджетной контентной структуры нет -- а вот физическая сеть RBNet построена и работает. И, надо полагать, будет работать и дальше.