Přijdou radikální změny v internetovém směrování?

Někteří z nejlepších světových síťových inženýrů jsou zaměstnáni výzkumem, který by mohl vést k nejradikálnější přestavbě základní směrovací architektury internetu od doby jejího vzniku.

Komunita IRTF (Internet Research Task Force) hledá novou směrovací architekturu, která by vylepšila možnosti škálování internetu, aby mohl potenciálně podporovat až miliardy nových uživatelů zejména z rozvojových zemích. IRTF je sestrou komunity IETF (Internet Engineering Task Force), která je jednou z vůdčích standardizačních skupin internetu.
IRTF projednává způsob provozu páteřních směrovačů internetu. Tyto páteřní směrovače jsou vlastněny velkými korporacemi a vládními agenturami. K výměně směrovacích informací mezi mnoha propojenými sítěmi, které tvoří internet, používají protokol BGP (Border Gateway Protocol).

Směrovací tabulka BGP je hlavní seznam síťových destinací, který je uložen v páteřních směrovačích a je použit k určení nejlepší možné cesty z jedné sítě do druhé. Experti se obávají explozivního růstu směrovací tabulky BGP, který zpomaluje zpracování a zvyšuje paměťové požadavky směrovačů jádra internetu.

Kde je problém?
Růst směrovací tabulky BGP je významný, protože zvyšuje náklady jednotlivých operátorů, jak tvrdí experti. „To, o co se ředitelé informačních technologií skutečně zajímají, jsou náklady na připojení k internetu, a jestli náklady poskytovatelů služeb vzrůstají kvůli přílišné velikosti směrovací tabulky, povede to ke zvyšování nákladů pro každého,“ říká Tony Li, spolupředseda skupiny IRTF Routing Research Group. „Máme zájem, aby k tomuto scénáři nedošlo.“

Zpomalení růstu směrovací tabulky přináší provozovatelům podnikových sítí také další výhody. Umožňuje snáze rozdělit síťový provoz mezi více operátorů technikou nazývanou multihoming (vícenásobné připojení).

„Jednou z hlavních příčin růstu směrovacích tabulek je všudypřítomná praxe multihomingu sítí“, říká Lixia Zhangová, spolupředsedkyně skupiny Routing Research Group. Multihoming podstatně zvyšuje počet záznamů v globální směrovací tabulce a skupina Routing Research Group pracuje na oddělení multihomingu od růstu globální směrovací tabulky.“ Zhangová dále uvádí, že další výhodou bude snadnější přečíslování sítí v případě, když podniky změní operátora. „Jedním z našich cílů návrhu je odstranění potřeby podniků přečíslovat své sítě při změně poskytovatelů,“ dodává. „Přečíslování je totiž považováno za velmi nákladný a složitý proces.“

Hledání nové architektury
Skupina IRTF Routing Research Group existuje mnoho let, ale vloni na jaře byla znovu pověřena hledáním budoucích směrovacích architektur.

Znamením serióznosti revitalizace skupiny IRTF Routing Research Group byla výměna dřívějšího předsedy, švédského profesora Avri Doria, za dva špičkové experty: konstruktéra směrovačů Tonyho Li, který pracoval ve společnostech Cisco, Juniper či Procket a Lixii Zhangovou, profesorku informatiky na University of California.

Od okamžiku revitalizace skupiny Routing Research Group probíhaly třikrát ročně její setkání a on-line diskuse, kterých se účastnily desítky síťových inženýrů a výzkumníků z celého světa. Mezi dodavateli síťových zařízení a poskytovateli služeb zapojenými do diskuse jsou společnosti Cisco, Juniper, Ericsson, Alcatel-Lucent, Huawei, AT&T, BT a Arbor Networks.
„Nové zaměření pracovní skupiny je práce na možné směrovací architektuře, která obsahuje nové způsoby adresace a nové způsoby směrování pro globální internet,“ říká Li. „IP adresa obsahuje jak identifikaci uzlu, tak i umístění uzlu. Objevuje se otázka, zda můžeme oddělit identifikaci od sémantiky lokátoru a zda můžeme stále provozovat internet s takovým druhem architektury.“

Skupina IRTF Routing Research Group pracuje na „dosud nejradikálnějším přehodnocení směrování,“ říká Geoff Huston, expert na směrovací tabulku BGP a vědec v centru Asia Pacific Network Information Centre v australském Brisbane. „Směrování a adresace jsou zcela propojené koncepty. Jsou spjaty velmi těsně. Když jsme přijali protokol IPv6 (upgrade hlavního komunikačního protokolu pro internet – IPv4), provedli jsme významné přehodnocení adresace. Nyní se některé z těchto myšlenek znovu vynořují v rámci směrování. Zkoumáme, proč používáme směrování a co přitom provádíme.“ Huston říká, že skupina IRTF Routing Research Group zvažuje vykonání „obrovské změny v architektuře směrovačů. To má podstatný vliv na předpoklady zvažované v mnoha aplikacích.“

Skupina IRTF Routing Research Group hledá nová řešení starého problému: růstu směrovací tabulky BGP. Internetoví experti věděli roky, že explozivní růst velikosti směrovacích tabulek představuje vážný problém. Bylo to žhavé téma roku 2001, ale zájem ochladl, když krize dot-com vyústila ve zpomalení růstu směrovací tabulky BGP. Velikost směrovací tabulky BGP ale v posledních dvou letech začala opět rychle růst, a tak se problém opět dostal do popředí zájmu.

Koncem loňského roku měla směrovací tabulka BGP okolo 240 000 cest, před rokem to bylo 195 000 a před šesti lety dokonce jen 100 000 záznamů.

„Trendem posledního roku a půl byl exponenciální růst,“ říká Huston, který pro internetovou komunitu inženýrů sleduje růst tabulky BGP. Huston uvádí, že některé starší cesty mohou selhat, když směrovací tabulka dosáhne počtu 244 000 záznamů. „Jeden z použitých kusů hardwaru má nakonfigurován horní limit paměti adresovatelného obsahu na 244 000 cest, pak u něho nastane problém,“ říká Huston. „Nacházíme se v situaci, kdy některý použitý hardware začíná narážet na svá vlastní omezení.“

Růst směrovacích tabulek BGP je svázán s počtem korporací, které používají multihoming svých sítí a také s počtem poskytovatelů služeb, kteří jsou propojeni s ostatními. Směrovací tabulku BGP nikdo nehlídá. Každá společnost může přidat do směrovací tabulky cestu, aniž by musela platit něco navíc. Kdokoli jiný v páteřní síti musí přenášet cestu na své vlastní náklady.

Huston uvádí, že pokračující exponenciální růst směrovací tabulky zkrátí životní cyklus směrovačů, zvětší jejich velikost, náklady a požadavky na napájení. Náklady na jednotku směrování se mohou zvýšit se zvětšováním směrovačů, dodává. „A co když zdvojnásobení velikosti směrovače přinese čtyřnásobnou cenu?“, ptá se Huston. „Potom se změní všechno, co jsme si kdy mysleli o směrování.“ John Scudder, člen skupiny IRTF a inženýr ze společnosti Juniper, je přesvědčen, že výrobci směrovačů budou schopni podporovat exponenciální růst směrovací tabulky BGP ještě nejméně pět let.

Nenechte si ujít: Technologie internetu (11): Řízení datového toku Technologie internetu (10.): Óda na TCP Technologie internetu (9.): Směrování ve velkém Firemní sítě míří do veřejného prostoru Chyby v DNS softwaru mohou způsobit problémy Nové domény nejvyšší úrovně toho zatím příliš mnoho neřeší

„Nejlepší hardware, který naše firma má v produktové řadě nebo ho vyvíjí, je velmi dobře vybaven ke zvládnutí měnícího se růstu tabulky,“ říká Scudder. „Produkty Juniper MX 960 a MX120 dnes mají schopnost zvládnout i milión cest... Podíváme-li se dále, tak dnes dostupné čipy zvládnou škálování až do 10 milionů.“

Scudder dodává, že komunita IETF má „v rukávu hodně triků pro další vylepšení škálovatelnosti protokolu BGP“. A pěkné je, že je to inkrementálně nasaditelné.“ I Scudder však připouští, že směrovací tabulka BGP působí starosti. „Pokaždé, když je vidět zrychlení křivky růstu, mají všichni inženýři starosti,“ dodává. „Myslím si, že budeme schopni držet krok tak dlouho, dokud budeme situaci sledovat.“


Žádný návrh není jistý
Skupina se nachází „hluboko ve fázi objevování“, říká Tony Li, spolupředseda skupiny Routing Research Group. „Viděli jsme mnoho návrhů od různých výzkumníků a inženýrů (viz. vložený text). Dle mého názoru máme na stole několik návrhů, ale jsou stále hluboce ve fázi přechodu od náčrtu k detailnímu návrhu.“ Je také možné, že skupina Routing Research Group doporučí úplné zrušení protokolu BGP.

„Zkoušíme podívat se na základní směrovací architekturu a udělat v ní vhodné změny,“ říká Zhangová. „Jakmile dospějeme k závěru ohledně vhodné podoby nové směrovací architektury, budeme moci vyzkoušet, zda protokol BGP bude rovněž vyžadovat nějaké změny a případně jaké změny by to měly být.“ Huston dodává, že jakákoli změna protokolu BGP bude významná. „Protokol BGP je použit ve stovkách tisíc směrovačů a jeho změna není něco, co by šlo udělat nějak snadno.“

To je důvod, proč Huston doporučuje ponechání protokolu BGP a jeho úpravu, aby mohl přenášet různé informace, kterých však bude méně. „Protokol BGP možná neponese veškerý šum internetu ze všech míst, ale namísto toho může nést mnohem menší sadu viditelných orientačních bodů,“ dodává. Lídři skupiny IRTF Routing Research Group doufají, že účastníci se dohodnou na řešení do dvou až tří let. „Nevíme, zda existuje úspěšně proveditelné řešení,“ říká Li. „Dokud jedno takové neobjevíme, je to proces s otevřeným koncem.“

Experti se ale shodují v názoru, že jakékoli řešení, se kterým by skupina Routing Research Group přišla, je nejméně pět let vzdáleno od komerční dostupnosti. „Je nepravděpodobné, že by v blízké budoucnosti došlo k nasazení čehokoli,“ říká Huston. „Toto je velmi hluboký výzkum a zabere ještě hodně času.“ Li a Zhangová prohlašují, že jsou opatrně optimističtí ohledně schopnosti skupiny vyřešit problém rostoucí směrovací tabulky. Shodují se v názoru, že jakékoli řešení, se kterým přijdou, musí být inkrementálně nasaditelné a transparentní pro koncové uživatele.

„Je možné vykonat významnou změnu ve směrovací architektuře, a to při velmi malém vyrušení současně nasazené uživatelské základny,“ uvádí Zhangová. Bude-li skupina Routing Research Group neúspěšná, páteřní směrovače internetu se nezhroutí, říkají experti. Bude je ale stále dražší provozovat. Růst směrovací tabulky „nezpůsobí kolaps. Jenom bude některým lidem způsobovat stále větší nepříjemnosti,“ říká Li. Pokud růst směrovací tabulky někdy v budoucnu předběhne možnosti počítačového hardwaru zlepšovat se a obsloužit ji, „potom náklady začnou velmi rychle nabývat hrozivých rozměrů,“ dodává.