Redundancja i odporność na błędy

W protokole internetowym (ang. Internet Protocol, IP) komputery dzielą wiadomości na pakiety, a pakiety te wędrują od routera do routera w drodze do miejsca przeznaczenia:

Co się stanie, jeśli ścieżka sieciowa nie jest już dostępna, na przykład z powodu klęski żywiołowej, która fizycznie ją niszczy lub z powodu przejęcia jej przez cyberprzestępcę? Czy pakiet jest skazany na to, że nigdy nie dotrze do celu?

Na szczęście, często istnieje wiele możliwych ścieżek, którymi pakiet może dotrzeć do tego samego miejsca docelowego. Dostępność wielu ścieżek zwiększa redundancję sieci.

Rozważmy tę uproszczoną sieć łączącą routery w czterech głównych miastach:

Istnieje wiele ścieżek od routera w Oakland do routera w Nowym Jorku.

Pierwsza i najkrótsza droga prowadzi z Oakland do Austin, a następnie do Nowego Jorku:

Nieco dłuższa droga prowadzi z Oakland do Austin przez Tampa, a następnie do Nowego Jorku:

Dlaczego ta redundancja jest taka ważna? Jeśli połączenie pomiędzy routerem Austin i Nowym Jorkiem nie będzie już dostępne, to jest jeszcze inny sposób, aby pakiet dotarł do miejsca przeznaczenia.

Nadmiarowość ścieżek w sieci zwiększa liczbę możliwych dróg, którymi pakiet może dotrzeć do celu.

System odporny na błędy to taki, który może doświadczyć awarii (lub wielu awarii) w swoich komponentach, ale nadal działa prawidłowo.

Internet jest ogromnym i złożonym systemem z milionami komponentów, które mogą się zepsuć w każdej chwili - i wiele z tych komponentów się psuje. Ale do 2020 roku nikomu nie udało się zniszczyć całego Internetu.

Dużym wkładem w odporność Internetu na błędy jest redundancja w ścieżkach routingu sieci.

Weźmy pod uwagę liczbę podmorskich kabli łączących wschodnią część Stanów Zjednoczonych z zachodnią częścią Europy:

Jeśli jeden z tych kabli zostanie uszkodzony, istnieje wiele innych kabli, które mogą przesyłać ruch internetowy przez Ocean Atlantycki.

Lub, mówiąc inaczej, nie ma pojedynczego punktu awarii pomiędzy wybrzeżami. Pojedynczy punkt awarii to komponent w systemie, który spowoduje awarię całego systemu, jeśli zawiedzie. Kiedy próbujemy upewnić się, że system jest odporny na błędy, szukamy pojedynczych punktów awarii i znajdujemy sposoby na dodanie redundancji w tych punktach.

Rozważmy teraz skromną liczbę podmorskich kabli pomiędzy tymi polinezyjskimi wyspami na południowym Pacyfiku:

Jeśli kabel zostanie przerwany pomiędzy Wyspami Cooka a Polinezją Francuską, jaki będzie to miało wpływ na Internet na tych wyspach?

W niektórych przypadkach przecięcie kabla może spowodować upadek całego kraju. W 2019 roku kotwica statku ciągnęła się po dnie morza przecięła kabel do Tonga i odcięła im dostęp do Internetu na 11 dni. ${}^1$‍

Niewiele trzeba, aby przeciąć kabel. W 2011 roku, pewna babcia mieszkająca w Gruzji przypadkowo uszkodziła łopatą kabel, w wyniku czego cała Armenia straciła dostęp do Internetu na 5 godzin. ${}^2$‍

Przerwy w dostawie kabli zdarzają się stosunkowo często - "mniej więcej co 3 dni", według analityka sieci Stephana Beckerta. ${}^3$‍ Większość czasu, przeciętny użytkownik Internetu nawet nie zauważa, kiedy dochodzi do przerwania, a kabel zostaje naprawiony przez jeden z wielu statków naprawiających kable. ${}^4$‍ Kiedy zauważamy przerwy w dostawie Internetu, to zwykle oznacza, że jest jeden punkt awarii i nadszedł czas, aby dodać redundancję do systemu.

Dlaczego nie zaczniemy od redundancji wszędzie? Jak można się domyślić, jest to dość kosztowne. Koszt podmorskiego kabla łączącego Tonga z Fidżi oszacowano na około 30 milionów dolarów, a jest to stosunkowo krótki kabel. ${}^5$‍ Kiedy Google zainstalowało szybki światłowód między USA a Tokio, kosztował on 300 milionów dolarów. ${}^6$‍

Gdy powielanie zasobów jest zbyt kosztowne, możliwe jest znalezienie sposobu na stopniową degradację systemu w obliczu awarii. Podczas awarii na Tonga, dostawcy satelitarni pospieszyli się z zapewnieniem dostępu do Internetu. ${}^7$‍ Być może nie byli w stanie zapewnić takich samych prędkości jak połączenie światłowodowe, ale każde połączenie internetowe jest lepsze niż jego brak.

🤔 Zastanów się nad odpornością na awarie otaczającej Cię infrastruktury. Jak duża jest redundancja w systemie elektrycznym w Twoim domu lub pracowni komputerowej? Czy są jakieś pojedyncze punkty awarii? Jaki byłby najtańszy sposób na zwiększenie redundancji?

🙋🏽🙋🏻‍♀️🙋🏿‍♂️Masz pytania związane z tym zagadnieniem? Możesz zadać swoje pytanie poniżej!