Компьютерные сети. 6-е изд.

1.7. Стандартизация

Внедрение инноваций в интернет-технологиях зависит как от самих технологий, так и от политических и юридических аспектов. Развитие интернет-протоколов обычно происходит посредством процесса стандартизации, о котором пойдет речь ниже.

1.7.1. Стандартизация и открытый исходный код

Существует множество разработчиков и поставщиков сетевых технологий, и каждый имеет свое представление о том, что и как делать. Без согласования наступил бы полный хаос и пользователи не смогли бы работать. Единственный способ решения этой проблемы — прийти к соглашению относительно сетевых стандартов. Хорошие стандарты не только позволяют различным компьютерам обмениваться информацией, но и расширяют рынок для соответствующих им продуктов. Наращивание рынка ведет к массовому производству, масштабной экономии при разработке, улучшению реализаций и другим преимуществам, снижающим цену и повышающим популярность продукта.

В этом разделе мы вкратце обсудим важный, но мало кому известный мир международной стандартизации. Но сначала поговорим о том, что содержит стандарт. Любой здравомыслящий человек предположил бы, что стандарт описывает, как должен работать протокол, чтобы можно было осуществить хорошую реализацию. И ошибся бы.

Стандарты описывают, что требуется для совместимости с другими продуктами — ни больше ни меньше. Это способствует расширению рынка и росту конкуренции между компаниями на основе качества программных продуктов. Например, стандарт 802.11 описывает несколько скоростей передачи данных. При этом он не указывает, при каких обстоятельствах отправитель должен использовать конкретную скорость, что является ключевым фактором для высокой производительности. Это решение отдается на откуп создателю продукта. Зачастую обеспечить совместимость при таком подходе непросто, ведь существуют разные стандарты, в которых описано множество способов реализации. Например, в случае 802.11 существует столько проблем, что отраслевая группа Wi-Fi Alliance приступила к работе над совместимостью внутри стандарта 802.11. Что касается программно-определяемых сетей, ONF (Open Networking Foundation) пытается разработать как стандарты, так и их реализации с открытым исходным кодом, чтобы гарантировать совместимость протоколов управления с программируемыми сетевыми коммутаторами.

Стандарт задает протокол передачи данных, но не внутренний интерфейс службы (разве что в качестве пояснений к протоколу). Существующие интерфейсы служб обычно защищены патентами. Например, для обмена информацией с удаленным хостом интерфейс между TCP и IP не имеет значения. Важно только то, что удаленный хост понимает TCP/IP. На самом деле TCP и IP часто реализуются вместе, без какого-либо четкого интерфейса между ними. Тем не менее хорошие интерфейсы служб, как и продуманные API (Application Programming Interfaces — программные интерфейсы приложений), важны для использования протоколов, а лучшие из них (например, сокеты Беркли) приобретают большую популярность.

Стандарты делятся на две категории: де-факто и де-юре. Стандарты де-факто (от лат. «фактически») просто возникают сами собой, без какого-либо предварительного плана. HTTP, составляющий основу интернета, появился в качестве стандарта де-факто. Он был включен в первые веб-браузеры, разработанные Тимом Бернерсом-Ли (Tim Berners-Lee) в ЦЕРН, и широко распространился с ростом интернета. Еще один пример — Bluetooth, разработанный компанией Ericsson и теперь используемый повсеместно.

Внедрение стандартов де-юре (от лат. «юридически», «согласно праву»), напротив, происходит на основе правил, описанных неким официальным комитетом стандартизации. Органы международной стандартизации делятся на два класса. Они либо создаются на основе межправительственного договора, либо входят в общественные организации, не связанные государственными соглашениями. В сфере стандартов сетей существует несколько организаций каждого типа, в частности ITU, ISO, IETF и IEEE, которые мы обсудим ниже.

На практике взаимосвязи между стандартами, компаниями и комитетами по стандартизации сильно запутаны. Стандарты де-факто часто превращаются в стандарты де-юре, особенно если они успешны. Так было в случае с HTTP, который был быстро подхвачен IETF. Комитеты по стандартизации часто ратифицируют стандарты друг друга, чтобы увеличить долю рынка для конкретной технологии. Сегодня важную роль в разработке и уточнении сетевых стандартов играют многочисленные коммерческие союзы, сформировавшиеся вокруг конкретных технологий. Например, консорциум 3GPP (Third Generation Partnership Project) начался с сотрудничества ассоциаций по телекоммуникации, занимавшихся внедрением стандартов подвижной телефонной связи UMTS 3G.

1.7.2. Кто есть кто в мире телекоммуникаций

Правовой статус мировых телефонных компаний существенно различается в разных странах. На одном конце спектра располагаются США, где существует множество (в основном очень мелких) частных телефонных компаний. Еще несколько фирм добавилось с распадом AT&T в 1984 году (на тот момент крупнейшей корпорации в мире, предоставляющей услуги телефонной связи примерно 80 % абонентов США) и с принятием Акта о телекоммуникациях от 1996 года, который усовершенствовал законодательство в этой сфере с целью стимулирования конкуренции. Впрочем, эта идея не сработала так, как планировалось. Крупные компании выкупали более мелкие до тех пор, пока в большинстве регионов не остались одна-две корпорации.

На другом конце спектра располагаются страны с полной правительственной монополией на все средства связи, включая почту, телеграф, телефон, а часто и радио с телевидением. К этой категории относится большая часть мира. В некоторых случаях регулятор телекоммуникаций представляет собой национализированную компанию, в других — просто часть правительственных структур, обычно называемую Управлением почтово-телеграфной и телефонной связи (Post, Telegraph & Telephone administration, PTT). Во всем мире наблюдается тенденция к переходу от правительственной монополии к либерализации и свободной конкуренции. PTT в большинстве европейских стран уже частично приватизированы, в других странах этот процесс только начинает набирать обороты.

При таком разнообразии поставщиков услуг необходимо обеспечить совместимость в мировом масштабе, чтобы люди (и компьютеры) из разных стран могли связываться друг с другом. На самом деле такая потребность существует уже длительное время. В 1865 году представители европейских стран встретились, чтобы создать союз, ставший предшественником нынешнего Международного союза электросвязи12, МСЭ (International Telecommunication Union, ITU). Его задачей стала стандартизация международных телекоммуникаций (в те годы это был телеграф).

Уже тогда было ясно, что если половина стран будет использовать азбуку Морзе, а вторая половина — любой другой код, возникнет проблема. Когда же в международных масштабах начали использовать телефон, МСЭ взял на себя и стандартизацию телефонии. В 1947 году МСЭ стал одним из агентств ООН.

В МСЭ входят почти 200 государств13, включая практически всех членов ООН. А поскольку в США нет PTT, представлять США в МСЭ должна какая-то другая организация. Эта задача была возложена на Государственный департамент (вероятно, потому, что МСЭ имеет отношение к иностранным государствам, а это как раз специализация Госдепа). МСЭ насчитывает также более 700 представителей секторов и ассоциированных членов. В их числе телефонные компании (например, AT&T, Vodafone, Sprint), производители телекоммуникационного оборудования (например, Cisco, Nokia, Nortel), поставщики компьютеров (например, Microsoft, Dell, Toshiba), производители микросхем (например, Intel, Motorola, TI) и другие заинтересованные компании (например, Boeing, CBS, VeriSign).

МСЭ включает три основных сектора. Мы сосредоточим внимание в основном на МСЭ-T, Секторе стандартизации электросвязи, который занимается телефонными системами и системами передачи данных. До 1993 года этот сектор назывался CCITT, по акрониму его французского названия Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique. МСЭ-R, Сектор радиосвязи, занимается глобальной координацией использования радиочастот заинтересованными группами. И последний сектор — МСЭ-D, Сектор развития. Он занимается созданием благоприятных условий для развития информационных технологий и технологий связи. Его цель — сокращение «цифровых барьеров» между странами с эффективным доступом к информационным технологиям и странами с ограниченным доступом к ним.

Задача МСЭ-Т состоит в выпуске технических рекомендаций относительно интерфейсов для телефонной и телеграфной связи, а также обмена данными. Эти рекомендации нередко становятся стандартами, признанными на международном уровне. Формально они являются лишь предложениями, которые правительства могут принять или проигнорировать (поскольку правительства напоминают тринадцатилетних мальчишек, которым не нравится, когда им указывают, что делать). На практике любая страна может принять телефонный стандарт, который отличается от мирового. Но тем самым она отрежет себя от всего мира, ведь ее граждане не смогут совершать международные звонки. Возможно, подобный вариант подойдет Северной Корее, но для остальных стран это станет серьезной проблемой.

Вся настоящая работа МСЭ-Т выполняется в его исследовательских комиссиях (Study Group, SG). В настоящее время в МСЭ-Т есть 11 исследовательских комиссий, насчитывающих порядка 400 человек. Они изучают широкий спектр вопросов, от тарификации телефонов и мультимедийных сервисов до безопасности. SG 15, например, занимается стандартизацией оптоволоконных домашних подключений. Благодаря этому производители могут создать продукты, которые будут работать повсеместно. Чтобы добиться хоть каких-то результатов, исследовательские комиссии подразделяются на рабочие группы (Working Parties), состоящие из групп экспертов (Expert Teams), которые, в свою очередь, делятся на группы по решению узких задач. Бюрократия — всегда бюрократия.

Несмотря на все это, МСЭ-Т действительно решает поставленные задачи. С начала своей деятельности он выработал более 3000 рекомендаций, многие из которых часто используются на практике. Например, рекомендация H.264 (она же стандарт ISO, известный под названием MPEG-4 AVC) широко применяется для сжатия видеоданных, а сертификаты открытых ключей X.509 — для безопасного пользования интернетом и цифровых подписей сообщений электронной почты.

Важность стандартов растет по мере завершения начатого в 1980-х перехода отрасли телекоммуникаций от чисто внутригосударственной к глобальной, и все больше организаций будут стремиться участвовать в их создании. Больше информации о МСЭ вы можете найти в работе Ирмера (Irmer, 1994).

1.7.3. Кто есть кто в мире международных стандартов

Международные стандарты разрабатываются и публикуются Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO). Это общественная неправительственная организация, основанная в 1946 году. В нее входят национальные организации по стандартизации 161 страны. В их числе ANSI (США), BSI (Великобритания), AFNOR (Франция), DIN (Германия) и 157 других.

ISO публикует стандарты, затрагивающие огромный спектр вопросов — от болтов и гаек до покраски телефонных столбов (не говоря уже о какао-бобах (ISO 2451), рыболовных сетях (ISO 1530), женском нижнем белье (ISO 4416) и множестве других вещей, казалось бы, не требующих стандартизации). Что же касается вопросов телекоммуникаций, ISO и МСЭ-Т часто сотрудничают (ISO состоит в МСЭ-Т) во избежание конфликта двух официальных и взаимно несовместимых международных стандартов.

За все время было выпущено 24 316 стандартов (по состоянию на июнь 2022 года. — Примеч. ред.), включая стандарты OSI. ISO включает более 200 технических комитетов (Technical Committees, TC), пронумерованных в порядке их создания, каждый из которых занимается какой-либо конкретной темой. TC1, например, действительно занимается болтами и гайками (стандартизация винтовой резьбы). JTC1 работает с информационными технологиями, включая сети, компьютеры и программное обеспечение. Это первый (и пока что единственный) объединенный технический комитет (Joint Technical Committee), созданный в 1987 году путем слияния TC97 и одного из технических комитетов IEC (еще одной организации по стандартизации). Каждый TC включает множество подкомитетов (SC), разбитых на рабочие группы (WG).

Основная работа выполняется, как правило, в рабочих группах, куда входит более сотни тысяч добровольцев со всего мира. Правда, многие из этих «добровольцев» работают в ISO по указанию их работодателей, чьи продукты стандартизируются. В числе прочих — госслужащие, заинтересованные в том, чтобы стандарт, принятый в их стране, стал международным. Во многих рабочих группах также принимают активное участие научные специалисты.

Процедура принятия стандартов ISO была разработана с расчетом на максимально широкий консенсус. Процесс запускает одна из национальных организаций по стандартизации, заявляющая о потребности в международном стандарте в какой-либо сфере. Затем формируется рабочая группа для создания проекта комитета (Committee Draft, CD). В течение 6 месяцев члены ISO должны внести в этот проект критические замечания. В случае одобрения значительным большинством переработанный документ выпускается и распространяется для дальнейших комментариев и голосования. Теперь он носит название проекта международного стандарта (Draft International Standard, DIS). На основе результатов этой стадии готовится, одобряется и публикуется окончательный текст международного стандарта (International Standard, IS). В случаях, вызывающих особенно жаркие споры, может потребоваться несколько версий DIS, прежде чем он наберет достаточно голосов. Весь процесс может занимать годы.

Национальный институт стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology, NIST) является подразделением Министерства торговли США. Ранее он назывался Национальным бюро стандартов. Он выпускает стандарты, обязательные для закупок правительства США. Исключение составляют закупки Министерства обороны, выпускающего свои собственные стандарты.

Еще один важный игрок в мире стандартов — Институт инженеров электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) — крупнейшее профессиональное объединение в мире. IEEE публикует десятки журналов и ежегодно проводит сотни конференций. Он также разрабатывает стандарты в области электротехники и вычислительной техники. Комитет 802 IEEE стандартизовал множество видов LAN. Мы обсудим некоторые результаты его деятельности далее в этой книге. Фактическую работу выполняет множество рабочих групп, перечисленных на илл. 1.37. Деятельность

Номер

Тематика

802.1

Обзор и архитектура LAN

802.2

Управление логической связью

802.3 *

Ethernet

802.4 †

Маркерная шина (недолго использовалась на производстве)

802.5 †

Token ring (первый шаг IBM в мире LAN)

802.6 †

Двойная шина с распределенной очередью (одна из первых городских сетей)

802.7 †

Техническая консультативная группа по широкополосным технологиям

802.8 †

Техническая консультативная группа по оптоволоконным технологиям

802.9 †

Изохронные LAN (для приложений, работающих в режиме реального времени)

802.10 †

Виртуальные LAN и безопасность

802.11 *

Беспроводные LAN (Wi-Fi)

802.12 †

Обработка запросов с учетом приоритетов (AnyLAN компании Hewlett-Packard)

802.13

Несчастливый номер; никто не захотел его брать

802.14 †

Кабельные модемы (закрылась: промышленный консорциум опередил их)

802.15 *

Персональные сети PAN (Bluetooth, Zigbee)

802.16 †

Широкополосные беспроводные сети (WiMAX)

802.17 †

Отказоустойчивое пакетное кольцо

802.18

Техническая консультативная группа по вопросам нормативного регулирования радиосвязи

802.19

Техническая консультативная группа по вопросам совместимости стандартов

802.20

Мобильные широкополосные беспроводные сети (аналогично 802.16e)

802.21

Независимая от физической среды передача обслуживания (для перехода между технологиями)

802.22

Региональные беспроводные сети

Илл. 1.37. Рабочие группы комитета 802. Наиболее важные отмечены знаком *. Отмеченные знаком † прекратили работу

этих групп не слишком результативна, а присвоение стандарту номера 802.x не гарантирует успеха. Тем не менее наиболее удачные стандарты (особенно 802.3 и 802.11) оказали колоссальное влияние на экономику и мир в целом.

1.7.4. Кто есть кто в мире интернет-стандартов

У всемирной сети интернет есть свои механизмы стандартизации, сильно отличающиеся от механизмов МСЭ-Т и ISO. Грубо говоря, разница в том, что на совещания по стандартизации в ITU и ISO люди приходят в костюмах, а участники собраний по стандартизации интернета носят джинсы (за исключением совещаний в Сан-Диего — туда они приходят в шортах и футболках).

Совещания МСЭ и ISO посещают должностные лица компаний и государственные чиновники, для которых стандартизация является работой. Они считают стандартизацию благим делом и посвящают ей свою жизнь. Люди интернета же, напротив, принципиально предпочитают анархию. Но когда сотни миллионов людей делают то, что им заблагорассудится, организовать связь очень непросто. Так что, увы, без стандартов не обойтись. Дэвид Кларк из MIT однажды высказал ставшее знаменитым замечание о том, что стандартизация интернета заключается в «приблизительном консенсусе и работающем коде».

При создании сети ARPANET Пентагон сформировал неофициальный комитет для надзора за ней. В 1983 году он получил название IAB (Internet Activities Board — Совет по деятельности в сфере интернета) и его функции были несколько расширены. Его задачей стало обеспечение более или менее единого направления исследований ARPANET и интернета (занятие, чем-то напоминающее ловлю разбегающихся кошек). Позднее аббревиатура IAB стала расшифровываться как Internet Architecture Board (Совет по архитектуре интернета).

В IAB входили примерно десять участников, и каждый из них возглавлял тематическую рабочую группу по какому-либо важному вопросу. IAB собирался несколько раз в год для обсуждения результатов и отчета перед Пентагоном и NSF, которые в основном финансировали его деятельность. Когда требовался новый стандарт (например, алгоритм маршрутизации), члены IAB тщательно прорабатывали этот вопрос, а затем сообщали об изменениях аспирантам (выполнявшим главный объем работ по созданию программ), чтобы они могли его реализовать. Информационное взаимодействие производилось с помощью ряда технических отчетов — RFC (Request For Comments). RFC доступны онлайн для всех желающих на сайте www.ietf.org/rfc. Они пронумерованы в порядке, соответствующем хронологии их создания. На сегодняшний день существует более 8000 RFC. Многие из них будут упоминаться в этой книге.

К 1989 году интернет разросся настолько, что подобный неформальный подход больше не работал. Тогда многие производители предлагали продукты на основе TCP/IP и не хотели менять их лишь потому, что какие-то десять исследователей придумали нечто получше. Летом 1989-го IAB снова реорганизовали. Специалистов перевели в IRTF (Internet Research Task Force — Исследовательская группа интернет-технологий), подчиненную IAB, а также в IETF (Internet Engineering Task Force — Инженерный совет интернета). Одновременно в IAB вошли люди из более широкого спектра организаций, а не только сообщества исследователей. Изначально эта группа была самовозобновляемой: ее члены назначались на два года, причем прежние участники выбирали новых. Позже было создано Общество интернета (Internet Society), в котором состояли люди, заинтересованные в развитии интернета (этим оно походило на ACM или IEEE). Во главе Общества интернета стоит выборный совет попечителей, назначающий членов IAB.

Основной смысл такого разделения был в том, чтобы IRTF сосредоточилась на долгосрочных исследованиях, а IETF занимался краткосрочными инженерными проектами. Теперь они не мешали друг другу. IETF разделился на рабочие группы, каждая из которых занималась решением конкретной задачи. Координационный комитет, куда входили председатели групп, определял общее направление деятельности. Тематика исследований включала новые приложения, информацию о пользователях, интеграцию OSI, маршрутизацию и адресацию, безопасность, управление сетями и стандарты. В итоге было сформировано так много рабочих групп (более 70), что они были объединены по сферам деятельности, и координационный комитет формировался из председателей этих объединений.

Кроме того, был взят на вооружение более формальный процесс стандартизации, по образцу ISO. Прежде чем стать предлагаемым стандартом (Proposed Standard), идея должна быть изложена в RFC. В случае заинтересованности сообщества она получает дальнейшее рассмотрение. Для перехода рабочей реализации в стадию проекта стандарта (Draft Standard) она тщательно тестируется минимум на двух независимых площадках в течение хотя бы 4 месяцев14. Если IAB приходит к выводу, что идея оказалась здравой и программное обеспечение работает, он объявляет RFC стандартом интернета (Internet Standard). Часть стандартов интернета стала стандартами Минобороны США (MIL-STD), обязательными для поставщиков Пентагона.

Что касается веб-стандартов, протоколы и руководства, обеспечивающие долгосрочное развитие Всемирной паутины, разрабатывает Консорциум Всемирной паутины (World Wide Web Consortium, W3C). Это промышленный консорциум под руководством Тима Бернерса-Ли, созданный в 1994 году, когда Всемирная паутина начала по-настоящему обретать популярность. Сегодня в W3C состоят почти 500 компаний, университетов и других организаций. W3C издал более ста рекомендаций W3C (так называются его стандарты), охватывающих такие темы, как HTML и защита персональной информации в интернете.

12 Здесь и далее мы будем иногда использовать термины «телекоммуникации» и «электросвязь» как синонимы, хотя, строго говоря, первое понятие иногда считается несколько более широким, включая в себя неэлектрические виды связи, например обычную почту. — Примеч. пер.

13 Точнее, 193 (на июнь 2022 года). — Примеч. пер.

14 Авторы описывают этот процесс не совсем точно. Согласно RFC 2026 (https://tools.ietf.org/html/rfc2026), для перехода спецификации в стадию проекта стандарта должны существовать как минимум две независимые и функционально эквивалентные ее реализации на основе различных баз кода, причем должен быть накоплен достаточный опыт успешной практической эксплуатации. Также спецификация должна оставаться на стадии предлагаемого стандарта по крайней мере в течение 6 (а не 4 месяцев). — Примеч. пер.