Новая технология способна увеличить скорость Интернета в десять раз

Новая технология позволить увеличить скорость интернета в десять раз

Исследователи Ольборгского университета, Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института разработали новую математическую формулу, на основе которой можно повысить скорость интернета в десять раз, сделав узлы сети гораздо умнее и адаптируемыми. Кроме того, новая методика повышает безопасность передачи данных, и может быть использована в мобильных сетях 5G и спутниковой связи.

Проблема TCP / IP

Как известно, в Интернете данные передаются в «пакетах», иными словами небольшими кусочками цифровой информации. Точный формат пакетов и процедур для доставки их к месту назначения описывает набор протоколов, известных как TCP / IP, или набор протоколов Интернета, предложенных в начале 70-х.

В те времена набор протоколов Интернета являлся большим прорывов, революцией в передачи цифровой информации. Примечательно, что 40 лет спустя данная технология по-прежнему является основой Интернета. Однако, несмотря на все свои достоинства, мало кто сможет утверждать, что она максимально эффективна, надежна и гибка.

Новая технология позволить увеличить скорость интернета в десять раз

Например, технология передачи данных TCP предусматривает, чтобы получатель получал пакеты в том же порядке, в каком они были отправлены отправителем. Если хотя бы один пакет будет утерян, протокол интерпретирует это как знак того, что сеть перегружена, и скорость передачи снижается сразу в два раза. С одной стороны, это хороший вариант для передачи особо важных файлов, с другой же – это страшно неэффективный метод. Главная проблема в том, что протокол не знает, что ему нужно делать в одной или иной ситуации.

Кроме того, не смотря на то, что теоретически пакеты могли планировать бесконечное число маршрутов между точкой А и точкой Б, на практике оказывается, что они всегда движутся по одному и тому же пути, что позволяет перехватчикам отслеживать вашу коммуникацию.

Сетевое кодирование – решение проблемы?

Интересным предложением является сетевое кодирование, которое делает каждый узел в сети умнее. В TCP / IP протоколах узлы сети представляют собой простые переключатели, которые получают пакеты и направляют их к следующему узлу вдоль их заданного маршрута. В свою очередь, в сетевом кодировании каждый узел может самостоятельно разработать пакеты по мере необходимости, например, для повторной маршрутизации или их повторного кодирования.

Новая технология позволить увеличить скорость интернета в десять раз

Добавление интеллекта на уровне узла добавляет беспрецедентную гибкость в обработке информации. Например, можно воспользоваться многолучевым TCP (реализованным в мобильной операционной системе iOS 7) и поверх него добавить механизм кодирования, увеличив безопасность и скорость, или даже настроить хранение данных прямо в узлах сети.

В недавнем исследовании группа исследователей из Ольборгского университета (Дания), Массачусетского технологического института и Калифорнийского технологического института реализовали именно такой протокол.  Результаты показали, что четырех минутное видео было скачано в пять раз быстрее, по сравнению с нынешними технологиями.

«В экспериментах с сетевым кодированием интернет-трафика производители оборудования достигли скоростей до 10 раз превышающие привычные нам. Данная технология может быть использована в спутниковой связи, мобильной связи и обычной веб-коммуникации компьютеров,» говорит профессор Фрэнк Фитзек, глава исследований.

Как это работает?

Допустим, что содержимое пакета является частью YouTube видео, текста или песни, в любом случае, кодируемые строки состоят из нулей и единиц, который также можно увидеть в виде чисел в двоичном формате.

В TCP / IP протоколах узлы хранят содержимое пакетов передачи данных сети и ретранслируют его к следующему узлу. Но в протоколе, разработанном профессором Фитзек и его коллегами, содержание пакета рассматривается в качестве фактического количества, и пакеты обрабатываются на отдельные куски. Каждый узел создает систему линейных уравнений, используя обе цифры, извлеченные из содержания пакетов и набора случайно сгенерированных коэффициентов.

Новая технология позволить увеличить скорость интернета в десять раз

Каждое линейное уравнение образует «кодированный пакет», где коэффициенты хранятся внутри заголовка кодированного пакета, и неизвестные переменные являются фактическим содержанием пакетов, обработанные в виде числа. Другими словами, каждый кодированный пакет содержит частичную информацию о нескольких «стандартных» пакетах, но умноженную на различные коэффициенты.

Как вы, наверное, помните из школьной программы математики, необходимо N линейных уравнений, чтобы решить N неизвестных переменных. Поскольку каждый кодированный пакет содержит одно уравнение, получателю будет необходимо получить N-пакетов (с разными коэффициентами), прежде чем он сможет декодировать данные.

Система гораздо безопаснее, чем нынешние интернет-протоколы, потому что злоумышленник должен был бы перехватить все пакеты для декодирования информации.

Но зачем так усложнять? Ответ в том, что в таком случае, в отличие от протокола TCP / IP, получателю не обязательно принимать пакеты в том порядке, в котором они были отправлены. На самом деле, порядок, в котором будут получены пакеты, не имеет абсолютно никакого значения.  Единственное, что важно, чтобы получатель получил N кодированных пакетов (с разными коэффициентами), чтобы он смог решить уравнение и получить исходные данные.

Такая гибкость в порядке означает, что вся система гораздо более эффективна, потому что все пакеты являются взаимозаменяемыми. Потерянный пакет больше не повод для серьезных задержек при передаче данных, как было в TCP / IP.

И благодаря тому, что порядок не имеет значения, пакеты могут передаваться по разным маршрутам в сети.  Это также повышает уровень безопасности, потому что практически нереально перехватить коммуникацию, используя одну линию.

Что дальше?

Технология может найти применение в 5G телекоммуникации, Интернет вещах и программно-конфигурируемых сетях.

«Я думаю, что данная технология будет интегрирована в большинство новых продуктах, поскольку она имеет некоторые важные и необходимые функции», говорит Фитзек. «Единственное, что может остановить развитие нашей технологии — патенты. Отдельные компании имеют контроль над некоторыми важными патентами кодирования.  Но мы знаем, что наш подход идет на благо Интернету».