در 18 جولای 2001 / 27 تیر 1380، یک قطار باری که در تونل زیرزمینی پایین شهر بالتیمور حرکت می‌کرد، از خط خارج شد و 20هزار لیتر اسید هیدروکلریک آزاد کرد. آتش شیمیایی ناشی از آن، کابل‌های فیبر نوری را که به 8 ارائه‌دهنده اصلی خدمات اینترنت در امریکا تعلق داشت، سوزاند و برای چندین ساعت، سرعت اینترنت در پهنه ایالات متحده تا حد زیادی سقوط کرد. یکی از پیمان‌کارانی که به تعمیر این خط اشتغال داشت، با تشبیه این کابل به شاهراه اصلی ارتباطی شرق و غرب کشور گفته بود که چنین حادثه‌ای از آن دست حوادث نادری است که در کل عمر این سیستم فقط یک بار ممکن است اتفاق بیفتد.
8 سال از آن روز گذشته و سیر حوادث، عکس این ادعا را ثابت کرده است. وقایع مصیبت‌باری که در این دوره اتفاق افتاد، نشان داد که اینترنت بیش از آن‌چه فکر می‌شد، در برابر حوادث فیزیکی مانند تصادف، زلزله و قطعی کابل در اثر برخورد با لنگر کشتی‌ها آسیب‌پذیر است. شاید در صدها منطقه از زمین، این شبکه به تار مویی بسته است.
این روزها رخدادی مشابه سال 1380، خسارت‌های بسیار بیشتری از آن روز برجا خواهد گذاشت. ساختمان‌های اغلب زیرساخت‌های فیزیکی اینترنت ده‌ها سال عمر دارند؛ ولی مشکل اینجا است که نه می‌توان بخش‌هایی از آن را خراب کرد و از نو ساخت و نه دولت‌ها و شرکت‌های بزرگ، زیر بار هزینه‌های سرسام‌آور ایجاد اتصال‌های اضافی برای قطع نشدن شبکه در اثر چنین حوادثی می‌روند. پس چطور می‌توان شبکه را انعطاف‌پذیرتر کرد؟
نیک مک‌کئون از دانشگاه استانفورد، در گفتگو با خبرنگاران نیوساینتیست ادعا کرده که پاسخ را یافته است. به عقیده او کلید ساخت یک شبکه بهتر در جعبه سیاه ساده‌ای نهفته است که روتر نامیده می‌شود.
همه‌چیز به روتر ختم می‌شود
روترها کنترل‌کننده‌های ترافیک اینترنتی هستند. میلیون‌ها روتر در حال حاضر وظیفه اتصال هزاران شبکه‌ای را برعهده دارند که اینترنت را شکل می‌دهند. روترها هم می‌توانند جریان‌های عظیم ترافیک را به سوی ارائه‌کننده‌های خدمات اینترنتی هدایت کنند و هم اتصال بین تنها چند کامپیوتر را برقرار کنند. آنها نشانی بسته‌های اطلاعاتی را بررسی می‌کنند و با هدایت آنها به مقصد صحیح، مسیر فیزیکی‌ای را که به آن هدف منتهی می‌شود، مشخص می‌کنند. هنگامی که یک اتصال قطع می‌شود، آنها نقشی حساس در منحرف کردن اطلاعات از آن مسیر بر عهده می‌گیرند.
ولی در حال حاضر، روترها به‌جای راه‌حل، خود بخشی از مشکل شده‌اند. به یک دلیل، آنها در یافتن راهی برای دور زدن یک مسیر قطع شده خیلی کند عمل می‌کنند و در مدت زمان چندین دقیقه‌ای که معمولا این مشکل‌ها به طول می‌انجامند، ترافیک به قدری متراکم می‌شود که بخش عظیمی از اطلاعات در این میان از دست می‌رود.
به رغم این که چندین راه حل بالقوه برای چنین مشکلاتی وجود دارد، مسئله مهم دیگر این است که هیچ جایی برای آزمودن آنها وجود ندارد. به‌روزرسانی نرم‌افزار روترها باید به طور کامل در یک شبکه بزرگ آزمایش شود؛ شبکه‌ای که تمام پیچیدگی‌های اینترنت را داشته باشد و به لحاظ فیزیکی از آن مجزا باشد. ولی تا به امروز چنین شبکه‌ای وجود نداشته است.
مک‌کئون می‌گوید: «حتی اگر بتوانیم آن را آزمایش کنیم، نصب نرم‌افزار جدید روتر در عمل خیلی سخت خواهد بود. هر روتر توسط شرکت سازنده و با توجه به استانداردهایی که 10 تا 15 سال پیش وضع شده، برنامه‌ریزی شده است و نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای آنها نیز برای ماموریت کنونی آن طراحی شده‌اند. در نتیجه جای زیادی برای تغییر باقی نمی‌ماند».
اکنون مک‌کئون، با همکاری گورو پارولکار از دانشگاه استانفورد، در حال تهیه ابزاری است که تمام این مشکلات را حل کند: سیستمی که بتواند نرمافزارهای کنترل یک روتر را در حال کار تغییر دهد و همچنین بتواند محیطی امن برای آزمودن آن ایجاد کند.
مک‌کئون می‌گوید: «حتی اگر بتوانیم آن را آزمایش کنیم، نصب نرم‌افزار جدید روتر در عمل خیلی سخت خواهد بود. هر روتر توسط شرکت سازنده و با توجه به استانداردهایی که 10 تا 15 سال پیش وضع شده، برنامه‌ریزی شده است و نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای آنها نیز برای ماموریت کنونی آن طراحی شده‌اند. در نتیجه جای زیادی برای تغییر باقی نمی‌ماند».
اکنون مک‌کئون، با همکاری گورو پارولکار از دانشگاه استانفورد، در حال تهیه ابزاری است که تمام این مشکلات را حل کند: سیستمی که بتواند نرمافزارهای کنترل یک روتر را در حال کار تغییر دهد و همچنین بتواند محیطی امن برای آزمودن آن ایجاد کند.
مک‌کئون می‌گوید: «حتی اگر بتوانیم آن را آزمایش کنیم، نصب نرم‌افزار جدید روتر در عمل خیلی سخت خواهد بود. هر روتر توسط شرکت سازنده و با توجه به استانداردهایی که 10 تا 15 سال پیش وضع شده، برنامه‌ریزی شده است و نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای آنها نیز برای ماموریت کنونی آن طراحی شده‌اند. در نتیجه جای زیادی برای تغییر باقی نمی‌ماند».
اکنون مک‌کئون، با همکاری گورو پارولکار از دانشگاه استانفورد، در حال تهیه ابزاری است که تمام این مشکلات را حل کند: سیستمی که بتواند نرمافزارهای کنترل یک روتر را در حال کار تغییر دهد و همچنین بتواند محیطی امن برای آزمودن آن ایجاد کند.
وب‌گردی روان‌تر
سیستم آنها که OpenFlow نام دارد، هم‌اکنون در شبکه دانشگاه استانفورد در حال کار است و اولین محصولات تجاری آن نیز در سال جاری به بازار ارائه می‌شود. اوپن‌فلو مشکل گلوگاه‌های کابلی یا حادثه‌های احتمالی را حل نمی‌کند، ولی اگر این فناوری همان‌گونه که مک‌کئون امید دارد پذیرفته شود، می‌تواند به اینترنت امکان دهد تا خود را با تغییرات در میزان بار سازگار کند و در صورت نیاز، مسیرها را به طور دینامیک تغییر دهد و بتواند گشت و گذار در اینترنت را روان‌تر و سریع‌تر کند. بدین ترتیب نه زلزله، نه تروریست‌ها، نه لنگر کشتی‌ها و نه هیچ مصیبت دیگری بر این شبکه تاثیر نخواهد گذاشت و شبکه اینترنت قادر خواهد بود پیوسته تکامل یابد و بهینه شود.
هر چیزی که اینترنت را انعطاف‌پذیرتر سازد باید چیز خوبی باشد؛ نه فقط برای میلیون‌ها نفر کاربر معمولی که از آن برای رزرو هتل در تعطیلات و یا یافتن دوستان خود در فیس‌بوک استفاده می‌کنند. تاثیر تجاری قطع شبکه اینترنت خیلی شدید خواهد بود: تجارت الکترونیک هم‌اکنون از رقم سالیانه 7هزار میلیارد دلار گذشته و 12 درصد از تولید ناخالص جهان را شامل می‌شود.
جدای از آن، بخش‌های مهمی از زیرساخت‌های ما، مانند شبکه‌های برق و آب، برای انتقال اطلاعات و کنترل شبکه‌ها به اینترنت وابسته‌اند. بانک‌ها و مراکز بورس نیز اطلاعات تجاری را از طریق اینترنت منتقل می‌کنند. هر جای دیگر از تجارت جهانی را که در نظر بگیریم نیز به اینترنت وابسته شده است.
ما خیلی خوش‌شانسیم
در حقیقت، شاید به نظر معجزه بیاید که با این حد از وابستگی به اینترنت، هنوز در اثر قطعی اینترنت دچار فاجعه بزرگی نشده‌ایم. این شاید تا حد زیادی به این دلیل است که کارایی شبکه اینترنت به ابعاد آن وابسته نیست. این تعبیر دیگری از این امر است که هرچند اینترنت به تعداد محدودی از نقاط اتصال وابسته است، اما فقط به همان نقاط نیاز دارد.
روترها نقشی کلیدی در عملی ساختن چنین چیزی بازی می‌کنند. معمولا یک روتر آدرس‌ها را روی هر مجموعه اطلاعاتی که دریافت می‌کند، بررسی می‌کند و آن را با توجه به قواعد از پیش تعیین شده‌ای که برای آن برنامه‌ریزی شده در مسیری مشخص هدایت می‌کند. ولی اگر این مسیر غیر قابل استفاده شود، روتر، همسایگان آن را چک می‌کند تا ببیند کدامیک هنوز کار می‌کند و بهترین مسیر را برای هدایت اطلاعات انتخاب می‌کند.
روتر برای انجام این کار الگوریتم پیچیده‌ای دارد، ولی چندین دقیقه برای تکمیل آن زمان لازم است. به دلیل مشکلات موجود بر سر راه آزمایش و به روز رسانی نرمافزارهای جدید، هر ارتقایی در آنها سرعت بسیار پایینی دارد. هر تغییری باید با دقت خیلی زیاد انجام شود تا خود سبب ایجاد مشکلی جدید نشود. کما اینکه در بهمن‌ماه گذشته، خطایی کوچک در به روز رسانی نرم‌افزار یک روتر در جمهوری چک، کل شبکه اینترنت را در جهان به مدت یک ساعت تحت تاثیر قرار داد.
موازی‌کاری با اینترنت
در سال 1384 / 2005، بنیاد ملی علوم ایالات متحده از گروهی از محققین خواست تا راهی برای حل این مشکل بیابند. راه حل آنها این بود: ایجاد یک شبکه ملی جدید به پیچیدگی اینترنت که بتوان روی آن مفاهیم جدید را آزمایش و اصلاح کرد و بعد از آن، اجازه استفاده از آنها در شبکه اصلی صادر شود. در ضمن هر قسمت آن علی‌رغم استفاده از روترها، کابل‌ها و سویچ‌های مشترک، باید بتواند از دیگر بخشها مجزا شود تا به این ترتیب گروه‌های مختلف دانشمندان بتوانند به طور همزمان ایده‌های خود را روی آن بیازمایند.
بنیاد از این ایده استقبال کرد و با سرمایه‌گذاری 10میلیون دلاری، شبکه‌های GENI را پایه‌گذاری کرد؛ هرچند که این طرح برای تکمیل به یکصد میلیون دلار بودجه و سال‌ها تلاش نیاز دارد. ولی اگر راه حل مک‌کئون عملی شود، نه تنها خیلی زودتر آماده کار خواهد بود، که به این سرمایه‌گذاری هنگفت نیز دیگر نیاز نخواهد بود و می‌توان از شبکه موجود برای آزمایش ایده‌های جدید استفاده کرد.
با همکاری سازندگان روترها، یک نرم‌افزار کوچک اوپن‌فلو روی تمام روترها نصب خواهد شد و مانند یک کنترل از راه دور، الگوریتم‌ها و نرمافزارهای آنها را تغییر خواهد داد. این‌چنین می‌توان کنترل روتر را در دست گرفت و مسیر هدایت اطلاعات را تغییر داد و با سرعت خیلی بالایی مسیرهای آسیب دیده را عوض کرد.
نتیجه این خواهد شد که اوپن‌فلو به مهندسین نرم‌افزار و سازندگان سخت‌افزار، این قابلیت را اعطا خواهد کرد که با نوشتن الگوریتم جدید بر روی یک کامپیوتر معمولی و ارسال آن به روتر، مسیر خود را برای بسته‌های اطلاعات خلق کنند. با کنترل مسیر هدایت می‌توان یک شبکه را به هر تعداد دلخواهی از جزایر مجزا و با قابلیت ایزوله کردن هر یک از دیگر بخش‌های شبکه تقسیم کرد. علاوه بر این، این سیستم بستر جدیدی برای تکامل شبکه فراهم می‌کند.
مک‌کئون و گروهش برای سرعت دادن به این فرایند، تصمیم گرفتند که سیستم خود را به صورت منبع باز در اختیار همه بگذارند. به این ترتیب هر کس که به اندازه کافی از این سیستم خوشش آمده باشد، می‌تواند ایده‌های خود را نیز به آن اضافه کند و سرعت و گستره تکامل آن خیلی بیشتر خواهد شد.
فعلا در حال آزمایش
اوپن‌فلو هم‌اکنون در حال گذراندن مراحل آزمایش خود در شبکه دانشگاه استانفورد است و گروه قصد دارد که در آینده نزدیک، آن را در 6 دانشگاه دیگر ایالات متحده نیز نصب کند. هدف آنها این است که به دانشجویان اجازه دهند که نظریات جدید خود را روی شبکه‌های مجازی بیازمایند. با توجه به اینکه تعدادی از سازندگان نیز این سیستم را پذیرفته‌اند، گروه امیدوار است که در سال جاری روترهای تجاری، سویچ‌های اینترنت یا نقاط دسترسی وای‌فای سازگار با اوپن‌فلو به بازار عرضه شوند.
این ایده حتی علاقه چیپ الیوت، مدیر پروژه GENI را نیز به خود جلب کرد؛ تا جایی که GENI هم‌اکنون یکی از حامیان اصلی اوپن‌فلو است. به باور او این راهی بسیار خوب برای تطابق دادن شبکه برای انجام آزمایشات و نوآوری است. به خصوص این که این راه سریع، ارزان و بر بستر سخت‌افزارهای تجاری موجود است. ولی موفقیت نهایی در گرو قانع کردن سازندگان بزرگ به این خواهد بود که سود بلند مدت اوپن‌فلو به سرمایه‌گذاری کوتاه‌مدت آن می‌ارزد.
اوپن‌فلو جدای از روان کردن اتصالات اینترنتی باید برای شرکت‌های ارائه‌کننده شبکه نیز فایده داشته باشد. این سیستم می‌تواند به آنها کمک کند تا اطلاعات بخصوصی را از طریق روترهای خاص منتقل کنند، مثلا به ای‌میل اولویت بالاتری به نسبت دانلود موسیقی بدهند، یا وقتی یکی از اتصالات قطع شده باشد، ترافیک را بر روی چند اتصال دیگر پخش کنند. مک‌کئون در این رابطه می‌گوید: «شما خواهید توانست بدون این که نرم‌افزار یا سخت‌افزار جدیدی به کار بگیرید، قابلیت‌ها و ویژگی‌های جدیدی به شبکه اضافه کنید».
و باز هم مشکل امنیت
مشکل کلیدی دیگری که اوپن‌فلو باید حل کند، امنیت شبکه است. بعد از مشکل روتر در جمهوری چک مشخص شد که در هر ویرایش از هر نرم‌افزار نوشته شده روترها توسط سازندگان، نقاط ضعف امنیتی به چشم می‌خورد که می‌تواند قابلیت هر کاری را به هکرها بدهد. به عبارت دیگر نه فقط کامپیوترها که حتی راه‌های ارتباطی شبکه‌ها نیز ممکن است از این پس مورد حمله قرار بگیرند.
مک‌کئون اذعان دارد که با این سیستم، ایمنی شبکه‌ها در ابتدا پایین می‌آید. ولی مهندسان می‌توانند در مدت کوتاهی ویرایش‌های جدیدی از کدها را برای روترها تعریف کنند که بتوان آنها را روی سیستم‌های کنونی و بدون کاهش سرعت اینترنت آزمود.
یکی از مهم‌ترین فواید اوپن‌فلو از قابلیت آن برای تغییر مسیر انتقال اطلاعات در اینترنت ناشی می‌شود. در حال حاضر ایمیل‌ها بین دو کامپیوتر مشخص همواره مسیر ثابتی را می‌پیمایند. مشکل وقتی پدید می‌آید که یک اتصال در این مسیر قطع شود. گروهی از محققین برای رفع این مشکل روی تقسیم یک پیام به چندین بسته مجزا و هدایت هر بخش آن در مسیری متفاوت کار می‌کنند. به این ترتیب، هم ترافیک یکنواخت‌تری در کل شبکه پخش می‌شود، هم قابلیت اطمینان شبکه بالاتر می‌رود و هم از تراکم اطلاعات در بعضی از مسیرها جلوگیری می‌شود. با اوپن‌فلو آنها می‌توانند ایده خود را روی زیرساخت‌های کنونی شبکه بیازمایند.
در ترم بهار سال جاری، دانشگاه کلمبیا در نیویورک و دانشگاه صنعتی جورجیا در آتلانتا آموزش اوپن‌فلو را به دانشجویان خود شروع کرده‌اند. شرکت NEC نیز اعلام کرده که از این پس روترهایی سازگار با اوپن‌فلو خواهد ساخت. مک‌کئون پیش‌بینی می‌کند که در پنج سال آینده و با عرضه نرمافزارهای منبع باز بر پایه سیستم اوپن‌فلو باید تعریف نحوه عملکرد اینترنت را عوض کرد. به این ترتیب بعد از این مدت اتصالات شبکه هم نرم‌افزاری خواهند شد.
