В компьютерных сетях пиринг — это добровольное соединение административно разделенных сетей Интернета с целью обмена трафиком между «нижестоящими» пользователями каждой сети. Пиринг не требует расчетов , также известен как «выставляй счет и получай» или «отправитель получает все», что означает, что ни одна из сторон не платит другой за обмен трафиком; вместо этого каждая сторона получает и удерживает доход от своих собственных клиентов.
Соглашение двух или более сетей о пиринге реализуется посредством физического соединения сетей, обмена маршрутной информацией через протокол маршрутизации BGP ( Border Gateway Protocol ), молчаливого согласия с нормами поведения и, в некоторых чрезвычайно редких случаях (0,07%), формализованного договорного документа. [1] [2]
В 0,02% случаев слово «пиринг» используется для описания ситуаций, где есть некое урегулирование. Поскольку эти выбросы можно рассматривать как создающие двусмысленность, фраза «урегулирование-бесплатный пиринг» иногда используется для явного обозначения обычного бесплатного пиринга. [3]
Первой точкой обмена трафиком в Интернете был Commercial Internet eXchange (CIX), образованный Alternet / UUNET (теперь Verizon Business ), PSI и CERFNET для обмена трафиком независимо от того, соответствовал ли трафик политике приемлемого использования (AUP) NSFNet или политике взаимоподключения ANS. [4] Инфраструктура CIX состояла из одного маршрутизатора, управляемого PSI, и изначально располагалась в Санта-Кларе , Калифорния. Платным членам CIX разрешалось подключаться к маршрутизатору напрямую или через выделенные линии. Через некоторое время маршрутизатор также был подключен к облаку Pacific Bell SMDS. Позднее маршрутизатор был перемещен в Palo Alto Internet Exchange , или PAIX, который был разработан и эксплуатировался Digital Equipment Corporation (DEC). Поскольку CIX работал на уровне OSI 3 , а не OSI 2 , и поскольку он не был нейтральным в том смысле, что им управлял один из его участников, а не все они вместе, и он проводил лоббистскую деятельность, поддерживаемую некоторыми из его участников, но не другими, сегодня его нельзя было бы считать точкой обмена интернет-трафиком. Тем не менее, это было первое, что носило это название.
Первой точкой обмена, напоминающей современные нейтральные точки обмена на базе Ethernet, была Metropolitan Area Ethernet , или MAE, в Тайсонс-Корнер , Вирджиния . Когда правительство США прекратило финансирование магистральной сети NSFNET , для замены ее функций потребовались точки обмена Интернетом, и первоначальное государственное финансирование было использовано для поддержки уже существующей MAE и запуска трех других точек обмена, которые они назвали NAP, или « Точками доступа к сети », в соответствии с терминологией документа Национальной информационной инфраструктуры. [5] Все четыре в настоящее время не функционируют или больше не функционируют как точки обмена Интернетом:
По мере роста Интернета и увеличения уровня трафика эти NAP стали узким местом сети . Большинство ранних NAP использовали технологию FDDI , которая обеспечивала только 100 Мбит/с пропускной способности для каждого участника. Некоторые из этих коммутаторов были обновлены до технологии ATM , которая обеспечивала пропускную способность OC-3 (155 Мбит/с) и OC-12 (622 Мбит/с).
Другие перспективные операторы точек обмена перешли непосредственно к предложению технологии Ethernet, такой как гигабитный Ethernet (1000 Мбит/с), который быстро стал преобладающим выбором для точек обмена Интернетом из-за сниженной стоимости и увеличенной предлагаемой емкости. Сегодня почти все значимые точки обмена работают исключительно через Ethernet, и большинство крупнейших точек обмена предлагают 10, 40 и даже 100-гигабитный сервис.
Во время бума доткомов многие поставщики точек обмена и провайдеры нейтральных к операторам колокейшнов планировали построить до 50 локаций для продвижения взаимосвязи операторов только в Соединенных Штатах . По сути, все эти планы были заброшены после краха доткомов , и сегодня считается экономически и технически нецелесообразным поддерживать такой уровень взаимосвязи даже среди самых крупных сетей.
Интернет представляет собой совокупность отдельных и различных сетей, называемых автономными системами , каждая из которых состоит из набора глобально уникальных IP-адресов и уникальной глобальной политики маршрутизации BGP .
Взаимосвязь между автономными системами бывает двух типов:
Таким образом, для того чтобы сеть могла связаться с любой другой сетью в Интернете, она должна:
Интернет основан на принципе глобальной или сквозной достижимости , что означает, что любой пользователь Интернета может прозрачно обмениваться трафиком с любым другим пользователем Интернета. Таким образом, сеть подключена к Интернету тогда и только тогда, когда она покупает транзит или сотрудничает с любой другой сетью, которая также не покупает транзит (что вместе составляет «свободную зону по умолчанию» или «DFZ»).
Публичный пиринг осуществляется в точках обмена интернет-трафиком (IXP), в то время как частный пиринг может осуществляться с помощью прямых соединений между сетями. [6] [7]
Пиринг предполагает, что две сети объединяются для свободного обмена трафиком друг с другом и для взаимной выгоды. [8] [9] Эта «взаимная выгода» чаще всего является мотивацией пиринга, который часто описывается исключительно как «снижение затрат на транзитные услуги». Другие менее ощутимые мотивы могут включать:
Физические соединения, используемые для пиринга, подразделяются на два типа:
Публичный пиринг осуществляется через технологию доступа уровня 2 , обычно называемую общей фабрикой . В этих местах несколько операторов соединяются с одним или несколькими другими операторами через один физический порт. Исторически публичные пиринговые точки были известны как точки доступа к сети (NAP). Сегодня их чаще всего называют точками обмена или интернет-обменниками («IXP»). Многие из крупнейших точек обмена в мире могут иметь сотни участников, а некоторые охватывают несколько зданий и объектов колокейшн по всему городу. [10]
Поскольку публичный пиринг позволяет сетям, заинтересованным в пиринге, соединяться со многими другими сетями через один порт, часто считается, что он предлагает «меньшую емкость», чем частный пиринг, но большему числу сетей. Многие небольшие сети или сети, которые только начинают пиринг, обнаруживают, что публичные пиринговые точки обмена предоставляют отличный способ встретиться и соединиться с другими сетями, которые могут быть открыты для пиринга с ними. Некоторые более крупные сети используют публичный пиринг как способ объединения большого количества «меньших пирингов» или как место для проведения недорогого «пробного пиринга» без расходов на обеспечение частного пиринга на временной основе, в то время как другие более крупные сети вообще не желают участвовать в публичных обменах.
Несколько точек обмена, особенно в Соединенных Штатах, управляются коммерческими нейтральными третьими сторонами, которые имеют решающее значение для достижения экономически эффективного подключения к центрам обработки данных . [11]
Частный пиринг — это прямое соединение только двух сетей через среду уровня 1 или 2, которая предлагает выделенную емкость, не разделяемую другими сторонами. На заре истории Интернета многие частные пиринги возникали через предоставляемые "telco" каналы SONET между отдельными объектами, принадлежащими оператору. Сегодня большинство частных соединений происходит в отелях операторов или на объектах размещения, нейтральных операторов, где можно обеспечить прямое кросс-соединение между участниками в одном здании, как правило, по гораздо более низкой цене, чем каналы телекоммуникаций.
Большая часть трафика в Интернете, особенно трафик между крупнейшими сетями, происходит через частный пиринг. Однако из-за ресурсов, необходимых для предоставления каждого частного пира, многие сети не желают предоставлять частный пиринг «малым» сетям или «новым» сетям, которые еще не доказали, что они обеспечат взаимную выгоду.
На протяжении всей истории Интернета существовал спектр видов соглашений между пирами, начиная от соглашений о рукопожатии и заканчивая письменными контрактами , требуемыми одной или несколькими сторонами. Такие соглашения излагают детали того, как должен осуществляться обмен трафиком, а также список ожидаемых действий, которые могут быть необходимы для поддержания пиринговых отношений, список действий, которые могут считаться злоупотреблениями и приводить к прекращению отношений, и подробности относительно того, как отношения могут быть прекращены. Подробные контракты такого типа обычно используются между крупнейшими интернет-провайдерами, а также теми, кто работает в наиболее жестко регулируемых экономиках. По состоянию на 2011 год такие контракты составляют менее 0,5% всех пиринговых соглашений. [1]
По определению, пиринг — это добровольный и свободный обмен трафиком между двумя сетями для взаимной выгоды. Если одна или обе сети считают, что взаимной выгоды больше нет, они могут решить прекратить пиринг: это известно как депиринг . Вот некоторые причины, по которым одна сеть может захотеть депиринговать другую:
В некоторых ситуациях сети, которые подвергаются депирингу, как известно, пытаются бороться за сохранение пиринга, намеренно разрывая соединение между двумя сетями, когда пир удаляется, либо преднамеренным действием, либо бездействием. Цель состоит в том, чтобы заставить сеть, подвергающуюся депирингу, иметь так много жалоб клиентов, что они будут готовы восстановить пиринг. Примерами этого являются принудительное направление трафика по пути, который не имеет достаточной пропускной способности для обработки нагрузки, или намеренное блокирование альтернативных маршрутов к или от другой сети. Некоторые известные примеры таких ситуаций включают:
Модель «бубликового пиринга» [24] описывает интенсивное взаимодействие малых и средних региональных сетей, составляющих большую часть Интернета. [1] Трафик между этими региональными сетями можно смоделировать как тороид с ядром « бубликовой дыркой », которая плохо связана с сетями вокруг него. [25]
Как подробно описано выше, некоторые операторы пытались сформировать картель самопровозглашенных сетей Tier 1 , номинально отказываясь от пиринговых связей с любыми сетями за пределами олигополии . [1] Стремясь сократить расходы на транзит, соединения между региональными сетями обходят эти «основные» сети. Данные идут по более прямому пути, что снижает задержку и потерю пакетов . Это также повышает устойчивость между потребителями и поставщиками контента через множественные соединения во многих местах по всему миру, в частности, во время деловых споров между основными поставщиками транзита. [26] [27]
Большинство смежностей BGP AS-AS являются продуктом многосторонних пиринговых соглашений, или MLPA. [1] В многостороннем пиринге неограниченное количество сторон соглашается обмениваться трафиком на общих условиях, используя единое соглашение, к которому они присоединяются. Многосторонний пиринг обычно технически реализуется в сервере маршрутизации или отражателе маршрутизации (которые отличаются от зеркал тем, что они обслуживают маршруты обратно участникам, а не просто слушают входящие маршруты) для перераспределения маршрутов через топологию BGP hub-and-spoke, а не через топологию частичной сетки. Два основных замечания в адрес многостороннего пиринга заключаются в том, что он нарушает общую судьбу плоскостей пересылки и маршрутизации, поскольку соединение уровня 2 между двумя участниками может гипотетически выйти из строя, в то время как их соединения уровня 2 с сервером маршрутизации останутся активными, и что они заставляют всех участников относиться друг к другу с одинаковой, недифференцированной политикой маршрутизации. Основное преимущество многостороннего пиринга заключается в том, что он минимизирует конфигурацию для каждого пира, при этом максимально увеличивая эффективность, с которой новые пиры могут начать вносить маршруты в обмен. В то время как необязательные многосторонние пиринговые соглашения и серверы маршрутизации теперь широко признаны хорошей практикой, обязательные многосторонние пиринговые соглашения (MMLPA) уже давно признаны нехорошей практикой. [28]
Современный Интернет работает со значительно большим количеством точек пиринга, чем когда-либо в прошлом, что приводит к повышению производительности и улучшению маршрутизации большей части трафика в Интернете. [1] Однако в целях снижения затрат и повышения эффективности большинство сетей попытались стандартизировать относительно небольшое количество точек в пределах этих отдельных регионов, где они смогут быстро и эффективно взаимодействовать со своими партнерами по пирингу.
По состоянию на 2021 год крупнейшими точками обмена в мире являются Ponto de Troca de Tráfego Metro São Paulo в Сан-Паулу с 2289 пиринговыми сетями; OpenIXP в Джакарте с 1097 пиринговыми сетями; и DE-CIX во Франкфурте с 1050 пиринговыми сетями. [29] Соединенные Штаты, исторически уделяя больше внимания частному пирингу и коммерческому публичному пирингу, имеют гораздо меньше видимого трафика на публичных пиринговых коммутационных фабриках по сравнению с другими регионами, в которых доминируют некоммерческие точки обмена членством. В совокупности многочисленные точки обмена, управляемые Equinix, обычно считаются крупнейшими, хотя цифры трафика обычно не публикуются. Другие важные, но более мелкие точки обмена включают AMS-IX в Амстердаме, LINX и LONAP в Лондоне и NYIIX в Нью-Йорке .
URL-адреса некоторых общедоступных статистических данных о трафике точек обмена включают:
Значительная часть сложности протокола маршрутизации BGP существует для содействия обеспечению соблюдения и тонкой настройки пиринговых и транзитных соглашений. BGP позволяет операторам определять политику, которая определяет, куда маршрутизируется трафик. Три вещи, которые обычно используются для определения маршрутизации, это локальные предпочтения, дискриминаторы множественных выходов (MED) и AS-Path. Локальные предпочтения используются внутри сети для дифференциации классов сетей. Например, конкретная сеть будет иметь более высокие предпочтения, установленные для внутренних и клиентских объявлений. Затем пиринг без расчетов настраивается так, чтобы он был предпочтительнее платного IP-транзита.
Сети, которые говорят друг с другом по BGP, могут участвовать в обмене дискриминаторами множественного выхода друг с другом, хотя большинство этого не делает. Когда сети соединяются в нескольких местах, MED могут использоваться для ссылки на стоимость протокола внутреннего шлюза этой сети . Это приводит к тому, что обе сети разделяют бремя транспортировки трафика друг друга в своей собственной сети (или « холодной картофелине »). Маршрутизация «горячей картофелины» или «ближайшего выхода», которая обычно является нормальным поведением в Интернете, заключается в том, что трафик, предназначенный для другой сети, доставляется в ближайшую точку соединения.
Интернет-взаимодействие не регулируется тем же образом, что и взаимодействие телефонных сетей общего пользования. [30] Тем не менее, Интернет-взаимодействие стало предметом нескольких областей федеральной политики в Соединенных Штатах. Возможно, самым ярким примером этого является попытка слияния MCI Worldcom / Sprint . В этом случае Министерство юстиции заблокировало слияние именно из-за влияния слияния на рынок магистральных сетей Интернета (тем самым потребовав от MCI отказаться от своего успешного бизнеса «internetMCI», чтобы получить одобрение). [31] В 2001 году консультативный комитет Федеральной комиссии по связи , Совет по надежности и совместимости сетей, рекомендовал интернет-магистралям опубликовать свою политику пиринга, что они не решались сделать заранее [ требуется ссылка ] . FCC также рассмотрела конкуренцию на рынке магистральных сетей в своих разбирательствах по разделу 706, в которых рассматривается вопрос о том, предоставляются ли всем американцам современные телекоммуникационные услуги разумным и своевременным образом.
Наконец, подключение к Интернету стало проблемой на международной арене в рамках так называемых Международных соглашений об оплате услуг Интернета (ICAIS). [32] В дебатах по ICAIS страны, недостаточно обеспеченные магистральными сетями Интернета, жаловались, что несправедливо, что они должны платить полную стоимость подключения к точке обмена Интернетом в другой стране, часто в Соединенных Штатах. Эти сторонники утверждают, что подключение к Интернету должно работать как международное телефонное подключение, при этом каждая сторона платит половину стоимости. [33] Те, кто выступает против ICAIS, указывают, что большая часть проблемы была бы решена путем строительства местных точек обмена. Утверждается, что значительная часть трафика, который поступает в США и обменивается, затем покидает США, используя точки обмена в США в качестве коммутационных офисов, но не заканчиваясь в США. [34] В некоторых наихудших сценариях трафик с одной стороны улицы доставляется до удаленной точки обмена в другой стране, обменивается, а затем возвращается на другую сторону улицы. [35] Страны с либерализованными телекоммуникациями и открытыми рынками, где существует конкуренция между магистральными провайдерами, как правило, выступают против ICAIS. [ необходима цитата ]
Из общего числа проанализированных соглашений 1347 (0,07%) были оформлены в письменных контрактах. Это меньше, чем 0,49% в 2011 году. Остальные 1 934 166 (99,93%) были соглашениями «рукопожатия», в которых стороны соглашались на неформальные или общепонятные условия без создания письменного документа.
Из проанализированных нами соглашений 1 935 111 (99,98%) имели симметричные условия, в которых каждая сторона давала и получала те же условия, что и другая. Только 403 (0,02%) имели асимметричные условия, в которых стороны давали и получали условия с четко определенными различиями, и эти исключения были ниже, чем 0,27% в 2011 году. Типичными примерами асимметричных соглашений являются соглашения, в которых одна из сторон компенсирует другой маршруты, которые она в противном случае не получила бы (иногда называемые «платным пирингом» или «внутрисетевыми маршрутами»), или в которых одна сторона должна выполнять условия или требования, налагаемые другой («минимальные требования к пирингу»), часто касающиеся объема трафика или количества или географического распределения мест соединения.
Эффективность модели интернет-рынка резко контрастирует с эффективностью традиционных регулируемых форм обмена голосовым трафиком. Если бы цена интернет-транзита была указана в форме эквивалентной голосовой минутной ставки, она составила бы около 0,0000008 долларов США за минуту — на пять порядков ниже типичных голосовых ставок. Это примечательное и недооцененное подтверждение многосторонней, рыночно-ориентированной природы Интернета.