InterEthernet - новая глобальная мультисервисная система связи XXI века

В настоящее время развитие каждой страны определяется ее возможностями в проведении четвертой технологической революции. При этом наряду с уже существующим "Интернетом людей" возникает проблема создания новых: Интернета вещей и промышленного Интернета, в которых все объекты этих систем (ПК и другие технические устройства -- "вещи" и датчики) для организации их взаимодействия должны находиться в Едином информационном пространстве (ЕИП).

Как известно, протокол IPv4, имеющий 32-разрядный адрес, ввиду исчерпания свободных адресов (из общего числа 4,2 млрд) был дополнен протоколом IPv6, имеющим 128-разрядный IP-адрес.
При этом для всех стран, внедряющих Интернет вещей, использование протокола IPv6 является обязательным и неоспоримым условием.
Модернизация Интернета, связанная с внесением протокола IPv6 как в ПО маршрутизаторов, так и в ПО пользовательских ПК, представляет собой длительный и дорогой процесс.
По статистике, проводимой компанией Google, к настоящему времени доля пользователей IPv6 в США -- 25%, в Германии -- 23%, в Японии -- 10%, во Франции -- 6%, а в России -- 0,79%.
В этой связи оправданны попытки найти новое (инновационное) решение по созданию Единого информационного пространства всего мира, что необходимо для успешной реализации четвертой технологической революции в каждой стране.
В настоящее время это решение существует, но прежде полезно вернуться к истории создания компьютерных сетей.
В 1961 г. Л. Клейнроком была предложена технология коммутации пакетов -- протокольных блоков данных (PDU), в которых указывались как адрес назначения, так и адрес отправителя.
При этом для обеспечения надежной передачи данных от отправителя к получателю организуется сеть радиально-узловой ячеистой структуры (Mesh-топология), в которой при выходе из строя линии связи или узла коммутации может быть использован обходной маршрут.
К этому времени широкое распространение получили системы удаленной обработки, которая обеспечивалась путем передачи данных между ЭВМ и терминалами с помощью кадров (Frame), в которых указывался только один 8-разрядный адрес терминала.
Поэтому ввиду громадных средств, вложенных в аппаратно-программные средства передачи данных было принято простое решение -- инкапсулировать пакет в информационное поле кадра.
Впервые эта технология была реализована в сети военного назначения ARPANET (США), затем в стандарте Х.25, а в дальнейшем было определено как второй и третий уровни 7-уровневой модели ISO/OSI.
В сети Интернет это протоколы: Point to Point Protocol (PPP) -- второй уровень, а Internet Protocol (IP) -- третий уровень модели ISO/OSI.
Реализация технологий VoIP и VideoIP, а также проникновение интернет-технологий во все сферы общественной деятельности было определено как стратегия All-over-IP.
Однако апологеты протокола IP не учли объективного наличия так называемой S-кривой технического прогресса, в соответствии с которой еще в 1980 г. появился протокол Ethernet (EEE802.3), в котором второй и третий уровни модели ISO/OSI были объединены в одном протокольном блоке данных (PDU).
При этом каждому ПК присваивается 48-разрядный МАС-адрес на физическом уровне либо в сетевой интерфейсной карте (NIC), либо в однокристальном микроконтроллере Ethernet, который был реализован в микросхеме размером менее 1 кв. дюйма.
При наличии звуковой и видеокарты ПК превращается в новое мультисервисное устройство связи -- Triple Play PC.
В настоящее время уже реализован коммутируемый Ethernet, в рамках которого в коммутаторах производится ретрансляция кадров Ethernet на основе анализа 48-разрядного МАС-адреса (при полном отсутствии протокола IP).
При этом связь между ПК производится с использованием всего стека протоколов, в том числе IEEE 802.20 -- LLC (управление логическим каналом), в котором обеспечивались транспортные функции (четвертый уровень модели ISO/OSI):
* LLC1 -- передача с установлением соединения;
* LLC2 -- передача без установления соединения;
* LLC3 -- передача без установления соединения, но с квитированием (подтверждением).
В соответствии со стандартом 802.2 уровень управления логическим каналом LLC предоставляет верхним уровням три типа процедур:
* LLC1 -- сервис без установления соединения и без подтверждения;
* LLC2 -- сервис с установлением соединения и подтверждением;
* LLC3 -- сервис без установления соединения, но с подтверждением.
В силу того, что передача кадра и его коммутация (ретрансляция) в узлах сети производится на втором (физическом) уровне, этот процесс может быть реализован аппаратным способом (в темпе приема), что является главным преимуществом сети Ethernet по сравнению с сетями, обеспечивающими коммутацию пакетов.
Вторым преимуществом является наличие 48-разрядного МАС-адреса, что (теоретически) позволяет адресовать в Едином информационном пространстве десятки триллионов объектов.
Третьим (но не менее важным) преимуществом протокола Ethernet является возможность изменять МАС-адрес при проектировании конкретной локальной сети, для чего необходимо поставить 47 бит МАС-адреса в положение 1.
Изменение MAC-адреса производится с помощью утилиты SMAC (входящей в состав операционной системы), но при этом необходимо сохранить уникальный 24-разрядный код, присваиваемый IEEE каждому производителю, который станет "групповым адресом" для всех ПК данной локальной сети. 
Необходимо сделать предварительное замечание: в системах связи общего пользования должна быть организована связь в различных населенных пунктах, в которых число жителей изменяется в широких пределах, от нескольких сотен до десятков миллионов. Хорошим примером решения данной проблемы является система организации телефонной связи на основе декадно-шаговой АТС, которая имеет иерархическую структуру, что нашло отражение и в присвоении каждому телефонному аппарату номера, который состоит из двух частей:
1. Код АТС, который является групповым адресом и служит для соединения с другими АТС.
2. 4-значный десятичный номер, который отражает иерархическую структуру коммуникационного поля (" кросса" ) АТС:
* 2-уровневая иерархия позволяет подключить до 100 телефонных аппаратов (ТА);
* 3-уровневая иерархия -- до 1000 ТА;
* 4-уровневая иерархия -- до 10000 ТА.
При этом подключение осуществляется вручную с помощью дискового номеронабирателя, с помощью которого через медную пару "последней мили" посылаются электрические импульсы, управляющие передвижением декадно-шаговых искателей.
Аналогично новый MAC-адрес ПК в локальной сети будет включать (см. рис. 1):
* 4-уровневую иерархию, позволяющую подключать до 10 тыс. абонентов;
* 24-разрядный код производителя -- групповой адрес всех абонентов;
* 8-разрядный резерв;
* 47-й разряд -- в состоянии 1;
* 48-й разряд -- в состоянии 0.

Рис. 1

Локальные сети будут построены с помощью иерархии коммутирующих мультиплексоров (SwipleX-SX ), которые не имеют мировых аналогов (патент РФ № 215 9511) и реализуются чисто аппаратно (см. рис. 2) на основе программируемых  логических интегральных схем (FPGA).

Рис. 2

В каждом из коммутирующих мультиплексоров создаются два канала: "восходящий" (к серверу) и "нисходящий" (от сервера).
В "восходящем" канале в буферном ЗУ обеспечивается предварительная параллельная буферизация поступающих кадров Ethernet от десяти входящих каналов со скоростью СМбит/с при последующей организации их передачи в выходной канал со скоростью 10 СМбит/с  по дисциплине FIFO -- "первым пришел -- первым вышел".
В "нисходящем" канале кадр Ethernet, поступающий со скоростью 10 СМбит/с, направляется (в соответствии с адресом назначения) к одной из 10-буферной ЗУ, после чего кадр передается со скоростью СМбит/с (С = 1, 10, 100, 1000).
Иерархия коммутирующих мультиплексоров позволит строить локальные сети на 10/100/1000/10 000 абонентов со скоростями передачи 1/10/100/1000 Мбит/с.
Необходимо отметить, что реальное существование всемирной сети Интернет позволяет осуществить "Глобальный симбиоз", дающий возможность пойти по пути простого сложения сетей: Internet + Ethernet = InterEthernet, что позволит значительно ускорить построение сети InterEthernet -- новой глобальной мультисервисной системы связи XXI века.
Этот процесс возможен при разделении сети Интернет на внешнюю и внутреннюю сети, что позволит использовать единственный публичный адрес IPv4 для выхода в Интернет всем объектам внутренней сети. Это возможно сделать в рамках технологии PAT (Port Address Translation), регламентируемой рекомендаций RFC 1918.
Данный подход будем использовать с той лишь разницей, что внутренней сетью Интернета будет локальная мультисервисная сеть связи (ЛМСС), реализованная по протоколу 802.3/802.2, где каждый ПК имеет один физический 48-разрядный МАС-адрес и при этом число ПК и других объектов ("вещей" и различных датчиков) в ЛМСС может достигать многих сотен и даже тысяч.
Эти действия позволят добиться значительных преимуществ, в частности:
* отпадет необходимость во внедрении протокола IPv6 в глобальном масштабе;
* все ЛМСС через Интернет могут быть связаны между собой в режиме "каждая с каждой", что обеспечит создание Единого информационного пространства в глобальном масштабе, в котором можно будет адресовать (идентифицировать) с помощью МАС-адреса протокола Ethernet несколько триллионов объектов (ПК и других устройств -- "вещей" и датчиков);
* все ЛМСС будут реализованы по схеме "клиент -- сервер", где в качестве клиентов могут быть использованы как существующие ПК, так и "тонкие клиенты" -- одноплатные бездисковые ПК со свободным ПО;
* сервер (кластер "серверов-лезвий") будет обеспечивать коллективный защищенный доступ в Интернет, обеспечивать фильтрацию как входящего, так и исходящего трафика, реализацию технологии PAT, а также использование протокола SIP, позволяющего обеспечить видеосвязь как внутри ЛМСС, так и в глобальном масштабе (а при необходимости и телефонную связь в глобальном масштабе по технологии VoIP).
Наличие телефонной связи общего пользования в мировом масштабе даст огромный толчок в развитии сети InterEthernet:
* все серверы будут размещаться в зданиях АТС и обеспечивать высокоскоростной доступ в Интернет (до 10 Гбит/с);
- связь с "клиентами ("Ethernet первой мили") будет реализована на базе ВОЛС, которые будут прокладываться по существующей телефонной канализации, что позволит объединить  Интернет людей и Интернет вещей см. рис. 3).

Рис. 3

При этом скорость 10 Мбит/с является вполне достаточной для приема телевидения высокой четкости (HD), а высокоскоростное скачивание больших объемов информации можно поручить серверу в режиме кеширования с последующей передачей ее в ночное время в автоматическом режиме.  Возможно также подключение до 10 "вещей" (датчиков расхода горячей, холодной воды, газа, охранной и пожарной сигнализации и пр.).

При реализации индустриального Интернета на предприятиях можно констатировать, что промышленные коммутаторы уже морально устарели по двум причинам:
* необходимость реализации локальной сети по топологии "дерева" (без альтернативных маршрутов) не обеспечивает высокую надежность при эксплуатации и требует большого времени при подключении резервных линий связи;
* они требуют специальной разработки в связи с тяжелыми условиями эксплуатации.
В локальной сети предприятия система коммутирующих мультиплексоров обеспечит только прямые каналы для подключения оборудования к серверу с возможностью их дублирования и резервирования.
Подключение ЛМСС к Интернету по всему миру (в жилом секторе, во всех учреждениях и на всех предприятиях) автоматически приведет к постепенному образованию новой глобальной мультисервисной системы связи -- InterEthernet.

В связи с вышеизложенным очевидно, что InterEthernet станет основой для реализации четвертой технологической революции (в том числе и цифровой экономики, как в каждом гсударстве, так и в мировом масштабе).
При этом все государства (и развитые, и развивающиеся) сейчас находятся в одинаковых условиях. И только от них (и от уровня развития бизнеса в этих странах) зависит успешность реализации всех перечисленных мероприятий.