Magyar és norvég kutatók együtt dolgoztak ki internetes csomagtovábbító szoftvert a világháló működési hatékonyságának és megbízhatóságának növelésére.

Az Európai Unió Hetedik Kutatási és Technológiafejlesztési Keretprogramjának (FP7) számos projektje foglalkozik az internet jelenlegi problémáinak és jövőbeli távlatainak a kutatásával. Ezek egyike volt a közelmúltban zárult Allegra projekt, amelyben a BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék kutatócsoportja norvég partnerével együttműködve kutatta a világháló felgyorsult forgalmával járó változásokat, a velük járó gondok kezelését.

„Nemcsak a környezet, hanem a világháló fenntarthatósága is olyan probléma, amelynek megoldása elodázhatatlan – hangsúlyozta Gulyás András, a BME Távközlési és Médiainformatikai Tanszék adjunktusa, a kutatócsoport vezetője. „A jelenlegi internetes architektúra lehetőségei ugyanis végesek: az egyre növekvő számú csatlakozó előbb-utóbb „kinövi” a rendelkezésre álló technikát. A világháló csomagtovábbító alrendszere egyre nehezebben kezeli a felgyorsult forgalommal járó akadályokat.”

A szóban forgó csomagtovábbító alrendszer azokat az adategységeket (csomag vagy packet) kezeli, amelyek például egy e-mail küldésekor keletkeznek. Először az e-mail adatállománya több kisebb részre (csomagra) darabolódik, majd a hálózatra kerül. E csomagok érkeznek meg a gépünkre, amelyekből a gépünk újra összeállítja a levelet. Minden csomag tartalmazza a küldő és a fogadó címét is, valamint információt arról, hogy pontosan mely csomagok tartoznak össze. Rengeteg különböző forrásból származó csomag keresi útját a fogadó félhez ugyanazon a csatornán, irányításukat számítógépek végzik. Minden eszköznek ismernie kell a fogadott csomag későbbi helyét, és ha több lehetséges útvonal áll rendelkezésre, akkor közülük ki kell választania a leginkább megfelelőt.

Ez utóbbit érintő döntéseket és a csomagok továbbítását speciális eszközök, a routerek (útválasztók) végzik. „A kutatásainkban szereplő routerek egyébként a professzionális szolgáltatók nagy teljesítményű, külön szerverszobákban tárolt, zajos és hűtést igénylő, több tízmillió forintos berendezései, tehát nem a pár ezer forintos otthoni wifi routerekkel foglalkozunk" – magyarázta Gulyás András.

A továbbítandó csomag útjának kiválasztása a router memóriájában található ún. táblabejegyzés alapján történik, amely a különböző hálózati állomások felé vezető útvonalak leírását tartalmazza.  A táblabejegyzés felépítése és mérete fontos eleme az útválasztás hatékonyságának. „A gond az, hogy a bejegyzések száma ezekben az eszközökben nagyon gyorsan növekszik” – emelte ki a kutató. „Három-négyszázezer ilyen bejegyzés feldolgozását a jelenlegi rendszerek még elbírják, de a növekedés miatti folyamatos fejlesztések, speciális memóriák, új hardvermegoldások egyre drágábbakká teszik ezeket az eszközöket.”

A kutatócsoport egy új, hatékonyabb csomagtovábbítási rendszer felépítéséhez a közösségi hálót vette alapul, ahol a résztvevők szintén információt továbbítanak egymásnak. Az alapötlet nagymértékben támaszkodott az amerikai szociálpszichológus, Stanley Milgram által 1967-ben végzett „kis világ” vagy más néven „hat lépés” kísérletére, amelyben bebizonyosodott, hogy az emberek átlagosan hat másik emberen keresztül képesek eljuttatni egy levelet az ismeretlen célszemélyhez. „Azért lenyűgöző ez a kísérlet, és azért hasznos számunkra a modellalkotáshoz, mert itt anélkül, hogy az emberek pontosan tudnák, hogy milyen a közösségi hálózat térképe, elég jól meg tudják tippelni, hogy ki az, akinek tovább kell adni a levelet, hogy végül néhány levélátadás után eljusson a célhoz" – fejtette ki Gulyás András. „Hogy ez miért működik, azt úgy modellálhatjuk, hogy a fejben lezajló dolgokat egy absztrakt, többdimenziós térben képzeljük el, amelyben az ember kategóriákba tudja sorolni a környezetét, az ismerőseit".

Ezekből a kategóriákból sokkal kevesebb van, mint amennyi ismerőse lehet az embernek, tehát ha a végpontról tud a küldő valamilyen információt, akkor elég gyorsan meg tudja tippelni, hogy az ismerősei közül ki lehet az, aki ebben az absztrakt térben a legközelebb állhat a célszemélyhez. Ha, mondjuk, egy kínai halászhoz kell eljuttatnom egy levelet, akkor beugorhat, hogy van kínai szakos ismerősöm, aki talán ismer valakit arrafelé, és így tovább. Ez szaknyelven az ún. mohó döntésen, mohó útválasztáson (greedy routing) alapul, amelynek lényege, hogy a hálózatban lokális döntések révén próbálunk egy globálisan is járható útvonalat találni. Nagyon hasonlít hozzá a földrajzi vagy geografikus útválasztás (geographic routing), amely a térben adott koordináták alapján teszi lehetővé az útválasztást. "Előnye, hogy nem kell az útvonalat előre meghatározni, az útvonal a továbbítás közben alakul ki. Hátránya, hogy a küldő nem lehet biztos abban, hogy a számára optimális megoldást választja" – tette hozzá a kutató.

A közösségi háló által alkotott modellt a kutatók átalakították és alkalmazták a csomagtovábbító rendszerekre. A munka eredményeként megszülető szoftvert a PlanetLab rendszeren keresztül tesztelték a kutatók. "A PLanetLab egy világméretű számítógép hálózat kb. 1000 csomóponttal, amelyhez a kutatók hozzáférhetnek és szervezett formában kísérleteket végezhetnek, ezért a jövő internetjével foglalkozó kutatások számára ideális platform. Itt valami teljesen újat próbálhatunk ki, ami a jövőben talán hatékonyabb és megbízhatóbb lehet" – összegezte a kutató.

Az FP7 Allegra kisköltségvetésű uniós projekt volt, két partner vett részt benne, a Norvég Műszaki Egyetem (NTNU) valamint a BME. Az elnyert 149 ezer eurónak valamivel több, mint a felét kapta a BME. Az önrészt részben az egyetem, részben a Nemzeti Fejlesztési Ügynökség Kutatási és Technológiai Alapja finanszírozta. Az összeget csak bérre fordíthatta a Műegyetem nyertes kutatócsoportja, amelyet tizenketten alkottak.

Az Allegra projekt egy nagyobb FP7-es pályázat része volt, amely európai és világméretű tesztrendszerek létrehozását tűzte ki célul. „Nehéz feladat volt, mert az ötletünket egy olyan konstrukcióban kellett megvalósítani, amelyet nem mi hoztunk létre, ezért nagyon gyorsan kellett sok mindenbe beletanulnunk, sok mindenhez kellett alkalmazkodnunk. Ez csak úgy sikerülhetett, hogy felosztottuk a feladatokat és összehangolt csapatmunkát végeztünk – mondta Gulyás András.

A tanszék több olyan kutatást is végez, amelynek célja az internet fenntarthatósága. „Az Allegra projekt az architekturális változást célozza meg, amely hosszú távú megoldást jelenthet, de vannak középtávú, „földhözragadtabb” célokat megvalósító tervek is" – mesélte Gulyás András. „Egy másik projektünk például pontosan arra alapult, hogy ne változtassunk a meglévő architektúrán, csak próbáljuk meg ezeket a táblabejegyzéseket valahogyan „összenyomni”. Ez elég sikeres kutatási projekt volt: bemutattuk, hogy a táblák méretét a töredékére lehet csökkenteni úgy, hogy közben a keresési sebesség nem csökken számottevően.”

Az Allegra projekt lezárulta nem jelenti azt, hogy további kutatások ne lennének szükségesek. „Egy ilyen programban sok kutatóval ismerkedhetünk meg, és minket is megismernek. Ennek eredményeként jelenleg két olyan futó projektünk van, amelyben a korábban kialakított routolási architektúrával szerzett tapasztalatainkat visszük tovább" – summázta Gulyás András, a Távközlési és Médiainformatikai Tanszék adjunktusa.

- HA -

Fotó: Pintér Erik