BitTorrent пытается решить эту проблему путем вознаграждения пиров, которые производят достаточную исходящую загрузку. Каждый пир беспорядочно обращается к другим пирам, получает сегменты от них и в то же время пересылает сегменты к ним. Пир продолжает обмен сегментами только с небольшим количеством других пиров, что дает самую высокую производительность скачивания, и одновременно в случайном порядке пробует подключиться к другим пирам в поиске хороших партнеров. Случайные обращения к пирам также позволяют вновь прибывшим получить начальные сегменты, которыми они могут обменяться с другими пирами. Пиры, с которыми узел в данный момент обменивается сегментами, называют незаглохшими (unchoked).

Через какое-то время этот алгоритм должен сопоставить друг с другом пиры с похожей скоростью загрузки и скачивания. Чем активнее пир содействует остальным, тем больше он может ожидать в ответ. Использование набора пиров также помогает насыщать пропускную способность загрузки пиров для высокой производительности. И наоборот, если пир не пересылает сегменты на другие пиры или делает это очень медленно, рано или поздно он окажется отрезанным, или заглохшим (choked). Эта стратегия не позволяет использовать рой, не давая ничего взамен.

Этот алгоритм заглушения иногда описывается как реализация стратегии «око за око» (tit-for-tat), поощряющей сотрудничество в повторяющихся взаимодействиях. Это широко известная стратегия из теории игр, при которой: 1) у игроков нет мотивации к обману, если они постоянно играют друг с другом (как происходит в сети BitTorrent, где пиры должны периодически обмениваться сегментами) и 2) игроки наказываются при отказе от сотрудничества (как в случае заглохших пиров). Несмотря на эту схему, клиенты BitTorrent все же могут прибегать к различным способам обмана системы (Пиатек и др.; Piatek et al., 2007). Например, поскольку алгоритм сети BitTorrent поощряет выбор редких сегментов, пиры могут предоставить ложную информацию о том, какими сегментами файла они располагают (например, они могут сообщить о наличии редких сегментов) (Лиокас и др.; Liogkas et al., 2006). Кроме того, существуют программы, позволяющие клиентам сообщать трекеру ложную информацию о соотношении между объемом скачанной и переданной информации (то есть сообщать о том, что они раздавали данные другим пирам, хотя в действительности этого не было). По этим причинам критически важно, чтобы пиры проверяли сегменты, получаемые от остальных. Это можно делать путем сравнения хеша SHA-1 каждого сегмента, указанного в торрент-файле, с соответствующим вычисленным хешем SHA-1 каждого скачиваемого сегмента.

Еще одной проблемой является мотивация пиров к тому, чтобы оставаться в рое сети BitTorrent в качестве сидера даже после скачивания нужного файла. Если они не будут этого делать, может возникнуть ситуация, когда ни у кого в рое не будет целого файла или (что еще хуже) когда в рое вообще не будет определенных сегментов, что сделает невозможным скачивание файла полностью. Это особенно остро проявляется в случае непопулярных файлов (Менаше и др.; Menasche et al., 2013). Для решения проблемы мотивации были разработаны различные методы (Рамачандран и др.; Ramachandran et al., 2007).

В ходе этого раздела вы убедились, что к теме протокола BitTorrent прилагается обширная терминология: торренты, рои, личеры, сидеры, трекеры и т.д. Чтобы узнать больше о BitTorrent, ознакомьтесь с короткой статьей Коэна (Cohen, 2003).

7.5.5. Эволюция интернета

Как было упомянуто в главе 1, интернет прошел довольно причудливый исторический путь, возникнув в ходе осуществления научно-исследовательского проекта, над которым работали несколько десятков американских университетов по договору с агентством ARPA. Трудно даже определить, когда именно он появился. Возможно, это произошло 21 ноября 1969 года, когда была установлена связь между двумя узлами ARPANET, расположенными в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA) и в Исследовательском институте Стэнфорда (SRI)? Или это случилось 17 декабря 1972 года, когда к ARPANET подключилась гавайская сеть AlohaNet, образовав тем самым интерсеть? Или, быть может, интернет появился 1 января 1983 года, когда ARPA официально утвердила протокол TCP/IP? А возможно, он возник в 1989 году, когда Тим Бернерс-Ли предложил создать то, что впоследствии стало Всемирной паутиной? Сложно сказать. Однако ни у кого нет сомнений, что со времен становления сети ARPANET и первых зачатков Всемирной паутины интернет подвергся огромным изменениям, значительная часть которых была обусловлена повсеместным распространением CDN и облачных вычислений. Ниже мы кратко рассмотрим этот процесс.

На илл. 7.48 представлена базовая модель сети ARPANET и первой версии интернета. Она включает в себя три типа компонентов:

1. Хосты (компьютеры, выполняющие определенную работу для пользователей).

2. Маршрутизаторы (которые в ARPANET обозначались как «IMP»), производящие коммутацию пакетов.

Илл. 7.48. В первой версии интернета использовались главным образом двухточечные соединения

3. Линии передачи (изначально выделенные телефонные линии со скоростью 56 Кбит/с). Каждый маршрутизатор был подключен к одному или нескольким компьютерам.

Концептуальная модель исходной архитектуры интернета строилась главным образом на базовой идее двухточечной коммуникации. Все компьютеры (хосты) рассматривались как равноправные узлы (хотя некоторые были намного мощнее других), и любой из них мог отправлять пакеты любому другому, поскольку каждый компьютер имел уникальный адрес. С появлением протокола TCP/IP длина этого адреса стала составлять целых 32 бита, что в то время казалось бесконечно большим размером. Сегодня он кажется ничтожно малым. В качестве модели передачи использовалась простая дейтаграммная система без сохранения информации о состоянии клиента, где каждый пакет содержит свой адрес назначения. После прохождения через маршрутизатор пакет уже не отслеживался. Маршрутизация производилась переходами. Путь пакета определялся в зависимости от указанного в нем адреса назначения и того, какую линию передачи следовало использовать для этого адреса согласно таблицам маршрутизатора.

Положение стало меняться, когда интернет вышел за рамки академической среды и приобрел коммерческий характер. Это привело к созданию магистральных сетей со сверхскоростными каналами, администрируемых такими крупными телекоммуникационными компаниями, как AT&T и Verizon. Каждая компания использовала собственную магистральную сеть, однако они связывались друг с другом через точки пирингового обмена. Появились интернет-провайдеры, взявшие на себя задачу подключения к интернету домашних пользователей и предприятий, а также региональные сети, соединявшие провайдеров с магистральными сетями (см. илл. 1.17). Следующим шагом стало появление общенациональных интернет-провайдеров и CDN (см. илл. 1.18).