Провайдеры и магистраль интернета

Провайдеры и магистраль интернета

Мы разобрали, как роутер соединяет две сети. Но кто физически прокладывает кабели между городами и континентами? Кто следит за тем, чтобы роутеры знали маршруты? Ответ — интернет-провайдеры (Internet Service Providers, ISP). Интернет — это не одна гигантская сеть, а объединение тысяч независимых сетей, каждая из которых принадлежит какому-то провайдеру.

Кто есть кто: три уровня провайдеров

Провайдеров принято делить на три уровня (tiers) — не по качеству, а по положению в иерархии:

Tier 1 — магистральные операторы. Владельцы глобальной оптоволоконной инфраструктуры, которая охватывает континенты. У них нет «начальников» — они обмениваются трафиком друг с другом напрямую и бесплатно (это называется peering). Tier-1 провайдеров всего около полутора десятков на весь мир. Примеры: AT&T, Lumen (бывший CenturyLink), NTT, Deutsche Telekom, Tata Communications. Ты никогда не купишь интернет напрямую у Tier 1 — они работают только с другими провайдерами.

Tier 2 — национальные и региональные операторы. Покупают доступ к магистрали у Tier 1 (это называется transit) и продают интернет дальше — Tier-3 провайдерам или крупным компаниям. У них есть своя инфраструктура в пределах страны или региона. Примеры: Ростелеком, Мегафон в России, Vodafone в Европе.

Tier 3 — локальные (розничные) провайдеры. Те, у кого ты покупаешь домашний интернет. Своего выхода в магистраль у них нет — они покупают transit у Tier 2 или иногда сразу у Tier 1 и разводят интернет «по последней миле» до квартир и офисов.

Tier 1 ── peered ── Tier 1
  │                    │
  │ (transit $)        │ (transit $)
  ↓                    ↓
Tier 2 ───────────── Tier 2
  │                    │
  │ (transit $)        │ (transit $)
  ↓                    ↓
Tier 3                Tier 3
  │                    │
  ↓                    ↓
Клиенты              Клиенты

Peering и transit: два типа отношений

Когда два провайдера обмениваются трафиком, возможны две схемы:

• Transit (транзит). Один платит другому за доступ в «большой интернет». Мелкий провайдер платит крупному, чтобы тот пропускал его трафик в остальной мир. Это бизнес-отношения «клиент-поставщик».
• Peering (пиринг). Два равных по размеру провайдера обмениваются трафиком бесплатно, потому что это выгодно обоим. Если клиенты провайдера А хотят общаться с клиентами провайдера Б, прямой обмен быстрее и дешевле, чем гонять трафик через третьего.

Как провайдер решает, что выбрать? Всё упирается в деньги: transit стоит примерно 0.5–2 цента за мегабит в секунду в месяц (чем больше покупаешь, тем дешевле). Если провайдер обменивается с соседом сотнями гигабит — платить Tier-1 было бы безумно дорого, проще договориться о пиринге. А для небольшого трафика, скажем, до сервера в Австралии, дешевле купить transit, чем тянуть туда отдельный кабель ради пиринга.

Пиринг обычно происходит в специальных местах — точках обмена интернет-трафиком.

IXP: перекрёстки интернета

Internet Exchange Point (IXP) — это физическое здание (часто — хорошо охраняемый дата-центр), куда приходят кабели от десятков и сотен провайдеров. Внутри стоит мощный свитч, к которому каждый провайдер подключает свой роутер. В результате все, кто присутствуют в IXP, могут обмениваться трафиком напрямую, без промежуточных Tier-1.

Крупнейшие IXP мира — DE-CIX во Франкфурте, AMS-IX в Амстердаме, Equinix в десятках городов. Трафик между двумя провайдерами в одном IXP идёт напрямую и почти мгновенно, даже если один из них Tier 2, а другой — Tier 3. Именно поэтому скорость интернета между крупными городами выше, чем кажется возможной по расстоянию.

Последняя миля: как интернет заходит в дом

«Последняя миля» — это участок между локальным провайдером и твоей квартирой. Это самая дорогая часть всей инфраструктуры: магистралью пользуются миллионы, а кабель к конкретному дому — только ты и соседи.

Варианты последней мили:

• Оптоволокно до квартиры (FTTH). Лучший вариант: стеклянная нить тянется прямо в квартиру. Скорость до 1 Гбит/с и выше.
• Коаксиальный (телевизионный) кабель. Использует существующую инфраструктуру кабельного ТВ. Скорость высокая, но делится на весь подъезд.
• Медная телефонная пара (DSL). Интернет по телефонной линии. Скорость падает с расстоянием от АТС. Устаревающая технология.
• Мобильный интернет (4G/5G). Радиоканал до вышки сотовой связи. Вышка подключена оптоволокном к магистрали.

Именно участок последней мили чаще всего является узким горлышком: твой домашний роутер может быть подключён к магистрали Tier-1 через цепочку провайдеров, но если последняя миля — старый медный кабель, скорость всё равно будет низкой.

Магистраль: подводные кабели и оптоволокно

Магистраль интернета (backbone) — это оптоволоконные линии, соединяющие континенты. Подводные кабели проложены по дну всех океанов. На карте они выглядят как линии, соединяющие прибрежные города. Типичный трансатлантический кабель содержит от 4 до 12 оптоволоконных пар и способен передавать терабиты данных в секунду.

Прокладка подводного кабеля — инженерное чудо: специальное судно разматывает кабель с барабана, укладывая его на дно. Ближе к берегу кабель закапывают в траншею для защиты от якорей и рыболовных тралов. На глубине кабель просто лежит на дне — на глубине 4000+ метров якоря не страшны.

Каждый такой проект стоит сотни миллионов долларов, и владеют кабелями обычно консорциумы из нескольких крупных операторов. Они делят расходы и получают пропорциональную долю пропускной способности. Срок службы кабеля — около 25 лет, после чего его либо выводят из эксплуатации, либо оставляют как резервный.

Как твой трафик добирается до сервера

Давай проследим путь открытия сайта с точки зрения инфраструктуры провайдеров:

1. Твой компьютер подключён к Tier-3 провайдеру (например, местный домовой оператор).
2. Tier-3 покупает transit у Tier-2 провайдера (крупный оператор в твоей стране).
3. Tier-2, в зависимости от того, где находится сервер:
   • Если сервер в сети того же Tier-2 или его пира — отправляет напрямую.
   • Если сервер на другом континенте — отправляет через Tier-1.
4. Tier-1 по магистрали доставляет трафик до нужного континента и «сдаёт» его местному Tier-2.
5. Tier-2 передаёт трафик Tier-3 провайдеру сервера.
6. Tier-3 доставляет трафик на сам сервер.

В реальности путь может быть короче: крупные сайты вроде Google или Netflix часто ставят свои серверы прямо в сетях Tier-2 и даже Tier-3 провайдеров (это называется CDN — сеть доставки контента), чтобы трафик не ходил через полмира.

Что будет, если порвать магистральный кабель

Такое случается регулярно. Якорь судна, подводный оползень, землетрясение — и кабель повреждён. Интернет при этом не пропадает, а замедляется для части маршрутов: трафик перенаправляется по запасным путям. У Tier-1 провайдеров всегда есть резервные маршруты — именно поэтому интернет и проектировался как сеть без единой точки отказа.

Проверь себя

1. Tier-1 провайдеры платят другим Tier-1 за трафик?
2. Зачем нужен пиринг, если можно просто платить Tier-1 за transit?
3. Что произойдёт, если в твоём городе отключится IXP?

1. Нет. Tier-1 обмениваются трафиком друг с другом бесплатно (peering) — они равны. Если бы они платили друг другу, один из них был бы «главнее», а это уже Tier-2.
2. Пиринг быстрее и дешевле. Если два провайдера общаются напрямую в IXP, трафику не нужно подниматься до Tier-1 и спускаться обратно. Кроме того, transit стоит денег, а пиринг — нет.
3. Провайдеры продолжат обмениваться трафиком, но через более длинные пути (например, через Tier-1). Скорость доступа к некоторым сайтам может упасть, но интернет не исчезнет.

Что унести с урока

• Интернет — это сеть сетей, принадлежащих тысячам независимых провайдеров.
• Tier 1 (магистраль), Tier 2 (национальные), Tier 3 (локальные) — три уровня провайдеров.
• Transit — платный доступ к интернету через вышестоящего. Peering — бесплатный обмен между равными.
• IXP — физические точки встречи провайдеров для прямого обмена трафиком.
• Подводные кабели — основа межконтинентальной магистрали. При повреждении трафик идёт по запасным маршрутам.

В следующем уроке разберём важное различие, которое часто путают новички: интернет и веб — не одно и то же. Ты узнаешь, что интернет существовал задолго до первого сайта и обслуживает гораздо больше сервисов, чем просмотр страниц в браузере.