La rinascita di Internet

Se sei come la maggior parte dei cyber-cittadini, utilizzi Internet per e-mail, ricerche sul Web, chat con gli amici, download di musica e acquisto di libri e regali. Più di 600 milioni di persone utilizzano questi servizi in tutto il mondo, molto più di quanto chiunque avrebbe potuto prevedere negli anni '70, quando furono concepiti i componenti chiave di Internet. Si stima che circa 3,9 trilioni di dollari di transazioni commerciali avranno luogo su Internet nel 2003 e la portata del mezzo è sempre più globale: un sorprendente 24 percento dei brasiliani, il 30 percento dei cinesi e il 72 percento degli americani ora va online almeno una volta al mese.

Tuttavia, nonostante il suo enorme impatto, Internet di oggi è come una Buick del 1973 dotata di airbag e controlli delle emissioni. La sua infrastruttura decennale è stata truccata con il Web e tutto ciò che consente (come l'e-commerce), oltre a tecnologie come streaming multimediale, condivisione di file peer-to-peer e videoconferenza; ma è pur sempre una Buick del 1973. Ora, un gruppo di base di quasi 100 scienziati informatici di spicco, sostenuto da importanti sponsor industriali, sta lavorando per sostituirlo con un nuovo modello molto più intelligente.

Questa storia faceva parte del nostro numero di ottobre 2003

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Il progetto si chiama PlanetLab e entro i prossimi tre anni, affermano i ricercatori, aiuterà a rivitalizzare Internet, consentendo infine di

* dimentica di portare in giro il tuo laptop. Non importa dove tu vada, sarai in grado di ricreare istantaneamente l'intero spazio di lavoro del tuo computer privato, programma per programma e documento per documento, su qualsiasi terminale Internet;

* sfuggire all'interruzione causata da worm e virus di Internet, che hanno inflitto una media di $ 81.000 in costi di riparazione per azienda per incidente nel 2002, perché la rete stessa rileverà e distruggerà i pacchetti di dati non autorizzati prima che abbiano la possibilità di diffondersi nel tuo ufficio o casa ;

* recuperare istantaneamente video e altri dati che occupano la larghezza di banda, indipendentemente da quanti altri utenti competono per le stesse risorse;

* archiviare le dichiarazioni dei redditi, le fotografie digitali, i video di famiglia e tutti gli altri dati su Internet stesso, in modo sicuro e indistruttibile, per decenni, facendo sembrare i dischi rigidi e i CD registrabili bizzarri come dischi a 78 giri.

Queste innovazioni PlanetLab previste, con il potenziale per rivoluzionare l'home computing, l'e-commerce e le pratiche informatiche aziendali, non possono essere incorporate nella rete esistente; sarebbe troppo dirompente. Invece, i ricercatori di PlanetLab, che provengono da Princeton, MIT, Università della California, Berkeley e più di 50 altre istituzioni, stanno costruendo la loro rete sopra Internet. Ma le loro nuove macchine, chiamate nodi intelligenti, aumenteranno notevolmente la potenza di elaborazione e la capacità di archiviazione dei dati, un'idea che ha rapidamente ottenuto il sostegno della National Science Foundation e di attori del settore come Intel, Hewlett-Packard e Google.

Dall'inizio del marzo 2002, PlanetLab ha collegato 175 nodi intelligenti in 79 siti in 13 paesi, con l'intenzione di raggiungere 1.000 nodi entro il 2006. È il più recente e il più caldo di numerosi sforzi di ricerca su larga scala che hanno cercato di affrontare i limiti di Internet ( vedere Le reinventazioni di Internet ). Internet ha raggiunto un livello massimo in termini di ciò che può fare, afferma Larry Peterson, un informatico di Princeton e leader dello sforzo. La cosa giusta da fare è ricominciare da un altro livello. Questa è l'idea alla base di PlanetLab.

Il network è il computer, finalmente

Come molte rivoluzioni, PlanetLab si basa su un'idea sorprendentemente semplice che esiste da molto tempo, avanzata in particolare da Sun Microsystems: trasferire dati e calcoli dai computer desktop e dai singoli mainframe alla rete stessa.

Ma questo non può essere fatto con Internet di oggi, che consiste in macchine di base, chiamate router, che seguono le procedure degli anni '70 per suddividere allegati di posta elettronica, pagine Web e altri file elettronici in pacchetti indirizzati individualmente e inoltrarli ad altre macchine. Al di là di questa funzione, i router sono stupidi e inflessibili: non sono stati progettati per gestire il livello di elaborazione necessario, ad esempio, per riconoscere e rispondere ad attacchi di virus o colli di bottiglia in altre parti della rete.

Gli smart node di PlanetLab, invece, sono PC standard in grado di eseguire software personalizzato caricato dagli utenti. Le copie di un singolo programma possono essere eseguite contemporaneamente su molti nodi in tutto il mondo. Ogni nodo è collegato direttamente a un router tradizionale, quindi può scambiare dati con altri nodi sulla rete esistente. (Per questo motivo, gli informatici chiamano PlanetLab una rete sovrapposta.) Per gestire tutto ciò, ogni nodo esegue un software che divide le risorse della macchina, come lo spazio sul disco rigido e la potenza di elaborazione, tra i numerosi utenti di PlanetLab ( vedi Torta Planetaria, sotto ). Se Internet è un sistema nervoso elettronico globale, PlanetLab gli sta finalmente dando un cervello.

Il guadagno dovrebbe essere enorme. Reti più intelligenti promuoveranno una nuova generazione di programmi software distribuiti che prevengono la congestione, diffondono dati critici e mantengono Internet sicuro, anche se in generale rendono le comunicazioni informatiche più veloci e affidabili. Espandendo la rete il più rapidamente possibile, afferma Peterson, i ricercatori di PlanetLab sperano di ripristinare il senso di assunzione di rischi e sperimentazione che ha dominato i primi giorni di Internet. Ma Peterson ammette che i progressi non saranno facili. Come ottenere un servizio innovativo su migliaia di macchine e testarlo?

Aiuta il fatto che la rete non sia più solo una sandbox di ricerca, come lo era Internet originale durante il suo sviluppo; invece, è un luogo in cui distribuire servizi che qualsiasi programmatore può utilizzare e contribuire a migliorare. E uno degli architetti originali di Internet vede questo come un tratto tremendamente eccitante. È il 2003, 30 anni dopo l'invenzione di Internet, afferma Vinton Cerf, che ha sviluppato i protocolli di comunicazione di base di Internet come ricercatore della Stanford University nei primi anni '70 ed è ora vicepresidente senior per l'architettura e la tecnologia presso MCI. Abbiamo milioni di persone là fuori che sono interessate e capaci di fare sviluppo sperimentale. Il che significa che non dovrebbe volerci molto per sostituire quella Buick.

Esca per i vermi

Il tallone d'Achille di Internet di oggi è che è un sistema basato sulla fiducia. Progettato nella rete è il presupposto che gli utenti agli endpoint della rete si conoscano e si fidino l'uno dell'altro; dopo tutto, la prima Internet era uno strumento principalmente per poche centinaia di ricercatori governativi e universitari. Consegna i pacchetti indipendentemente dal fatto che siano legittimi o l'equivalente elettronico delle lettere bomba. Ora che Internet è esploso nel mainstream culturale, tale presupposto è chiaramente obsoleto: il risultato è un flusso di worm, virus ed errori involontari che possono sfociare in rallentamenti e interruzioni a livello di Internet economicamente devastanti.

Prendete il worm Code Red Internet, emerso il 12 luglio 2001. Si è rapidamente diffuso su 360.000 macchine in tutto il mondo, dirottandole nel tentativo di inondare il sito Web della Casa Bianca con dati privi di significato, un cosiddetto denial-of-service attacco che soffoca la comunicazione legittima. Secondo Computer Economics, un'organizzazione di ricerca indipendente con sede a Carlsbad, in California, gli amministratori di sistema hanno impiegato mesi per ripulire le macchine infette e sono costate alle aziende più di 2,6 miliardi di dollari.

Grazie a un progetto PlanetLab, Netbait, questo tipo di scenario potrebbe diventare un ricordo del passato. Le macchine infettate da Code Red e altri worm e virus spesso inviano pacchetti di sonda mentre cercano altri sistemi non protetti da infettare. I router stupidi passano lungo questi pacchetti e nessuno è più saggio fino a quando non arriva la vera invasione e i sistemi locali iniziano a spegnersi. Ma in teoria, il programma giusto in esecuzione su router intelligenti potrebbe intercettare le sonde, registrare da dove provengono e aiutare gli amministratori a tracciare e forse prevenire un'infezione a livello di rete. Questo è esattamente ciò per cui Netbait, sviluppato dai ricercatori di Intel e UC Berkeley, è progettato per fare.

Questa primavera, il programma ha mostrato come mappare un'epidemia in espansione. Brent Chun, l'autore di Netbait, è uno dei numerosi ricercatori senior assegnati a PlanetLab da Intel, che ha contribuito a lanciare la rete donando l'hardware per i suoi primi 100 nodi. Chun ha eseguito Netbait su 90 nodi per diversi mesi all'inizio di quest'anno. A metà marzo, ha rilevato un picco di sei volte nelle sonde Code Red, da circa 200 sonde al giorno a oltre 1.200, un livello di sensibilità ben oltre quello di un router standard solitario. I dati raccolti da Netbait hanno mostrato che una variante di Code Red aveva iniziato a sostituire il cugino maggiore.

Come si è scoperto, c'era poca minaccia. La variante si è rivelata non più maligna della precedente, per la quale sono ormai noti i rimedi. Ma il punto più ampio era stato fatto. Senza una piattaforma globale come PlanetLab come punto di osservazione, la diffusione di un nuovo ceppo di Code Red avrebbe potuto passare inosservata fino a molto tempo dopo, quando gli amministratori dei sistemi locali hanno confrontato le note. A quel punto, qualsiasi risposta richiesta sarebbe stata molto più costosa.

Netbait significa che possiamo rilevare schemi e avvisare gli amministratori di sistema locali che alcune macchine sono infette nel loro sito, afferma Peterson. È qualcosa a cui la gente non aveva pensato prima. Emettendo avvisi non appena rileva i pacchetti sonda, Netbait potrebbe persino fungere da sistema di allerta precoce per l'intera Internet.

Secondo Chun, Netbait potrebbe funzionare a tempo pieno su PlanetLab entro la fine dell'anno. Supponendo che le persone ritengano che il servizio sia utile, alla fine entrerà nel radar delle persone di varie aziende, afferma. Sarebbe quindi facile, afferma Chun, offrire ai provider di servizi Internet commerciali abbonamenti a Netbait o concedere in licenza il software ad aziende con le proprie infrastrutture informatiche planetarie, come IBM, Intel o Akamai.

Gestori del traffico

Proprio come gli architetti di Internet non hanno previsto la necessità di difendersi da eserciti di hacker, non hanno mai previsto folle flash. Queste sono folle di utenti che visitano un sito Web contemporaneamente, sovraccaricando la rete, il server del sito o entrambi. (La folla più famosa, forse, si è formata durante una trasmissione Web di lingerie di Victoria's Secret del 1999 che era stata promossa durante il Super Bowl. In poche ore, gli spettatori hanno fatto 1,5 milioni di richieste ai server dell'azienda. La maggior parte non è mai andata a buon fine). i loro cugini più malvagi, gli attacchi denial-of-service, possono mettere fuori uso i siti che non sono protetti da una rete come quella di Akamai, che memorizza nella cache le copie dei siti Web dei clienti sui propri server privati ​​ampiamente sparsi. Ma la domanda è quante copie fare. Troppo pochi ei sovraccarichi persistono; troppi e i server sono pieni di copie in eccesso. Una soluzione, descritta in articoli pubblicati nel 1999 dai ricercatori che hanno poi fondato Akamai, è semplicemente quella di impostare un numero fisso.

In un futuro non troppo lontano, i nodi PlanetLab regoleranno al volo il numero di copie memorizzate nella cache. Ecco come funziona. Ciascun nodo dedica una parte del tempo e della memoria del processore a un programma progettato da Vivek Pai, un collega di Peterson nel dipartimento di informatica di Princeton. Il software monitora le richieste di download di pagine e, se rileva che una pagina è molto richiesta, la copia sul disco rigido del nodo, che agisce come la memoria in un tipico server Web. Man mano che la domanda cresce, il programma memorizza automaticamente la pagina nella cache su nodi aggiuntivi per distribuire il carico, adeguando costantemente il numero di repliche in base alla popolarità della pagina. Pai afferma che le simulazioni di un attacco denial-of-service su una rete simile a PlanetLab hanno mostrato che i nodi dotati del software Princeton hanno assorbito il doppio delle richieste di pagine prima di fallire rispetto a quelli che eseguono gli algoritmi pubblicati dai fondatori di Akamai.

Questo nuovo strumento, noto come CoDeeN, è già in esecuzione a tempo pieno su PlanetLab; chiunque può usarlo, semplicemente modificando le impostazioni del proprio browser Web per connettersi a un nodo PlanetLab vicino. È un lavoro in corso, quindi il servizio non è ancora completamente affidabile. Ma Pai crede che il software possa supportare una rete con migliaia di nodi, creando eventualmente un Akamai pubblico gratuito. Con questo strumento, gli utenti di Internet sarebbero in grado di ottenere un accesso più rapido e affidabile a qualsiasi sito Web scelto.

Ma bandire le folle di flash non risolverà, da solo, i rallentamenti di Internet. Un altro software PlanetLab cerca di affrontare un problema più sottile: l'assenza di una mappa autostradale decente della rete. Nel corso degli anni Internet si è trasformato in un intricato groviglio di router e collegamenti dorsali di proprietà di migliaia di fornitori di servizi Internet concorrenti, la maggior parte dei quali aziende private. I pacchetti entrano, escono e c'è pochissima visibilità o controllo su ciò che accade nel mezzo, afferma Thomas Anderson, un informatico dell'Università di Washington a Seattle.

Una soluzione è il software noto come Scriptroute. Sviluppato da Anderson e dai suoi colleghi dell'Università di Washington, è un programma distribuito che utilizza nodi intelligenti per lanciare sonde che si espandono attraverso particolari regioni di Internet e inviano dati sui loro viaggi. I dati possono essere combinati in una mappa dei collegamenti attivi all'interno e tra le reti dei fornitori di servizi Internet, insieme alle misurazioni del tempo impiegato dai pacchetti per attraversare ciascun collegamento. È come avere una veduta aerea di un sistema autostradale urbano. Anderson afferma che gli operatori dei fornitori di servizi Internet come AOL e Earthlink, così come le università, potrebbero utilizzare le mappe di Scriptroute per diagnosticare e riparare rapidamente i problemi di rete in uno o tre anni.

Cambio di mare

Mantenere intatti i dati può essere difficile quanto trasmetterli: chiedi a chiunque abbia lasciato un assistente digitale personale su un treno o abbia subito un crash del disco rigido. Quello che serve, afferma l'informatico di Berkeley John Kubiatowicz, è un modo per diffondere i dati in modo da non doverli trasportare fisicamente, ma in modo che siano sempre disponibili, invulnerabili alla perdita o alla distruzione e inaccessibili a persone non autorizzate.

Questa è la grande visione dietro OceanStore, un sistema di archiviazione distribuito che è stato testato anche su PlanetLab. OceanStore crittografa i file, che si tratti di promemoria o altri documenti, record finanziari o foto digitali, musica o clip video, quindi li suddivide in frammenti sovrapposti. Il sistema sposta continuamente i frammenti e li replica sui nodi intorno al pianeta. Il file originale può essere ricostituito solo da un sottoinsieme dei frammenti, quindi è praticamente indistruttibile, anche se un certo numero di nodi locali fallisce. I nodi PlanetLab hanno attualmente memoria sufficiente per consentire a poche centinaia di persone di archiviare i propri record su OceanStore, afferma Kubiatowicz. Alla fine, sarebbero necessari milioni di nodi per archiviare i dati di tutti. L'obiettivo di Kubiatowicz è produrre software in grado di gestire 100 trilioni di file o 10.000 file per ciascuno dei 10 miliardi di persone.

Per tenere traccia dei dati distribuiti, OceanStore assegna ai frammenti di ogni particolare file il proprio codice ID, un numero molto lungo chiamato Globally Unique Identifier. Quando il proprietario di un file vuole recuperare il file, il suo computer dice a un nodo che esegue OceanStore di cercare le copie più vicine dei frammenti con l'ID corretto e di riassemblarle.

La privacy e la sicurezza sono integrate. Un proprietario che desidera recuperare un file deve prima presentare una chiave che è stata generata utilizzando metodi di crittografia ormai comuni e archiviata in una sezione protetta da password del suo personal computer. Questa chiave contiene così tante cifre che è praticamente impossibile per gli altri indovinarla e ottenere l'accesso non autorizzato. La chiave fornisce l'accesso alle directory di OceanStore che mappano i nomi leggibili dall'uomo (come internet.draft) per frammentare i codici ID. I codici ID vengono quindi utilizzati per cercare in OceanStore le copie più vicine dei frammenti necessari, che vengono riassemblati e decifrati. E c'è un ulteriore livello di protezione: i codici ID sono essi stessi generati dai contenuti dei dati nel momento in cui i contenuti vengono salvati utilizzando una funzione crittografica sicura. Come le chiavi di crittografia, i codici sono così lunghi (160 cifre binarie) che nemmeno i supercomputer più avanzati di oggi possono indovinarli o falsificarli. Quindi, se i dati recuperati da OceanStore hanno un ID inalterato, il proprietario può essere certo che i dati stessi non siano stati modificati o corrotti.

Kubiatowicz vorrebbe vedere OceanStore diventare un'utilità simile al servizio Internet DSL o via cavo, con i consumatori che pagano una tariffa di accesso mensile. Diciamo che sei appena tornato da un viaggio e hai una fotocamera digitale piena di foto, suggerisce. Un'opzione è mettere queste immagini sul computer di casa o scriverle su CD. Un'altra opzione è inserire quelle immagini in OceanStore. Basta copiarli su una partizione del disco rigido e i dati vengono replicati in modo efficiente su scala globale. Tale opzione potrebbe essere disponibile entro tre o cinque anni, prevede, ma nel frattempo devono accadere due cose. Innanzitutto, il suo team deve produrre versioni più robuste del codice OceanStore. In secondo luogo, qualcuno deve fornire nodi sufficienti per ingrandire il sistema a una scala utile. È probabile che qualcuno sia un'azienda privata che cerca di entrare nel business dello storage distribuito, prevede Peterson. Potrei immaginare che OceanStore attiri la prossima startup simile a Hotmail come primo cliente, dice.

Oltre a fornire un'archiviazione distribuita e sicura, OceanStore potrebbe alla fine rendere ogni tuo computer personale. Al suo livello di sviluppo successivo, potrebbe archiviare l'intero ambiente di elaborazione, il desktop del PC, oltre a tutte le applicazioni in esecuzione e tutti i documenti che hai, aprirlo in rete e ricostituirlo su richiesta, anche se è apparso a una postazione Internet dall'altra parte del mondo. Questa capacità sarebbe utile per l'uomo d'affari in viaggio, per un medico che ha improvvisamente bisogno di rivedere un grafico o per un appaltatore che vuole modificare un progetto da casa. Diverse aziende stanno lavorando per realizzare questa visione. Intel lo chiama Internet Suspend/Resume e i ricercatori Sun stanno testando diversi approcci alla mobilità desktop. Ma PlanetLab potrebbe fornire l'infrastruttura che rende possibile tale tecnologia, offrendo un mezzo per gestire le grandi quantità di dati, forse decine di gigabyte, su cui gli utenti di personal computer potrebbero fare regolarmente affidamento.

Lista della biancheria

Tali idee possono sembrare radicali. Poi di nuovo, solo un decennio fa, anche l'e-commerce. La domanda ora è quale grande idea si evolverà in Google o Amazon.com del nuovo Internet più intelligente. Per statuto, PlanetLab non può essere utilizzato per imprese a scopo di lucro, ma presto le aziende potrebbero nascere dalla piattaforma che fornisce. Vogliamo che sia un luogo in cui lasci i servizi in esecuzione a lungo termine, il che ci avvicina molto al punto in cui qualcuno commerciale potrebbe voler adottarlo o replicarlo a scopo di lucro, afferma Peterson. Ciò potrebbe accadere se gli esperimenti in corso ora, insieme ai metodi sviluppati per mantenere il funzionamento della rete senza intoppi, fornissero un modello affidabile per le future reti intelligenti. Non sappiamo da dove verrà la prossima grande idea, dice Peterson. Il nostro obiettivo è solo quello di fornire il campo di gioco.

I primi sponsor del settore di PlanetLab, come Intel e Hewlett-Packard, potrebbero essere tra i primi a partecipare. HP Labs di Palo Alto, in California, ad esempio, ha installato 30 nodi PlanetLab a giugno e prevede di utilizzare la rete per testare le tecnologie che presto potrebbero diventare prodotti. Un esempio: il software sviluppato dalla ricercatrice Susie Wee che utilizza una rete di distribuzione simile a CoDeeN per fornire video in streaming ad alta risoluzione ai dispositivi mobili. L'obiettivo è evitare lo spreco di larghezza di banda, e il software di Wee farebbe proprio questo trasmettendo, ad esempio, il video di una partita di baseball della major league su un singolo nodo locale, quindi suddividendo i dati in flussi separati ottimizzati per le risoluzioni dello schermo di diversi spettatori. dispositivi, siano essi PC desktop, laptop wireless, PDA o telefoni cellulari. HP oi suoi licenziatari potrebbero portare un tale servizio sul mercato entro due anni, afferma Wee. Progetti come questo, afferma Rick McGeer, collegamento scientifico di HP Labs con una serie di iniziative universitarie, significano che PlanetLab non è solo un ottimo banco di prova sperimentale, è un luogo in cui puoi vedere il valore dimostrabile dei servizi che non ottieni su Internet di oggi.

Le reinventazioni di Internet

PlanetLab mira a trasformare il semplice e stupido sistema di comunicazione Internet di oggi in una rete più intelligente e molto più flessibile in grado di allontanare i worm, archiviare enormi quantità di dati con perfetta sicurezza e fornire contenuti istantaneamente. Ecco come si inserisce in una lunga tradizione di progetti di ricerca accademici e governativi che hanno sviluppato tecnologie fondamentali di rete, trasmissione e calcolo distribuito.

1969	ARPANET Il primo grande tentativo di utilizzare i computer per la comunicazione e il banco di prova per gli standard che avrebbero definito Internet. Costruito da università e aziende tecnologiche con finanziamenti dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (ora DARPA).
1973-1983	Internet Una rete di reti più piccole in cui i computer scambiano pacchetti di dati formattati e indirizzati secondo, rispettivamente, il Transport Control Protocol e il Protocollo Internet (TCP/IP), che sono stati concepiti nel 1973 e hanno sostituito ufficialmente i protocolli di ARPANET nel gennaio 1983.
1992	MBone Il Multicast Backbone: un sistema che consente a molte persone di visualizzare le stesse informazioni in tempo reale, come le trasmissioni video, su Internet. Creato dai membri della Internet Engineering Task Force nel 1992 per superare i limiti dei protocolli Internet standard, che possono instradare un determinato pacchetto di dati verso una sola destinazione.
millenovecentonovantasei	Internet2 Un consorzio di oltre 200 università che ha dato vita ad Abilene, una rete di router e collegamenti in fibra ottica ad alte prestazioni. Abilene è in grado di trasmettere un intero film in DVD in circa 36 secondi, fino a 3.500 volte più veloce di una tipica connessione DSL o via cavo domestica. La griglia Una raccolta di organizzazioni e progetti pubblici e privati ​​che utilizzano software sviluppato presso il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e la University of Southern California per collegare supercomputer sparsi, strumenti scientifici e strutture di archiviazione dati in una griglia che può affrontare problemi computazionali difficili come lo screening per nuove molecole farmacologiche.
2000	Abbonato The Active Network Backbone: una rete costruita per testare l'efficienza della rete attiva, in cui la rete è privata di quasi tutta l'intelligenza, anche il software di passaggio dei messaggi di base che gira su Internet di oggi, e i pacchetti di dati contengono tutto il software e le istruzioni necessari per consegnarsi alle loro destinazioni. Finanziato da DARPA e creato da SRI International, un istituto di ricerca privato a Menlo Park, in California, e la University of Southern California.
2002	PlanetLab Uno sforzo dei ricercatori di reti accademiche e aziendali per aumentare, e infine sostituire, la stupida Internet di oggi con una rete molto più intelligente in grado di monitorare se stessa alla ricerca di worm e virus, eliminare automaticamente i colli di bottiglia e rendere gli ambienti di personal computer portatili su qualsiasi terminale sulla terra.

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