У рамках програми Сезонної школи ISOC Ukraine підготувало пропозиції щодо курсу «Архітектура Інтернет» для студентів 1-3 курсу університетів, який висвітлює основні аспекти архітектури інтернет-мереж.
Архітектура Інтернет-мереж базується на співпраці технологій, стандартів і організацій, таких як Internet Society, IETF і регіональні IXP. Основна мета — забезпечити глобальну, безпечну та стабільну мережу, яка підтримує принципи повсюдності та безпеки. IPv6, DNS і IXP відіграють ключові ролі у масштабуванні, доступності та ефективності мережі, але потребують постійного розвитку для відповідності сучасним викликам, як зростання IoT, кібератаки та нерівність у доступі.

Основні цілі

Архітектура Інтернет-мереж спрямована на створення та підтримку глобальної, масштабованої, стійкої та доступної системи зв’язку, яка забезпечує:

  1. Глобальну зв’язність: Забезпечення доступу до мережі для всіх користувачів, незалежно від їхнього розташування чи пристрою.
  2. Масштабованість: Можливість розширення мережі для підтримки зростаючої кількості користувачів, пристроїв і даних.
  3. Надійність і стабільність: Гарантія безперервної роботи мережі навіть у разі збоїв чи атак.
  4. Безпека: Захист даних, користувачів і інфраструктури від загроз.
  5. Відкритість і сумісність: Використання відкритих стандартів для забезпечення співпраці між різними системами та технологіями.

Основні завдання

  1. Розробка та впровадження стандартів: Створення протоколів і технологій (наприклад, через IETF) для забезпечення сумісності та ефективності.
  2. Інфраструктурна підтримка: Розбудова фізичних і логічних компонентів, таких як магістральні мережі, точки обміну трафіком (IXP) і DNS.
  3. Оптимізація продуктивності: Зменшення затримок, підвищення пропускної здатності та забезпечення ефективного маршрутування.
  4. Забезпечення безпеки: Впровадження механізмів захисту від кібератак, таких як DDoS, і забезпечення конфіденційності даних.
  5. Розширення доступу: Підключення віддалених і недостатньо забезпечених регіонів через ініціативи, як Community Networks.

Забезпечення стабільної роботи

Стабільність Інтернет-мереж залежить від кількох ключових компонентів:

  • Резервування (redundancy): Використання кількох маршрутів і серверів для уникнення єдиної точки відмови.
  • Моніторинг і реагування: Системи моніторингу (наприклад, RIPE Atlas або Internet Society Pulse) для виявлення збоїв і швидкого реагування.
  • Масштабовані протоколи маршрутизації: Використання BGP (Border Gateway Protocol) для управління маршрутами між автономними системами (AS).
  • Керування навантаженням: Балансування трафіку через IXP і оптимізацію маршрутизації для уникнення перевантажень.
  • Оновлення інфраструктури: Постійне оновлення апаратного та програмного забезпечення для підтримки сучасних вимог.

Забезпечення принципів Ubiquitous Networks

Принцип «повсюдних мереж» (ubiquitous networks) передбачає, що мережа доступна всюди, завжди і для всіх. Для цього:

  • Глобальний доступ: Розгортання інфраструктури в віддалених регіонах, включаючи супутникові технології (наприклад, Starlink) і Community Networks.
  • Сумісність пристроїв: Підтримка IoT, мобільних і стаціонарних пристроїв через стандарти, як IPv6.
  • Мінімізація затримок: Використання технологій, таких як Content Delivery Networks (CDN), для доставки контенту ближче до користувача.
  • Автоматизація та самовідновлення: Впровадження SDN (Software-Defined Networking) для гнучкого керування мережею та швидкого відновлення після збоїв.

Забезпечення принципів Security & Safety

Безпека та захищеність є ключовими для довіри до Інтернету:

  • Шифрування: Використання протоколів, як TLS/SSL, для захисту передачі даних.
  • Аутентифікація та цілісність: Впровадження DNSSEC для захисту від підробки DNS-запитів.
  • Захист від атак: Використання фаєрволів, систем виявлення вторгнень (IDS) і механізмів протидії DDoS.
  • Конфіденційність: Захист даних користувачів через стандарти, як GDPR, і технології, як VPN.
  • Освіта та стандарти: Просування безпечних практик через ініціативи, як MANRS (Mutually Agreed Norms for Routing Security).

Роль IPv4/IPv6

  • IPv4:
    • Досі основний протокол для більшості мереж, але обмежений через вичерпання адрес (32-бітний простір, ~4,3 млрд адрес).
    • Використовується з NAT (Network Address Translation) для економії адрес.
    • Проблеми: обмежена масштабованість, складність управління через нестачу адрес.
  • IPv6:
    • Наступник IPv4 з 128-бітним адресним простором (~340 ундециліонів адрес), що вирішує проблему вичерпання.
    • Переваги: спрощена маршрутизація, підтримка IoT, вбудована безпека (IPsec), автоконфігурація.
    • Виклики: повільний перехід через несумісність з IPv4, потреба в оновленні обладнання.
    • Станом на 2025 рік, за даними Google, близько 40-50% трафіку використовує IPv6, але повний перехід ще триває.

Роль DNS

  • Функція: DNS (Domain Name System) перетворює доменні імена (наприклад, example.com) на IP-адреси, забезпечуючи доступ до ресурсів.
  • Ключові аспекти:
    • Ієрархічна структура: кореневі сервери, TLD (top-level domains) і локальні сервери.
    • Забезпечення швидкості: кешування на локальних DNS-серверах зменшує затримки.
    • Безпека: DNSSEC захищає від атак, як DNS spoofing.
    • Надійність: розподілена система серверів (наприклад, 13 кореневих серверів) запобігає єдиній точці відмови.
  • Виклики: DNS-зловживання (наприклад, для фішингу) і потреба в масштабуванні для IoT.

Роль IXP

  • Функція: Точки обміну Інтернет-трафіком (Internet Exchange Points, IXP) дозволяють мережам (ISP, CDN, хостинг-провайдерам) обмінюватися трафіком напряму, минаючи магістральних провайдерів.
  • Переваги:
    • Зменшення затримок: локальний обмін трафіком скорочує маршрути.
    • Економія витрат: зниження залежності від дорогих транзитних каналів.
    • Підвищення стійкості: локалізація трафіку зменшує вплив збоїв у глобальній мережі.
    • Розширення доступу: IXP у регіонах сприяють розвитку місцевої інфраструктури.
  • Приклади: DE-CIX (Франкфурт), AMS-IX (Амстердам), LINX (Лондон).
  • Виклики: Потреба в інвестиціях для створення IXP у віддалених регіонах і координація між учасниками.