الخلاصة

  • جادل تقرير BBN رقم 7080 الذي كتبه Craig Partridge عام 1989 بأن بلوغ غيغابت واحد لا يفرض، في حد ذاته، معمارية شبكة جديدة. واستبدل الرقم الإجمالي باختبارات منفصلة لمعدل الحزم وميزانية التعليمات ولمس البيانات والتخزين أثناء الرحلة وزمن التحكم.
  • اعتمد الاستنتاج على افتراضات معلنة: متوسط حزم أكبر، ومعالجات RISC بقدرة 60–70 MIPS، ومسارات بيانات بعرض 64 بت، وذاكرة كافية. أما زمن الانتشار فلم يتسارع، ولذلك ظل حاصل ضرب عرض النطاق في التأخير وزمن اكتشاف السعة قيوداً حقيقية.
  • في 1998 وصف فريق BBN المسؤول عن MultiGigabit Router نسيجاً خلفياً مزدوج الاتجاه بسرعة 50 غيغابت/ثانية وقدرة تصل إلى 32 مليون حزمة في الثانية. كان ذلك إيصال تنفيذ محدود النطاق، لا اختراعاً فردياً ولا برهاناً على أن كل سرعة لاحقة ستتوسع تلقائياً.

عندما صار الرقم الكبير بديلاً عن العطل

لم يبدأ Partridge من جهاز ثبت فشله. بدأ من اعتقاد شائع: الانتقال من شبكات محلية بسرعة 10 ميغابت إلى ما فوق الغيغابت سيضغط معمارية مخططات البيانات إلى حد الانهيار. لكن الحد الذي يحدث عنده الانهيار نادراً ما كان مصحوباً بحمل عمل أو توزيع لأحجام الحزم أو اختبار قابل للتكرار. اكتسبت عبارة «غيغابت واحد» قوة استنتاج لم يمنحها إياها قياس.

تقرير How Slow Is One Gigabit Per Second?، المؤرخ في 5 يونيو/حزيران 1989 والمحفوظ ضمن وقائع الاجتماع الرابع عشر لـIETF، أعاد صياغة المسألة. لم يقل Partridge إن شبكة الغيغابت بلا مشكلات صعبة، بل سأل إن كانت تلك المشكلات مختلفة إلى حد يستلزم معمارية أخرى. وتعمد الحياد بين مخططات البيانات والدوائر الافتراضية: إذا استطاع كلاهما بلوغ الهدف، فالاختيار مسألة وظيفة وتفضيل، لا ضرورة تقنية.

هذا الفارق ليس لغوياً. يجوز تغيير التصميم عندما يعجز عن خدمة عبء محدد. أما ضخامة الوحدة فلا تكفي وحدها لإسقاط التوافق أو نقل سلطة التشغيل أو فرض كلفة هجرة على الآخرين.

المعدل الخطي انقسم إلى مواعيد نهائية صغيرة

وضع التقرير افتراضاته على الطاولة. توقع ألا يقل متوسط حجم الحزمة في شبكة غيغابت عن متوسط حزم الإنترنت المعاصرة، واستخدم مكونات كانت في الإنتاج التجريبي لتقدير ما قد تتيحه أوائل التسعينيات. النموذج افترض معالج RISC بقدرة 60–70 مليون تعليمة في الثانية ومسارات 64 بت. كانت تلك توقعات سنة 1989، لا أرقام أداء معاصرة ولا ضمانات.

في الموجّه، المقام المفيد هو عدد الحزم في الثانية. قدرة كانت تساوي 6,000–10,000 حزمة بين شبكتي Ethernet أو ثلاث صارت، بالاستقراء، نحو 600,000–1,000,000 حزمة عند الغيغابت. ومع معالج 60 MIPS يبقى لكل حزمة نحو 60–100 تعليمة، أو 1–1.6 ميكروثانية قبل وصول التالية.

بذلك أصبح الخلاف قابلاً للاختبار. يمكن لمسار سريع في دائرة افتراضية أن يوزع كلفة الإنشاء على حزم كثيرة. وكان تمرير IP الأساسي مقدراً بنحو 100–150 تعليمة على معالجات 32 بت السائدة آنذاك، إضافة إلى عمل برنامج التشغيل. تستطيع العمليات الأعرض وبرامج التشغيل الأبسط وخطوط المعالجة أو المساعدة العتادية تغيير الحد. ويستطيع سيل من الحزم الصغيرة أن يغيره في الاتجاه الآخر. الغيغابت المملوء بإقرارات قصيرة ليس، بالنسبة إلى محرك الحزم، هو الغيغابت المملوء بنقل كتل كبيرة.

البايت الذي لا يقرأه الموجّه قد يضطر المضيف إلى نقله

لا يؤدي المضيف والموجّه الوظيفة نفسها. يحتاج الموجّه عادة إلى الرأس، بينما يحتاج التطبيق المستقبل إلى البيانات. فصل Partridge بين معالجة البروتوكول وعمل نظام التشغيل وعمل التطبيق. وبالاستناد إلى قياسات TCP سابقة، بنى ميزانية توضيحية تقارب ألف تعليمة ثابتة لكل حزمة، يضاف إليها عمل يتناسب مع طول الحزمة مقسوماً على عرض كلمة الآلة.

في نموذج الورقة، كان يمكن لمضيف بقدرة 60 MIPS أن يملأ وصلة غيغابت إذا اقترب متوسط الحزمة من 3 كيلوبايت. وعند 512 بايت كان سيستخدم ما يقارب ربع الوصلة، وعند 100 بايت نحو 50 ميغابت/ثانية. ليست هذه وعوداً لمنتج ولا معايير للحاضر. إنها تبين أن سرعة الوصلة ومعدل الحزم ومعدل لمس البيانات ثلاثة أحمال مختلفة.

كان Partridge قد شارك Bob Braden وDavid Borman في كتابة RFC 1071. ومن نصائح التنفيذ فيها دمج نسخ الذاكرة مع حساب المجموع الاختباري، بحيث تُجلب البيانات مرة واحدة للعملين. قد تبدو العملية الحسابية هي الكلفة، بينما تكون رحلة البايت عبر الذاكرة هي المورد النادر. وقد لخصت RFC 4297 لاحقاً أدلة من هذه العائلة، ومنها قياس تاريخي على Sun-3/60 نسب 64% من الكلفة المقاسة إلى عمليات لمس البيانات و48% إلى النسخ. النسب تعود إلى دراسة Clark التي تستشهد بها الوثيقة، لا إلى قياس أجراه Partridge ولا إلى عتاد حديث. أما الدرس الباقي فهو أضيق: احسب حركة الذاكرة، لا تعليمات البروتوكول وحدها.

المسافة لم تتلقَّ ترقية

رفع عرض النطاق لا يقصّر الليف. فهو يضع بتات أكثر في الطريق خلال زمن الرحلة نفسه. أنتج مثال المسار الأطول في التقرير مخزوناً يقارب 5.9 ميغابايت من حاصل ضرب عرض النطاق في التأخير؛ ومع فرضية ناقل تعني زمناً لا يقل عن 120 ملي ثانية ذهاباً وإياباً، بلغ المخزون 15 ميغابايت. كانت هذه التزامات معتبرة ولكن معقولة في سياق 1989. وهي أمثلة مرتبطة بهندسة المسار في الورقة، وليست توصيات عامة لأحجام المخازن.

وفصل التقرير بين الانتشار والتحويل. حتى لو أضاف مئة عنصر تمرير، كل منها التأخير الصغير المسموح به في ميزانية الحزمة، فإن أثرها المجمع في التخزين لن يتجاوز نحو 12.5–20 كيلوبايت. المسافة الطويلة، لا سلسلة القرارات المحلية السريعة، هي التي سيطرت على البيانات الموجودة في الرحلة.

للتحكم ساعة أخرى. لا يكفي أن تتسع النافذة؛ على المرسل أن يتعلم مقدار ما يقبله المسار. درس التقرير مرسلاً يبدأ بمسبار حجمه ثمانية بايت ويضاعف الكمية في كل رحلة ذهاب وإياب. كان بوسعه بلوغ نطاق الغيغابت في أقل من ثانيتين. ذلك جيد لنقل طويل، لكنه بطيء جداً لبعض الأعمال القصيرة أو التفاعلية. لم تفشل المعمارية، ومع ذلك قد يحتاج التطبيق إلى إشارة أسرع وموثوقة عن السعة.

بعد تسع سنوات صار الحساب جهازاً — مع حواشٍ

في 1998 وصف Partridge وفريق كبير في BBN جهاز MultiGigabit Router. أفادت الورقة بقدرة تصل إلى 32 مليون تمرير حزمة في الثانية وبنسيج خلفي مزدوج الاتجاه بسرعة 50 غيغابت/ثانية، وذكرت في الوقت نفسه أن حركة الحمل الزائد تستهلك قرابة ربع سعة النسيج.

قيد التصميم حركة البيانات المكلفة. احتفظت بطاقة الخط الداخلة بجسم الحزمة وأرسلت الرأس إلى محرك التمرير. بحث المحرك عن المسار وعدّل الرأس ثم أعاد التعليمات؛ بعدها فقط عبرت الحزمة كاملة إلى بطاقة الخروج. احتوى كل محرك على جدول تمرير كامل، كي لا يصبح البحث المركزي التفافاً يتضخم مع عدد المنافذ. حل نسيج مبدّل محل الناقل المشترك، وفُصلت محركات التمرير عن بطاقات الخط، وطُبع رأس وصلة مجرد قبل المسار السريع، وفُصل تصنيف جودة الخدمة عن جدولة الخروج.

لكن الورقة لم تخفِ حالة المشروع. عند النشر كان كل العتاد، باستثناء بطاقات الواجهات، قد صُنّع واختُبر، وكانت معظم البرمجيات تعمل. أما زمن سبعة إلى ثمانية ميكروثوانٍ لحزمة من 128 بايت فكان تقديراً يجمع قياسات البرمجيات وملاحظات تصحيح العتاد والمحاكاة؛ لم تكن الواجهات الخارجية ولا كل التوقيت الداخلي متاحة. وصف الجهاز بأنه مكتمل يمحو بالضبط ما يجعل الإيصال مفيداً: الفرق بين المقاس والمستنتج وغير المنجز.

أظهر الفريق أن فحص كل رأس IP بسرعة عالية ممكن في ذلك التصميم، وأن الموجّه لم يصبح أثراً من الماضي. لكنه لم يثبت أن كل جدول أو نمط حزم أو عطل أو سرعة مستقبلية سيتصرف بالطريقة نفسها. كما لم يكن عملاً فردياً؛ تسجل الورقة قائمة طويلة من المؤلفين، مع تحديد دور Partridge قائداً تقنياً.

سيرة مكتوبة بالمقامات لا بالشعارات

ينسب Internet Hall of Fame إلى Craig Partridge تصميم توجيه البريد بأسماء النطاق، والمساهمة في anycast وتوقيت TCP، وقيادة أول فريق لموجّه متعدد الغيغابت. وتدرجه Colorado State University اليوم أستاذاً يهتم بحثه بنقل البتات والحزم والكتل والملفات بين الآلات. أهمية هذا الاتساع أنه يكشف أن ورقة 1989 لم تكن دفاعاً عن صندوق واحد. كانت طريقة لمنع خطأ في تصنيف المشكلة.

يصبح المعدل حزمًا في الثانية. وتصبح الحزمة تعليمات وعبوراً للذاكرة. ويصبح المسار البعيد بايتات في الرحلة. ويصبح الاتصال عدد جولات قبل العمل المفيد. ويصبح النموذج الأولي سجلاً لما صُنّع وقيس وقُدّر وما زال غائباً.

هنا يلتقي البرهان بأولوية الشفرة العاملة. قد تفضل مؤسسة أو شركة أو هيئة معايير معمارية جديدة. لا تتحول الرغبة إلى ضرورة بمجرد إرفاق مقياس مخيف بها. على من يطلب من الآخرين التخلي عن التوافق أو رأس المال أو السيطرة التشغيلية أن يعرض المسار التنفيذي الذي يفشل، وأن يحفظ القياسات التي تجعل الفشل قابلاً للاختبار. لم يقل Partridge إن الإنترنت تتوسع بلا نهاية؛ بل منع رقماً واحداً من اتخاذ القرار نيابة عن الدليل.

المصادر