Een postduif met een lading microSD-kaarten kan grote hoeveelheden gegevens sneller en goedkoper verzenden dan vrijwel elke andere methode.
Noot van de vertaler: hoewel de originele versie van dit artikel op de website IEEE Spectrum op 1 april verscheen, zijn alle daarin vermelde feiten volkomen waarachtig.
In februari de lancering van de eerste ter wereld microSD-kaart met een capaciteit van 1 terabyte. Deze kaart, net als andere kaarten van dit formaat, is klein, met afmetingen van slechts 15 x 11 x 1 mm, en weegt 250 mg. Ze kan een ongelooflijke hoeveelheid gegevens opslaan in een zeer kleine fysieke ruimte, en je kunt haar kopen voor $550. Ter verduidelijking: de eerste microSD-kaarten van 512 GB verschenen slechts een jaar eerder, in februari 2018.
We zijn zo gewend aan de snelheid van vooruitgang in de computertechnologie dat deze verhogingen in opslagdichtheid vrijwel onopgemerkt blijven en soms slechts een persbericht en een paar blogartikelen waard zijn. Interessanter (en waarschijnlijk met ernstiger gevolgen) is hoe snel onze capaciteiten om gegevens te genereren en op te slaan toenemen in vergelijking met onze mogelijkheden om deze via netwerken te verzenden die toegankelijk zijn voor de meeste mensen.
Dit probleem is niet nieuw, en al tientallen jaren worden verschillende soorten 'hitelnets' gebruikt voor de fysieke transport van gegevens van de ene plaats naar de andere - te voet, per post of met meer exotische methoden. Een van de manieren voor gegevensoverdracht die de afgelopen duizend jaar actief is gebruikt, is via postduiven, die in staat zijn om honderden of zelfs duizenden kilometers af te leggen, terug naar huis te keren en gebruik te maken van navigatietechnieken waarvan de natuur tot op heden nog niet volledig is begrepen. Blijkt dat, in termen van bandbreedte (de hoeveelheid gegevens die over een bepaalde afstand in een bepaalde tijd wordt verzonden), 'PigeonNet' gebaseerd op duiven effectiever blijft dan typische netwerken.
Van de 'IP-datagram transmissiestandaard via luchtvervoerders'
Op 1 april 1990 deed David Weissman een voorstel Request for Comment (RFC) met de titel "«, nu bekend als IPoAC. RFC 1149 beschrijft een ‘experimentele methode voor het encapsuleren van IP-datagrammen in luchtvaartvervoerders’ en heeft al verschillende updates gehad met betrekking tot zowel de kwaliteit van de service als de overgang naar IPv6 (gepubliceerd op 1 april 1999 en 1 april 2011 respectievelijk).
Het verzenden van RFC's op Dag van de Ongelooflijke Grap is een traditie die begon in 1978 met RFC 748, waarin werd voorgesteld dat de telnet-server zou stoppen met willekeurig gegevens te verliezen nadat het commando IAC DONT RANDOMLY-LOSE was verzonden. Best een slim idee, nietwaar? En dit is een van de kenmerken van de ‘April Fools’ RFC, legt hij uit. , die de werkgroep voor netwerken bij CERN leidde van 1985 tot 1996, en voorzitter was van de IETF van 2005 tot 2007, en nu in Nieuw-Zeeland woont. “Het moet technisch haalbaar zijn (d.w.z. de wetten van de fysica niet schenden), en je moet minstens een pagina lezen voordat je begrijpt dat het een grap is,” zegt hij. “En natuurlijk moet het absurd zijn.”
Carpenter, samen met zijn collega Bob Hinden, heeft zelf April Fools' RFC's geschreven waarin ze het beschreven. , in 2011. En zelfs twee decennia na zijn verschijnen is IPoAC nog steeds goed bekend. “Iedereen weet van luchtvaartvervoerders,” zei Carpenter. “Op een dag hadden Bob en ik een gesprek tijdens een IETF-vergadering over de verspreiding van IPv6, en het idee om het toe te voegen aan IPoAC kwam heel natuurlijk op.”
, dat oorspronkelijk IPoAC definieerde, beschrijft vele voordelen van de nieuwe standaard:
Verschillende diensten kunnen worden geleverd door middel van het prioriteren van pikken. Bovendien is er ingebouwde herkenning en vernietiging van wormen. Aangezien IP geen 100% pakketbezorging garandeert, kan men zich verzoenen met het verlies van de vervoerder. Na verloop van tijd herstellen de vervoerders zichzelf. Broadcast is niet gedefinieerd, en een storm kan leiden tot gegevensverlies. Er is een mogelijkheid om herhaalde bezorgpogingen te doen tot de vervoerder valt. Audit trails worden automatisch gegenereerd en zijn vaak te vinden in kabelgoten en op stammen [Engels log betekent zowel ‘stam’ als ‘registreerjournalen’ / noot vert.].
De update inzake het verbeterde kwaliteitsaspect (RFC 2549) voegt verschillende belangrijke details toe:
Multicast wordt wel ondersteund, maar vereist de implementatie van een apparaat voor klonen. Draagvleugelorganismen kunnen verloren gaan als ze zich op een te krappe boom bevinden. Draagvleugelorganismen worden verdeeld over de erfenisstructuur. De gemiddelde TTL van deze organismen bedraagt 15 jaar, waardoor hun gebruik in de zoektocht naar een uitbreidend netwerk beperkt is.
Struisvogels kunnen worden beschouwd als alternatieve draagvleugelorganismen, met veel grotere mogelijkheden voor het verzenden van grote hoeveelheden informatie, maar met een tragere levering die bruggen tussen verschillende gebieden vereist.
Voor aanvullende informatie over de kwaliteit van de service, kunt u het .
van Carpenter, waarin IPv6 voor IPoAC wordt beschreven, onder andere die potentiële moeilijkheden met de routering van pakketten noemt:
Het passeren van draagvleugelorganismen over het gebied van soortgelijke draagvleugelorganismen, zonder dat er overeenkomsten voor gelijke informatie-uitwisseling zijn, kan leiden tot een abrupte wijziging van de route, het vastlopen van pakketten en een onregelmatige levering. Het passeren van draagvleugelorganismen over het gebied van roofdieren kan leiden tot aanzienlijk pakketverlies. Het is raadzaam om deze factoren in overweging te nemen bij de algoritmeontwikkeling voor routeringstabellen. Degene die deze routes implementeert, moet, om een betrouwbare levering te garanderen, overwegen om routering op basis van beleid toe te passen, waarbij gebieden met een overmaat aan lokale en roofdieren worden omzeild.
Er zijn aanwijzingen dat sommige draagvleugelorganismen de neiging hebben om andere draagvleugelorganismen te consumeren en de gegeten bruikbare lading verder te vervoeren. Dit kan een nieuwe methode zijn voor het tunnelen van IPv4-pakketten in IPv6-pakketten, of vice versa.
De IPoAC-standaard werd in 1990 voorgesteld, maar berichten verzonden met postduiven duurden aanzienlijk langer: de foto toont het verzenden van een postduif in Zwitserland, tussen 1914 en 1918.
Het is logisch om van een standaard, waarvan het concept al in 1990 werd bedacht, te verwachten dat het oorspronkelijke formaat voor gegevensoverdracht via het IPoAC-protocol verband hield met het afdrukken van hexadecimale symbolen op papier. Sindsdien is er veel veranderd en is het volume aan gegevens dat binnen de gestelde fysieke ruimte en gewicht past, ongelooflijk toegenomen, terwijl de nuttige lading van een enkele postduif gelijk is gebleven. Duiven kunnen een nuttige lading dragen die een aanzienlijk percentage van hun lichaamsgewicht vertegenwoordigt – een gemiddelde postduif weegt ongeveer 500 gram en in het begin van de 20e eeuw konden ze 75-gram fotocamera's voor verkenning op vijandelijk grondgebied dragen.
We spraken met , een duivenracefan uit Maryland, en hij bevestigde dat duiven zonder moeite tot 75 gram (en misschien zelfs iets meer) kunnen dragen «gedurende de dag over elke afstand». Hierbij kunnen ze een aanzienlijke afstand afleggen – het wereldrecord voor een postduif wordt gehouden door een onverschrokken vogel die van Arras in Frankrijk naar huis in Ho Chi Minh in Vietnam vloog, over een afstand van 11.500 km in 24 dagen. De meeste postduiven kunnen natuurlijk niet zo ver vliegen. De typische lengte van een langdurige race, volgens Lesofski, is ongeveer 1000 km, en de vogels leggen deze afstand af met een gemiddelde snelheid van ongeveer 70 km/u. Op kortere afstanden kunnen sprinters snelheden tot 177 km/u bereiken.
Gecombineerd kan worden gesteld dat als we een postduif tot zijn maximale draagcapaciteit van 75 gram zouden beladen met microSD-kaarten van 1 TB, waarvan elke kaart 250 mg weegt, de duif 300 TB aan gegevens zou kunnen dragen. Bij het vliegen van San Francisco naar New York (4130 km) met de maximale sprint snelheid, zou hij een gegevensoverdrachtsnelheid van 12 TB/uur, of 28 Gbit/s bereiken, wat meerdere orden van grootte boven de meeste internetverbindingen ligt. In de VS bijvoorbeeld, wordt de snelste gemiddelde downloadsnelheid waargenomen in Kansas City, waar gegevens via Google Fiber met een snelheid van 127 Mbit/s worden verzonden. Bij die snelheid zou het 240 dagen duren om 300 TB te downloaden – en in die tijd zou onze duif de aarde 25 keer hebben rondgevlogen.
Laten we aannemen dat dit voorbeeld niet heel realistisch lijkt, omdat het over een superduif praat. Laten we de snelheid verlagen naar een gemiddelde van 70 km/u en de duif belasten met de helft van de maximale lading in terabyte geheugenkaarten – dat is 37,5 gram. Zelfs als we deze manier vergelijken met een zeer snelle gigabitverbinding, wint de duif. De duif kan meer dan de helft van de aardbol rondvliegen in de tijd dat onze bestandsoverdracht is afgerond, wat betekent dat het inderdaad sneller is om gegevens per duif te verzenden naar elke locatie op aarde dan om het via internet te uploaden.
Natuurlijk is deze vergelijking puur op basis van bandbreedte. We houden geen rekening met de tijd en inspanning die nodig zijn om gegevens op microSD-kaartjes te kopiëren, ze in de duif te laden en de gegevens te lezen wanneer de vogel op de bestemming aankomt. De vertragingen zijn duidelijk hoog, dus iets anders dan een eenzijdige overdracht zou onpraktisch zijn. De grootste beperking is dat de postduif slechts in één richting en naar één bestemming vliegt, dus je kunt je verzenddoel niet kiezen. Daarnaast moet je de duiven naar de plaats brengen waarvandaan je ze wilt verzenden, wat ook hun praktische nut beperkt.
Toch blijft het feit dat zelfs bij realistische schattingen van de bruikbare lading en snelheid van de duif, evenals de internetverbinding, het moeilijk is om de pure bandbreedte van de duif te overtreffen.
Met dit alles in gedachten, is het vermeldenswaard dat het verzenden van gegevens met duiven in de echte wereld is getest en dat ze het behoorlijk goed hebben gedaan. Een groep gebruikers van Bergen Linux uit Noorwegen heeft in 2001 , waarbij elke duif één ping over een afstand van 5 km verzond:
Een ping werd verzonden omstreeks 12:15. We besloten een interval van 7,5 minuten tussen de pakketten aan te houden, wat idealiter zou leiden tot een paar pakketten die onbeantwoord zouden blijven. Echter, het liep niet helemaal zoals gepland. Een zwerm duiven vloog boven het huis van onze buurman. Onze duiven wilden niet rechtstreeks naar huis vliegen; ze wilden eerst met de andere duiven rondvliegen. En wie kan ze dat kwalijk nemen, gezien de zon voor het eerst weer scheen na enkele bewolkte dagen?
Toch wonnen hun instincten, en we zagen hoe een paar duiven, na ongeveer een uur gespeeld te hebben, zich van de zwerm afscheidden en in de juiste richting vlogen. We juichten. En het waren echt onze duiven, want kort daarna ontvingen we een rapport van een andere plek dat de duif op het dak was geland.
Eindelijk arriveerde de eerste duif. Het gegevenspakket was netjes van zijn poot gehaald, uitgepakt en gescand. Na een handmatige OCR-controle en het corrigeren van een paar fouten, werd het pakket als geldig geaccepteerd en ging ons gejuich verder.
Voor werkelijk grote hoeveelheden gegevens (zodat het aantal duiven moeilijk te onderhouden is), is het nog steeds nodig om fysieke methoden voor verzending te gebruiken. Amazon biedt een dienst aan – een 45-voets transportcontainer op een vrachtwagen. Eén Snowmobile kan tot 100 PB (100.000 TB) gegevens vervoeren. Het zal niet zo snel bewegen als een equivalente zwerm van enkele honderden duiven, maar het is makkelijker om ermee te werken.
De meeste mensen zijn blijkbaar tevreden met de extreem langzame uploads, en ze zijn niet erg geïnteresseerd in investeringen in hun eigen postduiven. Dit vereist inderdaad veel werk, zegt Drew Lesofski, en de duiven gedragen zich doorgaans niet als datapunten:
GPS-technologie helpt steeds meer de liefhebbers van duivenraces, en we krijgen een beter inzicht in hoe onze duiven vliegen en waarom sommige sneller zijn dan anderen. De kortste lijn tussen twee punten is een rechte lijn, maar duiven vliegen zelden in een rechte lijn. Ze tekenen vaak zigzaggen, terwijl ze ongeveer in de juiste richting vliegen, om vervolgens hun koers te corrigeren vlak voor hun bestemming. Sommige zijn fysiek sterker en vliegen sneller, maar een duif die beter kan navigeren, gezond is en fysiek getraind, kan een snelvliegende duif met een slechte kompas overtreffen.
Lesofski vertrouwt genoeg op duiven als gegevensdragers: "Ik zou met veel vertrouwen informatie met mijn duiven verzenden", zegt hij, terwijl hij zorg draagt voor foutcorrectie. "Ik zou er minstens drie tegelijk loslaten, om te verzekeren dat zelfs als één een slechte kompas heeft, de andere twee dat beter hebben, en uiteindelijk de snelheid van alle drie hoger zou zijn."
Problemen met de implementatie van IPoAC en de toegenomen betrouwbaarheid van relatief snelle (en vaak draadloze) netwerken betekenen dat het merendeel van de diensten dat afhankelijk was van duiven (en dat waren er veel) in de afgelopen decennia zijn overgestapt op meer traditionele methoden van gegevensoverdracht.
Door alle voorbereidingen die nodig zijn voor het opzetten van een gegevensoverdrachtsysteem met duiven, die vergelijkbaar zijn met alternatieven (zoals drones met vaste vleugels), kunnen deze levensvatbaarder worden. Echter, duiven hebben nog steeds enkele voordelen: ze zijn goed schaalbaar, werken voor een schijntje, zijn betrouwbaarder, hebben een zeer complexe obstakelontwijkingssystemen op zowel software- als hardware-niveau en kunnen zichzelf opladen.
Hoe zal dit de toekomst van de IPoAC-standaard beïnvloeden? De standaard bestaat, is voor iedereen toegankelijk, ook al is het een beetje absurd. We vroegen Bryan Carpenter of hij nog updates voor de standaard in de maak heeft, en hij vertelde dat hij nadenkt of duiven qubits kunnen transporteren. Maar zelfs als IPoAC een beetje ingewikkeld (en een beetje dom) is voor jouw specifieke gegevensoverdrachtsbehoeften, zullen alternatieve communicatienetwerken in de nabije toekomst nodig blijven, terwijl onze capaciteit om enorme hoeveelheden gegevens te genereren sneller blijft groeien dan onze mogelijkheden om ze over te dragen.
Dank aan gebruiker AyrA_ch voor de informatie die hij heeft gedeeld met zijn , en voor de handige , die helpt berekenen hoezeer duiven eigenlijk andere gegevensoverdrachtsmethoden overtreffen.
Bron: habr.com
