Организация сетевого взаимодействия в сфере образования и науки на основе модели пиринговых сетей (P2P)

Развитие всемирной сети Интернет повлекло за собой перемены практически во всех ключевых областях человеческой деятельности, включая науку, образование, бизнес и др. Новые идеи, возникшие в последние годы, способны перевести глобальную сеть на более высокую ступень развития, нежели просто обмен файлами и электронной почтой.

Одной из ярких идей по развитию Интернета, кстати говоря, доказавшей право на жизнь на практике, является уход от классических простых схем «клиент-сервер» и переход к распределённой модели с равноправными узлами без явно выделенного сервера (Multiagent Peer-to-Peer Distributed Model). Предпосылкой к такому переходу послужило повсеместное внедрение высокоскоростных схем доступа пользователей в Интернет, например, таких как xDSL, а также значительные успехи производителей компьютеров, вычислительная мощность и объёмы дискового пространства которых уже сегодня достигли величин, соизмеримых с характеристиками вчерашних серверов. При таких характеристиках компьютеры пользователей Интернет могут безболезненно совмещать роли клиента и сервера одновременно, генерируя сами и обрабатывая запросы от других клиентов.

При использовании такой модели вместо терминов «клиент» или «сервер» более уместным является использование термина «узел». В настоящее время для таких сетей используются также термины «точка-точка», «пиринговые сети» (от англ. peer), P2P (Peer-to-Peer).

Главным преимуществом пиринговых сетей является консолидация ресурсов значительного количества узлов (в современных файлообменных сетях, построенных по этому принципу – до сотен миллионов), что превышает возможности даже самых дорогостоящих серверных систем. Кроме того, работа всей сети в целом не зависит от отдельно взятого узла, а его выход из строя приводит к автоматическому перераспределению нагрузки и его замещению другим узлом.

Среди существующих реализаций пиринговых сетей можно выделить множество действующих файлообменных систем типа eDonkey, Gnutella, KAD и др. Все они используют принцип совмещения ролей клиента и сервера каждым участником сети и снискали огромную популярность среди пользователей. В пользу данного подхода свидетельствуют также попытки многих производителей программного обеспечения интегрировать в свои продукты соответствующие протоколы и программные модули. Кроме того, в некоторых странах запущены проекты перехода правительственных структур на подобные технологии, например, Государственный Департамент США реорганизовал свои сети по принципу пиринговых моделей.

В рамках участия коллектива кафедры физики и прикладной математики Владимирского государственного университета в ряде научно-исследовательских проектов выполнена разработка модели универсальной самоорганизующейся информационной среды с децентрализованным управлением, а также создан и усовершенствован ряд алгоритмов для её функционирования. Модель строится по принципу пиринговой сети и предполагает отсутствие координирующих работу всей системы выделенных узлов/серверов.

Архитектура информационной сети декларирует следующие базовые принципы взаимодействия участников:

– все участники сетевого взаимодействия равноправны и могут выполнять как роль клиента, так и сервера;

– в сети используется собственная, абстрагированная от используемых протоколов транспорта, адресация узлов;

– алгоритм сетевого взаимодействия не требует наличия в сети выделенных узлов с сервисами для поддержания инфраструктуры, т.е. сеть наделена способностью самоорганизации;

– каждый узел сети может одновременно использовать сервисы других узлов и предоставлять собственные сервисы;

– каждый узел способен выполнять маршрутизацию сообщений от других узлов;

– сеть продолжает функционировать, если в ней остаётся минимум два работоспособных узла, а сбой отдельно взятого узла не приводит к прекращению работы сервисов;

– узлы могут объединяться в группы с целью консолидации ресурсов для обработки информации или совместного предоставления сервисов;

– все узлы построены по принципу открытой архитектуры, а их функциональность может легко расширяться путём добавления новых модулей.

Принцип открытой архитектуры гарантирует также, что каждый пользователь должен только установить на своём компьютере однотипный программный модуль, после чего он сразу становится полноправным участником сетевого взаимодействия.
Алгоритм сетевого взаимодействия предполагает наличие средств анонсирования сервисов и поиска информации, результаты которого воспринимаемы не только человеком, но и машиной. Для достижения этой цели используются технологии группы Semantic Web, в частности, Resource Description Framework (RDF) и Ontology Web Language (OWL). Использование технологий данного ряда позволяет не только построить гибкую и эффективную систему анонсирования и поиска сегодня, но и предполагает создание автоматических поисковых алгоритмов с возможностью семантического поиска уже в ближайшей перспективе.

В настоящее время создан действующий прототип системы, которая позволяет обеспечить совместное использование информационных ресурсов с возможностью распределённого поиска информации. Результаты тестирования продемонстрировали жизнеспособность разработанных алгоритмов самоорганизации сети и распределённого поиска информации.

С.В. Рощин