Internet Reborn

Om du är som de flesta cybermedborgare använder du Internet för e-post, webbsökning, chatta med vänner, nedladdning av musik och köpa böcker och presenter. Mer än 600 miljoner människor använder dessa tjänster över hela världen - mycket mer än någon kunde ha förutspått på 1970-talet, när Internets nyckelkomponenter skapades. Uppskattningsvis 3,9 biljoner dollar i affärstransaktioner kommer att ske över Internet 2003, och mediets räckvidd blir alltmer global: häpnadsväckande 24 procent av brasilianerna, 30 procent av kineserna och 72 procent av amerikanerna går nu online minst en gång i månaden.

Ändå, trots dess enorma inverkan, är dagens internet som en Buick från 1973 utrustad med krockkuddar och utsläppskontroller. Dess årtionden gamla infrastruktur har riggats ut med webben och allt det möjliggör (som e-handel), plus teknologier som strömmande media, peer-to-peer fildelning och videokonferenser; men det är fortfarande en 1973 Buick. Nu arbetar en gräsrotsgrupp på nästan 100 ledande datavetare, med stöd av tunga industriella sponsorer, på att ersätta den med en ny, mycket smartare modell.

Den här historien var en del av vårt oktobernummer 2003

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Projektet heter PlanetLab, och inom de närmaste tre åren, säger forskare, kommer det att bidra till att vitalisera Internet och så småningom göra det möjligt för dig att

* glöm bort att dra runt din bärbara dator. Oavsett var du går kommer du omedelbart att kunna återskapa hela din privata datorarbetsyta, program för program och dokument för dokument, på vilken Internetterminal som helst;

* undkomma störningar som orsakats av internetmaskar och virus - som orsakade i genomsnitt 81 000 USD i reparationskostnader per företag och incident 2002 - eftersom nätverket självt kommer att upptäcka och krossa falska datapaket innan de får en chans att spridas till ditt kontor eller hem ;

* Hämta omedelbart video och andra bandbreddshämmande data, oavsett hur många andra användare som konkurrerar om samma resurser;

* arkivera dina skattedeklarationer, digitala fotografier, familjevideor och alla dina andra data över själva Internet, säkert och oförstörbart, i decennier, vilket gör att hårddiskar och inspelningsbara CD-skivor verkar lika pittoreska som 78 RPM-skivor.

Dessa förutspådda PlanetLab-innovationer – med potential att revolutionera hemdatorer, e-handel och företagsinformationsteknik – kan inte införlivas i det befintliga nätet; det skulle vara för störande. Istället bygger PlanetLab-forskarna, som kommer från Princeton, MIT, University of California, Berkeley och mer än 50 andra institutioner, sitt nätverk ovanpå Internet. Men deras nya maskiner, så kallade smarta noder, kommer att avsevärt öka dess processorkraft och datalagringskapacitet, en idé som snabbt har fått stöd från National Science Foundation och branschaktörer som Intel, Hewlett-Packard och Google.

Sedan starten i mars 2002 har PlanetLab länkat samman 175 smarta noder på 79 platser i 13 länder, med planer på att nå 1 000 noder år 2006. Det är den senaste och hetaste av flera storskaliga forskningsinsatser som har försökt ta itu med Internets begränsningar ( ser Internets återuppfinningar ). Internet har nått en platå när det gäller vad det kan göra, säger Larry Peterson, en datavetare i Princeton och ledaren för arbetet. Det rätta att göra är att börja om på en annan nivå. Det är tanken bakom PlanetLab.

Nätverket Är datorn, äntligen

Liksom många revolutioner är PlanetLab baserad på en häpnadsväckande enkel idé som har funnits länge, framför allt avancerad av Sun Microsystems: flytta data och beräkningar från stationära datorer och enskilda stordatorer till själva nätverket.

Men detta kan inte göras med dagens Internet, som består av grundläggande maskiner, kallade routrar, som följer 1970-talets procedurer för att bryta e-postbilagor, webbsidor och andra elektroniska filer till individuellt adresserade paket och vidarebefordra dem till andra maskiner. Utöver den här funktionen är routrarna dumma och oflexibla: de var inte designade för att hantera den beräkningsnivå som behövs för att till exempel känna igen och svara på virusattacker eller flaskhalsar någon annanstans i nätverket.

PlanetLabs smarta noder, å andra sidan, är standarddatorer som kan köra anpassad programvara som laddas upp av användare. Kopior av ett enda program kan köras samtidigt på många noder runt om i världen. Varje nod är ansluten direkt till en traditionell router, så att den kan utbyta data med andra noder över det befintliga nätet. (Av den anledningen kallar datavetare PlanetLab för ett överlagringsnätverk.) För att hantera allt detta kör varje nod programvara som delar upp maskinens resurser – som hårddiskutrymme och processorkraft – bland PlanetLabs många användare ( se Planetary Pie nedan ). Om Internet är ett globalt, elektroniskt nervsystem, så ger PlanetLab det äntligen hjärnor.

Utdelningen borde vara enorm. Smartare nätverk kommer att främja en ny generation av distribuerade program som förebygger trafikstockningar, sprider ut kritisk data och håller Internet säkert, även om de gör datorkommunikation snabbare och mer tillförlitlig i allmänhet. Genom att utöka nätverket så snabbt som möjligt, säger Peterson, hoppas PlanetLab-forskarna kunna återställa känslan av risktagande och experimenterande som styrde Internets tidiga dagar. Men Peterson medger att framsteg inte kommer att vara lätt. Hur får man ut en innovativ tjänst på tusen maskiner och testar den?

Det hjälper att nätverket inte längre bara är en forskningssandlåda, som det ursprungliga Internet var under dess utveckling; istället är det en plats för att distribuera tjänster som alla programmerare kan använda och hjälpa till att förbättra. Och en av Internets ursprungliga arkitekter ser detta som en oerhört spännande egenskap. Det är 2003, 30 år efter att Internet uppfanns, säger Vinton Cerf, som medutvecklade Internets grundläggande kommunikationsprotokoll som forskare vid Stanford University i början av 1970-talet och nu är senior vice president för arkitektur och teknologi vid MCI. Vi har miljontals människor där ute som är intresserade av och kapabla att göra experimentell utveckling. Vilket betyder att det inte borde ta lång tid att ersätta den där Buicken.

Betande maskar

Akilleshälen för dagens internet är att det är ett system byggt på förtroende. Designat i nätet är antagandet att användare vid nätverkets slutpunkter känner till och litar på varandra; trots allt var det tidiga Internet ett verktyg främst för några hundra forskare från myndigheter och universitet. Den levererar paket oavsett om de är legitima eller den elektroniska motsvarigheten till brevbomber. Nu när Internet har exploderat in i den kulturella huvudströmmen är det antagandet uppenbart föråldrat: resultatet är en ström av maskar, virus och oavsiktliga fel som kan överfalla till ekonomiskt förödande avmattningar och störningar på Internet.

Ta Code Red Internet-masken, som dök upp den 12 juli 2001. Den spred sig snabbt till 360 000 maskiner runt om i världen och kapade dem i ett försök att översvämma Vita husets webbplats med meningslös data - en så kallad denial-of-service attack som stryper legitim kommunikation. Att städa upp de infekterade maskinerna tog systemadministratörer månader och kostade företag mer än 2,6 miljarder dollar, enligt Computer Economics, en oberoende forskningsorganisation i Carlsbad, Kalifornien.

Tack vare ett PlanetLab-projekt, Netbait, kan den typen av scenario bli ett minne blott. Maskiner infekterade med Code Red och andra maskar och virus skickar ofta ut sondpaket när de söker efter mer oskyddade system att infektera. Dumma routrar passerar dessa paket, och ingen är klokare förrän den verkliga invasionen anländer och lokala system börjar stängas av. Men i teorin kan rätt program som körs på smarta routrar fånga upp sonderna, registrera var de kommer ifrån och hjälpa administratörer att spåra och kanske förebygga en nätverksomfattande infektion. Det är precis vad Netbait, utvecklat av forskare vid Intel och UC Berkeley, är designat för att göra.

I våras visade programmet hur det kan kartlägga en spridande epidemi. Brent Chun, Netbaits författare, är en av flera seniora forskare som tilldelats PlanetLab av Intel, som hjälpte till att lansera nätverket genom att donera hårdvaran till sina första 100 noder. Chun körde Netbait på 90 noder i flera månader tidigare i år. I mitten av mars upptäckte den en sexfaldig ökning i Code Red-sonder, från cirka 200 sonder per dag till mer än 1 200 - en känslighetsnivå långt utöver den för en ensam, standardrouter. Data som samlats in av Netbait visade att en variant av Code Red hade börjat förskjuta sin äldre kusin.

Det visade sig att det var lite hot. Varianten visade sig inte vara mer elakartad än sin föregångare, för vilken botemedel nu är välkända. Men den större poängen hade gjorts. Utan en global plattform som PlanetLab som utsiktspunkt kunde spridningen av en ny Code Red-stam ha gått oupptäckt förrän långt senare, när administratörerna av lokala system jämförde anteckningar. Då skulle alla åtgärder som krävdes ha varit mycket dyrare.

Netbait innebär att vi kan upptäcka mönster och varna de lokala systemadministratörerna om att vissa maskiner är infekterade på deras plats, säger Peterson. Det är något som folk inte hade tänkt på tidigare. Genom att utfärda varningar så snart det upptäcker sondpaket kan Netbait till och med fungera som ett tidig varningssystem för hela Internet.

Netbait kan vara igång på heltid på PlanetLab vid årets slut, enligt Chun. Förutsatt att folk anser att tjänsten är användbar kommer den så småningom att hamna på radarn hos människor på olika företag, säger han. Det skulle då vara enkelt, säger Chun, att erbjuda kommersiella internetleverantörer abonnemang på Netbait, eller att licensiera programvaran till företag med egen planetomfattande datorinfrastruktur, som IBM, Intel eller Akamai.

Trafikledare

Precis som Internets arkitekter inte förutsåg behovet av att försvara sig mot arméer av hackare, förutsåg de aldrig blixtmassor. Dessa är mängder av användare som besöker en webbplats samtidigt och överbelastas nätverket, webbplatsens server eller båda. (Den mest kända flashpubliken, kanske, bildades under en Victoria's Secret-webbsändning från Victoria's Secret underkläder under Super Bowl. Inom några timmar gjorde tittarna 1,5 miljoner förfrågningar till företagets servrar. De flesta kom aldrig igenom.) Sådana evenemang - eller deras mer illvilliga kusiner, denial-of-service-attacker-kan slå ut webbplatser som inte är skyddade av ett nätverk som Akamais, som cachar kopior av kunders webbplatser på sina egna, vitt utspridda privata servrar. Men frågan är hur många kopior man ska göra. För få, och överbelastningen kvarstår; för många, och servrarna är kvävda av överskottskopior. En lösning, som beskrivs i tidningar publicerade 1999 av forskarna som fortsatte med att grunda Akamai, är helt enkelt att sätta ett fast nummer.

Inom en inte alltför avlägsen framtid kommer PlanetLab-noder att justera antalet cachade kopior i farten. Så här fungerar det. Varje nod ägnar en del av sin processortid och minne till ett program designat av Vivek Pai, en kollega till Petersons på datavetenskapsavdelningen på Princeton. Programvaran övervakar förfrågningar om sidnedladdningar och, om den upptäcker att en sida är mycket efterfrågad, kopierar den till nodens hårddisk, som fungerar som minnet i en typisk webbserver. När efterfrågan växer cachar programmet automatiskt sidan på ytterligare noder för att sprida ut belastningen och justerar hela tiden antalet repliker efter sidans popularitet. Pai säger att simuleringar av en denial-of-service-attack på ett PlanetLab-liknande nätverk visade att noder utrustade med Princeton-mjukvaran absorberade dubbelt så många sidförfrågningar innan de misslyckades som de som körde algoritmerna publicerade av Akamais grundare.

Detta nya verktyg, känt som CoDeeN, körs redan på heltid på PlanetLab; vem som helst kan använda den, helt enkelt genom att ändra hans eller hennes webbläsares inställningar för att ansluta till en närliggande PlanetLab-nod. Det är ett pågående arbete, så tjänsten är ännu inte helt tillförlitlig. Men Pai tror att programvaran kan stödja ett nätverk med tusentals noder, och så småningom skapa en gratis offentlig Akamai. Med det här verktyget skulle Internetanvändare kunna få snabbare och mer tillförlitlig åtkomst till vilken webbplats de väljer.

Men att förvisa blixtmassor löser inte i sig internetnedgångar. Annan PlanetLab-programvara försöker attackera ett mer subtilt problem: frånvaron av en anständig motorvägskarta över nätverket. Under åren har Internet vuxit till en ogenomskinlig härva av routrar och ryggradslänkar som ägs av tusentals konkurrerande Internetleverantörer, de flesta av dem privata företag. Paketen går in, de kommer ut och det finns väldigt lite synlighet eller kontroll över vad som händer i mitten, säger Thomas Anderson, datavetare vid University of Washington i Seattle.

En lösning är programvara som kallas Scriptroute. Utvecklat av Anderson och hans kollegor vid University of Washington, är det ett distribuerat program som använder smarta noder för att starta sonder som fläktar ut genom särskilda regioner på Internet och skickar tillbaka data om deras resor. Data kan kombineras till en karta över de aktiva länkarna inom och mellan Internetleverantörers nätverk, tillsammans med mätningar av den tid det tar för paket att passera varje länk. Det är som att ha en flygvy över ett urbant motorvägssystem. Anderson säger att operatörer hos internetleverantörer som AOL och Earthlink, såväl som universitet, kan använda Scriptroutes kartor för att snabbt diagnostisera och reparera nätverksproblem på ett till tre år.

Sea Change

Att hålla data intakt kan vara lika knepigt som att överföra det: fråga alla som har lämnat en personlig digital assistent på ett tåg eller råkade ut för en hårddiskkrasch. Vad som behövs, säger Berkeleys dataforskare John Kubiatowicz, är ett sätt att sprida information så att vi inte behöver bära den fysiskt, men så att den alltid är tillgänglig, osårbar för förlust eller förstörelse och otillgänglig för obehöriga.

Det är den stora visionen bakom OceanStore, ett distribuerat lagringssystem som också testas på PlanetLab. OceanStore krypterar filer - vare sig det är memon eller andra dokument, finansiella dokument eller digitala foton, musik eller videoklipp - och bryter dem sedan i överlappande fragment. Systemet flyttar kontinuerligt fragmenten och replikerar dem på noder runt planeten. Den ursprungliga filen kan rekonstitueras från bara en delmängd av fragmenten, så den är praktiskt taget oförstörbar, även om ett antal lokala noder misslyckas. PlanetLab-noder har för närvarande tillräckligt med minne för att låta några hundra personer lagra sina poster på OceanStore, säger Kubiatowicz. Så småningom skulle miljontals noder krävas för att lagra allas data. Kubiatowiczs mål är att producera programvara som kan hantera 100 biljoner filer, eller 10 000 filer för var och en av 10 miljarder människor.

För att hålla reda på distribuerad data tilldelar OceanStore fragmenten av varje enskild fil sin egen ID-kod - ett mycket långt nummer som kallas Globally Unique Identifier. När en fils ägare vill hämta filen, säger hennes dator till en nod som kör OceanStore att söka efter de närmaste kopiorna av fragment med rätt ID och sätta ihop dem igen.

Sekretess och säkerhet är inbyggd. En ägare som vill hämta en fil måste först presentera en nyckel som har genererats med numera vanliga krypteringsmetoder och lagras i en lösenordsskyddad del av sin persondator. Den här nyckeln innehåller så många siffror att det i princip är omöjligt för andra att gissa den och få obehörig åtkomst. Nyckeln ger tillgång till OceanStore-kataloger som mappar mänskligt läsbara namn (som internet.draft) för att fragmentera ID-koder. ID-koderna används sedan för att söka i OceanStore efter de närmaste kopiorna av de nödvändiga fragmenten, som återmonteras och dekrypteras. Och det finns ytterligare ett lager av skydd: ID-koderna genereras själva från datainnehållet vid den tidpunkt då innehållet sparas med hjälp av en säker kryptografisk funktion. Liksom krypteringsnycklar är koderna så långa (160 binära siffror) att inte ens dagens mest avancerade superdatorer kan gissa eller fejka dem. Så om data som hämtas från OceanStore har ett oförändrat ID, kan ägaren vara säker på att själva data inte har ändrats eller skadats.

Kubiatowicz skulle vilja se OceanStore bli ett verktyg som liknar DSL- eller kabelinternettjänst, där konsumenter betalar en månatlig åtkomstavgift. Säg att du precis kommit tillbaka från en resa och att du har en digitalkamera full med bilder, tipsar han. Ett alternativ är att lägga dessa bilder på din hemdator eller skriva dem till CD-skivor. Ett annat alternativ är att du lägger in dessa bilder i OceanStore. Du kopierar dem bara till en partition på din hårddisk, och data replikeras effektivt på global skala. Det alternativet kan vara tillgängligt inom tre till fem år, förutspår han, men under tiden måste två saker hända. Först måste hans team producera robustare versioner av OceanStore-koden. För det andra måste någon tillhandahålla tillräckligt med noder för att förstora systemet till en användbar skala. Att någon sannolikt är ett privat företag som vill gå in i distribuerad lagring, förutspår Peterson. Jag skulle kunna tänka mig att OceanStore attraherar nästa Hotmail-liknande startup som sin första kund, säger han.

Förutom att tillhandahålla distribuerad, säker lagring, kan OceanStore så småningom göra varje dator till din personliga. På nästa utvecklingsnivå kan den lagra hela din datormiljö - skrivbordet på din PC, plus alla applikationer du kör och alla dokument du har öppna över nätverket och återskapa det på begäran, även om du dyker upp vid en internetterminal halvvägs runt om i världen. Denna förmåga skulle vara användbar för affärsmannen på vägen, för en läkare som plötsligt behöver granska ett diagram eller för en entreprenör som vill justera en ritning hemifrån. Flera företag arbetar för att förverkliga denna vision. Intel kallar det Internet Suspend/Resume, och Sun-forskare testar flera metoder för mobilitet på skrivbordet. Men PlanetLab skulle kunna tillhandahålla infrastrukturen som gör sådan teknik möjlig genom att erbjuda ett sätt att hantera de stora mängder data - kanske tiotals gigabyte - som persondatoranvändare regelbundet kan lita på.

Tvättlista

Sådana idéer kan tyckas radikala. Återigen, för bara ett decennium sedan, gjorde e-handel det också. Frågan är nu vilken stor idé som kommer att utvecklas till Google eller Amazon.com för det nya, smartare Internet. Enligt charter kan PlanetLab inte användas för vinstdrivande företag, men företag kan snart komma från den plattform som det tillhandahåller. Vi vill att det ska vara en plats där du lämnar tjänster på lång sikt, vilket för oss mycket närmare den punkt där någon kommersiell kanske vill adoptera det eller replikera det för vinst, säger Peterson. Det skulle kunna hända om experimenten som körs nu, tillsammans med de metoder som utvecklas för att hålla nätverket fungerande, ger en pålitlig modell för framtida intelligenta nätverk. Vi vet inte var den nästa stora idén kommer ifrån, säger Peterson. Vårt mål är bara att tillhandahålla spelplanen.

PlanetLabs tidiga branschsponsorer, som Intel och Hewlett-Packard, kan vara bland de första att hoppa in. HP Labs i Palo Alto, Kalifornien, till exempel, installerade 30 PlanetLab-noder i juni och planerar att använda nätverket för att testa teknik som snart kan bli produkter. Ett exempel: programvara utvecklad av forskaren Susie Wee som använder ett CoDeeN-liknande distributionsnätverk för att leverera högupplöst strömmande video till mobila enheter. Målet är att undvika slöseri med bandbredd, och Wee's mjukvara skulle göra just det genom att strömma till exempel video från en major-league baseballmatch till en enda lokal nod, och sedan dela upp data i separata strömmar optimerade för skärmupplösningarna för olika tittare. enheter – oavsett om det gäller stationära datorer, trådlösa bärbara datorer, handdatorer eller mobiltelefoner. HP eller dess licenstagare kan lansera en sådan tjänst inom två år, säger Wee. Projekt som det här, säger Rick McGeer, HP Labs vetenskapliga länk till ett antal universitetsinsatser, betyder att PlanetLab inte bara är en stor experimentell testbädd, det är en plats där du kan se det påvisbara värdet av tjänster du inte får på dagens internet.

Internets återuppfinningar

PlanetLab syftar till att förvandla dagens dumma, enkla internetkommunikationssystem till ett smartare och mycket mer flexibelt nätverk som kan avvärja maskar, lagra enorma mängder data med perfekt säkerhet och leverera innehåll direkt. Så här passar det in i en lång tradition av akademiska och statliga forskningsprojekt som utvecklade grundläggande nätverks-, överförings- och distribuerad datorteknik.

1969	ARPANET Det första stora försöket att använda datorer för kommunikation, och testplatsen för de standarder som skulle komma att definiera Internet. Byggt av universitet och teknikföretag med finansiering från det amerikanska försvarsdepartementets Advanced Research Projects Agency (nu DARPA).
1973-1983	Internet Ett nätverk av mindre nätverk där datorer utbyter paket med data formaterade och adresserade enligt respektive Transport Control Protocol och Internet Protocol (TCP/IP), som skapades 1973 och officiellt ersatte ARPANETs protokoll i januari 1983.
1992	MBone Multicast Backbone: ett system som gör att många människor kan se samma realtidsinformation, såsom videosändningar, över Internet. Skapad av medlemmar av Internet Engineering Task Force 1992 för att övervinna begränsningarna hos standard Internetprotokoll, som kan dirigera ett givet datapaket till endast en destination.
nitton nittiosex	Internet2 Ett konsortium av mer än 200 universitet som har skapat Abilene, ett nätverk av högpresterande routrar och fiberoptiska länkar. Abilene kan sända en hel DVD-film på cirka 36 sekunder, så mycket som 3 500 gånger snabbare än en vanlig DSL- eller kabelanslutning för hemmet. Rutnätet En samling offentliga och privata organisationer och projekt som använder programvara utvecklad vid US Department of Energy och University of Southern California för att länka samman spridda superdatorer, vetenskapliga instrument och datalagringsanläggningar till ett rutnät som kan ta sig an svåra beräkningsproblem som screening för nya läkemedelsmolekyler.
2000	Abonnent The Active Network Backbone: ett nätverk byggt för att testa effektiviteten av aktivt nätverk, där nätverket är fråntaget nästan all intelligens - även den grundläggande programvaran för meddelandeförmedling som körs på dagens Internet - och datapaket innehåller all programvara och instruktioner behövde leverera sig till sina destinationer. Finansierat av DARPA och skapat av SRI International, ett privat forskningsinstitut i Menlo Park, CA, och University of Southern California.
2002	PlanetLab En ansträngning från akademiska och företagsnätverksforskare för att utöka, och så småningom ersätta, dagens dumma internet med ett mycket smartare nätverk som kan övervaka sig själv efter maskar och virus, avhjälpa flaskhalsar automatiskt och göra persondatormiljöer portabla till alla terminaler på jorden.

Dölj