Протокол TCP ведет происхождение… из муравейника

Профессор биологии в Стэнфорде Дебора Гордон (Deborah Gordon) и ее коллега по университету, профессор компьютерных наук Баладжи Прабхакар (Balaji Prabhakar) считают, что Интернет мог бы появиться гораздо быстрее, если бы его создатели присмотрелись к поведению муравьев.

В мире насчитывается 11 тыс. разновидностей этих насекомых. С компьютерной точки зрения они представляют собой устройства с ограниченными возможностями, в ходе эволюции развившие методики коллективного выполнения сложных действий.

Наблюдая за колонией муравьев в Аризоне, Гордон обратила внимание на определенную закономерность в отсылке за пределы муравейника особей, заготавливающих припасы. Она привлекла к своим исследованиям профессора Прабхакара, в результате чего выяснилось, что используемый насекомыми алгоритм идентичен протоколу Transmission Control Protocol (TCP).

Этот протокол регулирует скорость передачи данных по Сети, подстраивая ее к фактической полосе пропускания канала. Именно он позволил прародителю Веб разрастись от нескольких узлов до нескольких миллиардов страниц, доступных сегодня. Алгоритм TCP весьма прост: источник пересылает файл, разбитый на множество пакетов. При прибытии каждого пакета в пункт назначения оттуда отправляется подтверждение приема. Если частота прихода подтверждений меньше, чем частота отправки пакетов, это означает, что пропускной способности сети недостаточно, и в этом случае скорость передачи данных уменьшается.

Найдя богатый источник пищи муравьи-заготовители начинают чаще возвращаться с грузом в гнездо, в ответ на что возрастает количество высланных оттуда насекомых. Когда они начинают приходить «порожняком», показывая, что источник исчерпался, фуражиры отряжаются на поиски реже. Таким образом, активность поиска пищи регулируется наличием последней.

Ученые выявили в функционировании муравейника и две другие составные части TCP:

• Фаза медленного старта: в начале передачи отсылается волна пакетов для тестирования пропускной способности сети – муравьи отсылают на заготовки продуктов пробную партию, по мере возвращения которой устанавливается оптимальная частота выхода фуражиров.
• Тайм-аут (превышение периода ожидания) – останов передачи пакетов при обрыве линии или ином прерывании связи. Соответственно, если муравьи не возвращаются в гнездо на протяжении более 20 минут, отсылка новых партий заготовителей приостанавливается.

Гордон считает, что дальнейшее изучение поведения колоний муравьев может натолкнуть на идеи усовершенствования современных сетевых приложений. «Муравьиные алгоритмы по природе своей являются простыми, распределенными и масштабируемыми – те качества, которые требуются при конструировании крупных распределенных систем», – отмечает она.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI