Les utilisateurs d’Internet n’ont pas besoin de penser à ses fondements physiques

jen 1973 Bob Metcalfe, chercheur pour Xerox au Palo Alto Research Center, a aidé à imaginer un moyen permettant aux ordinateurs de l’entreprise de s’envoyer des informations via des câbles coaxiaux. Il a appelé ce concept Ethernet, d’après le support par lequel, dans la physique du XIXe siècle, on pensait que les forces électromagnétiques étaient transmises. Ethernet deviendrait la pierre angulaire d’Internet.

Malgré son rôle dans ses fondations, le Dr Metcalfe a ensuite douté de la robustesse d’Internet alors qu’il devenait un phénomène mondial. Fin 1995, il a remarqué qu’un quart du trafic Internet se perdait en cours de route et que le système ne semblait pas bien réagir à ce volume de perte. Il a prédit que l’ensemble deviendrait une supernova spectaculaire et, en 1996, s’effondrerait de manière catastrophique. L’effondrement ne s’est jamais produit et le Dr Metcalfe a littéralement mangé ses paroles. Lors d’une conférence en Californie, il a imprimé sa prédiction, l’a réduite en purée dans un mixeur et l’a aspirée avec une cuillère. J’ai appris ma leçon, dit maintenant le Dr Metcalfe. Internet est plus robuste que je ne l’avais estimé.

En plus de 40 ans d’existence, Internet dans son ensemble n’a jamais complètement cessé de fonctionner. Certaines parties se cassent tout le temps, mais la résilience a été intégrée à Internet dès le premier jour. Il s’agit d’un réseau décentralisé et distribué de milliards d’ordinateurs et de milliards de routeurs, reliés les uns aux autres par peut-être des milliards de kilomètres de câbles. Le réseau fonctionne de manière transparente pour les utilisateurs finaux grâce aux couches de logiciels situées au-dessus de ce matériel qui gèrent la manière dont les ordinateurs communiquent, en intégrant plusieurs redondances et en ne laissant aucun point de défaillance unique. Ce pouvoir d’abstraction – la capacité de créer, de transmettre et de consommer des artefacts numériques sans avoir besoin de penser aux réalités physiques qui se cachent derrière – est la sauce secrète d’Internet. Et bien sûr, de toute l’informatique.

L’abstraction est également la clé de la raison pour laquelle la prédiction du Dr Metcalfe s’est avérée fausse. Pour comprendre pourquoi, il faut comprendre la structure en couches d’Internet. Certains ingénieurs considèrent Internet comme comportant cinq couches (bien que d’autres disent qu’il y en a quatre ou sept selon que certaines fonctions disposent de leurs propres couches). En bas se trouve la couche la plus physique, où les photons et les signaux électriques passent d’un serveur à l’autre via des routeurs et des câbles. Juste au-dessus des câbles se trouvent des protocoles de réseau local comme Ethernet, contribution du Dr Metcalfes, qui permettent aux ordinateurs et autres appareils proches les uns des autres d’interpréter ce trafic comme des groupes de uns et de zéros.

Il y a tellement de couches à ça

Au-dessus des câbles et des protocoles de réseau local se trouvent deux couches de communication, le protocole de contrôle de transmission et le protocole Internet (TCP/IP), qui permettent aux ordinateurs d’interpréter les messages comme des paquets : de courtes chaînes de données avec une balise à une extrémité qui décrit leur destination. TCP/IP interagit avec Ethernet mais n’a pas besoin de connaître les câbles tout en bas. Assis au-dessus TCP/IP est la couche d’application du logiciel et du langage que les utilisateurs commenceront à trouver plus familiers, comme http (comme on le voit sur le World Wide Web). Cela permet aux éléments Web d’interagir avec TCP/IP sans vous soucier de l’Ethernet, des câbles, etc.

Ces niveaux d’abstraction ont rendu Internet flexible et lui ont permis d’évoluer au-delà de ce que beaucoup, dont le Dr Metcalfe, imaginaient. Chaque couche intermédiaire est conçue pour gérer les perturbations en dessous et pour présenter une image nette au dessus. Un système à plusieurs niveaux bien conçu comme Internet atténue le chaos causé par les erreurs, plutôt que de devenir incontrôlable. Et cela ne faisait pas de mal que, pendant tout ce temps, les fondations physiques elles-mêmes se renforçaient. La fibre optique est devenue de plus en plus disponible tout au long des années 1990, ce qui a augmenté la bande passante pour envoyer plus de paquets plus rapidement et en perdre moins. Le problème qui préoccupait le Dr Metcalfe a été résolu sans que le reste d’Internet ne s’en aperçoive vraiment. Et à mesure que les applications devenaient de plus en plus gourmandes en données, la plomberie située en dessous a continué à résister admirablement.

Pour prendre un exemple, Internet a été initialement conçu pour transmettre du texte, un ensemble restreint de 128 caractères différents, à un débit de 50 kilobits par seconde. Désormais, la vidéo représente plus de 65 % du trafic, voyageant à des centaines de mégabits par seconde, sans encombrer les tuyaux. Modification des protocoles Web de http au plus sûr https n’a pas affecté les couches inférieures. À mesure que le fil de cuivre est transformé en câble à fibre optique, les applications ne doivent pas changer. L’adaptabilité apparemment illimitée d’Internet a été rendue possible par ces couches d’abstraction entre l’utilisateur et les câbles.

Mais le Dr Metcalfe n’avait pas entièrement tort. Les avantages de l’abstraction sont encore finalement limités par l’infrastructure. À ses débuts, Google a réussi à battre ses concurrents en partie parce qu’il gardait les choses simples. D’autres ont essayé de charger d’énormes pages contenant de nombreuses publicités. Mais ils ont mal évalué la quantité de données que les modems pouvaient gérer à une vitesse raisonnable. Puisque personne ne veut attendre le chargement d’une page Web, vous recherchez désormais des éléments sur Google plutôt que sur AltaVista.

AltaVista a appris à ses dépens que l’abstraction a un coût : elle peut masquer les faiblesses du matériel. Les visionnaires de la technologie d’aujourd’hui devraient en prendre note. Leurs projets les plus ambitieux ne fonctionneront pas sans l’infrastructure appropriée pour les mettre en œuvre. De la voiture autonome à la réalité augmentée, de l’intelligence artificielle (IA) au métaverse, les décisions au niveau de la couche physique contraignent ou élargissent ce qui est numériquement possible. Sous toutes les couches d’abstraction, l’infrastructure physique d’Internet constitue le fondement de l’avenir numérique. Sans cela, Internet n’est qu’une idée.

Ce rapport spécial démystifiera les éléments physiques de base d’Internet afin d’expliquer comment ils limitent ce qui est possible dans les abstractions qui les recouvrent. Il explorera ce qui doit changer au niveau de la couche physique pour qu’Internet reste durable au sens physique, mais aussi environnemental, car les utilisations d’Internet se multiplient bien au-delà de sa mission initiale.

Voyage fantastique

Un bon point de départ serait d’expliquer comment cet article a atteint votre écran. Chaque article numérique commence quelque part dans le cloud. Pour les utilisateurs, c’est le grenier infini où ils jettent leurs objets numériques, leurs photos et leurs vidéos. Mais le cloud est en réalité composé de dizaines de millions d’ordinateurs connectés à Internet.

Votre clic sur une souris ou votre pression sur un écran créait des paquets qui étaient transformés en signaux qui parcouraient des dizaines ou des milliers de kilomètres à travers le métal, le verre et l’air jusqu’à une machine dans un centre de données.

Selon l’endroit où vous vous trouvez dans le monde, le centre de données d’où proviendra votre article sera différent. Ceci est dû au fait L’économistecomme la plupart des fournisseurs de contenu sur Internet, parvient aux utilisateurs via ce qu’on appelle un réseau de diffusion de contenu (CDN). Cela stocke les articles prêts à lire dans les centres de données du monde entier, plutôt que de laisser nos serveurs principaux situés dans le nord de la Virginie rassembler tous les composants à chaque fois. Cela répartit la charge afin que les serveurs principaux ne soient pas submergés. Et cela permet à un article d’apparaître plus rapidement sur votre écran, car les périphériques de mémoire contenant les données nécessaires sont physiquement situés beaucoup plus près de vous.

Cela signifie que lorsque votre correspondant vient de cliquer sur un Économiste titre alors qu’elle était sur son ordinateur portable, elle provenait d’un centre de données à Londres, avait fait un court trajet via un câble à fibre optique puis, sur le dernier kilomètre, peut-être via un câblage en cuivre à l’ancienne jusqu’à arriver à un décodeur de câble et à une connexion Wi-Fi. Routeur Fi dans son appartement. Un instant plus tard, des paquets de données se réassemblaient sur son ordinateur portable sous ses yeux, un article numérique rendu sur un écran numérique.

Si votre correspondant avait été la toute première personne dans une région à demander l’article, le voyage aurait été plus lent, comme sur l’Internet primordial d’il y a des décennies, car une copie en cache n’aurait pas encore été disponible dans un centre de données à proximité. . Au lieu de cela, sa demande aurait traversé de minces brins de verre qui se trouvent au fond de l’océan Atlantique, jusqu’à un centre de données dans le nord de la Virginie, et vice-versa. Ces câbles à fibre optique constituent l’épine dorsale de l’Internet physique. C’est par eux que transite la quasi-totalité du trafic Internet intercontinental.

Internet repose sur ces câbles, mais pas sur un seul câble ; elle s’appuie sur des centres de données, mais pas sur un seul. Sa nature distribuée et ses abstractions rendent Internet difficile à cerner. Mais ce n’est pas le cas des géants de la technologie. Ils intègrent Internet verticalement : pose de câbles, construction de centres de données, fourniture de services cloud et IA. À mesure qu’Internet devient plus puissant, il devient crucial d’en comprendre à la fois la composition physique et corporative. Ce n’est qu’en éliminant les couches d’abstraction que l’on pourra mettre à nu les fondations d’Internet et comprendre son avenir.