Он, Она и Мы (история взаимоотношениий физтехов с компьютерной сетью и Интернетом)

История о том, как в конце 90-х годов в МФТИ появился полноценный Интернет-campus

[Егор Кобылкин, Николай Гузаков]

Он, Она и Мы

Он, Она и Мы (история взаимоотношениий физтехов с компьютерной сетью и Интернетом) 

       

25.08.1997

ЕГОР КОБЫЛКИН, НИКОЛАЙ ГУЗАКОВ

ПОДВОД

Сегодня каждый студент, проживающий в общежитиях Московского физико-технического института в подмосковном Долгопрудном, может за 100 долларов подключить свой компьютер к локальной сети общежития и получить доступ в Интернет, причем 100 Мбайт трафика обходится примерно в 10 долларов. Практически весь комплекс зданий института охвачен локальной сетью с роутингом в Интернете. Подавляющее большинство работ по установке сети в учебных корпусах было проведено сотрудниками лаборатории информационных систем и сетей (ЛИСС), а в общежитиях - самими студентами.

Как известно, Московский физико-технический институт (МФТИ, в просторечии - Физтех) находится за пределами столицы, неподалеку от МКАД. Поэтому на первый взгляд проникновение Интернета в его жизнь должно было быть затруднено ввиду удаленности от центра Москвы и невысокого уровня развития подмосковной коммуникационной инфраструктуры. Однако на деле все оказалось не так уж плохо. Институту удалось обеспечить своих сотрудников и студентов доступом в Интернет на их рабочих/учебных местах, а также в студенческих общежитиях. И это несмотря на то, что институт находится в таких же сложных условиях, как и многие другие бюджетные организации. Развитие сетей в учебных корпусах шло по обычному пути и ничем особенным не примечательно. Наибольший интерес представляет, в силу своей необычности, история получения каналов в Интернет и построения сетей в студенческих общежитиях института, - этому мы, как непосредственные участники, и уделим наибольшее внимание.

Как плелись сети

Точную дату зарождения сети назвать трудно. (Первые компьютеры в Физтехе появились давно. В частности, именно в МФТИ был собран первый макет БЭСМ-6.) В 1994 году в институте уже работало несколько мощных Unix-машин с терминальными классами, появились компьютерные классы на основе PC. Компьютеры в классах были объединены в локальные сети. Разумеется, PC использовались во многих лабораториях. Но соединять все это хозяйство в единое целое не было особой необходимости.Интернет появился в Физтехе в виде электронной почты через модемное подключение UUCP по линии "Искра" к серверу Радио-МГУ. С почтовым компьютером связывались по модему или приносили и забирали почту на дискетках.Далее произошло следующее. Одна из компаний - операторов пейджинговой связи решила использовать здание КПМ (корпуса прикладной математики), как одно из самых высоких в городе, для размещения своего ретранслятора в связи с необходимостью расширения зоны, которую покрывает сотовая система. А в качестве компенсации за использование здания поставила оборудование для радиорелейной связи с Радио-МГУ на 2 Мбит/с. Таким образом у нашего института появился полноценный выход в глобальную компьютерную сеть, который и стал своего рода сетеобразующим фактором. Канал предназначался главным образом для нужд лабораторий и отдельных сотрудников института, которым, по различным причинам (гранты, контракты, просто обмен информацией) был необходим доступ в Интернет Сеть. "Освоением доступных мощностей" занялась лаборатория информационных систем и сетей (ЛИСС). Она была создана гораздо раньше и первоначально занималась проблемами матобеспечения компьютеров на параллельных процессорах. Сотрудники ЛИСС постепенно объединили в единую сеть все корпуса института. Все пользователи компьютеров, включенных в сеть, получили постоянный доступ. Что касается студентов, то первыми доступ в Интернет получили студенты факультета управления и прикладной математики (ФУПМ), у которых была возможность пользоваться компьютерными классами в КПМ. Затем студенты факультета радиотехники и кибернетики (РТ) договорились с ЛИСС и подсоединили уже существовавшую к тому времени локальную сеть своего общежития к сети ЛИСС. В течение двух последующих лет в сеть были включены все остальные общежития. Поработав немного с сетью и освоив технологию Ethernet, авторы, в компании с другими физтехами, совсем недавно построили сеть в аудиторном корпусе, где находятся деканаты факультетов, а также военная кафедра, издательство МФТИ, etc.

Свидетельство очевидца

(О том, как было дело в общежитиях, рассказывает непосредственный участник событий Николай Гузаков.)

К концу 1995 года многие студенты в общежитиях являлись счастливыми обладателями личных компьютеров. И самой заманчивой казалась студентам идея подключить персональные компьютеры к Интернету, объединив их локалкой. Практически на всех факультетах в дружеских кругах вечерами студенты обсуждали различные проекты. Я и сам не раз бывал участником таких бесед. Так постепенно накапливались идеи. Наличие полноценного канала в институте наводило на соответствующие мысли: бросить проводок, поставить радиомодем или организовать доступ по телефонной линии... Телефонов у студентов не было, радиомодем стоил сумасшедшие деньги, а бросить проводок длиной 100 метров не так-то просто... Да и отсутствие опыта в построении сетей пугало.Но вот на РТ появились отчаянные люди... Сначала нас было двое, позже наша инициативная группа по созданию и поддержке сети - под названием "Campus-NET" - пополнилась Web-мастером и Unix-гуру. Началось с того, что мы узнали про отечественную сетевую технологию "Иола". Эта сеть работает на любых коаксиальных кабелях с волновым сопротивлением 75 Ом, обеспечивает скорость 10 Мбит/с, расстояния порядка километра и обладает завидной помехозащищенностью и грозоустойчивостью.

 

Такая технология нам очень подходила. Дело в том, что почти все корпуса общежитий и КПМ были связаны толстым кабелем, оставшимся от неудавшейся сети кабельного телевидения. Нам удалось найти в институте хозяев кабеля и получить проводку в свое распоряжение. Таким образом, фундамент у нас уже был!

Заранее договорившись с ЛИСС о подключении своего общежития к Интернету на испытательный срок, мы, разыскав первых, самых смелых желающих подключиться (дело было новое, приходилось каждого убеждать в реальности успеха), составили схему будущей сети общежития, собрали деньги на оборудование и сервер-маршрутизатор и принялись за создание сети. Внутри здания мы также решили все сделать на "Иоле". Уже позднее, приблизительно через год, на РТ появилась еще одна подсеть - на технологии Ethernet. Большинство других общежитий впоследствии также предпочли технологию на витой паре...

Оборудование мы закупали централизованно, кабель будущие пользователи прокладывали сами. Студенты ограничены в средствах, поэтому первоначально маршрутизатором нам служил собранный из подержанных комплектующих АТ 386DX-40 с 4 Мбайт памяти под ворованной операционкой Novell NetWare 3.12. Наконец, сеть из двадцати компьютеров была запущена. В первое время, пока мы налаживали сервер (из-за ненадежных комплектующих он доставил нам уйму хлопот), народ вовсю развлекался тем, что играл в различные сетевые игры (в основном, конечно, в Doom) и осваивал возможности одноранговой сети. Но вскоре живительная струя Интернета влилась в нашу совсем еще молодую сеть! Несколько недель в общежитии РТ царил праздник, открывшиеся возможности буквально окрыляли людей. Первое время, в эйфории, каждый пользователь создает очень большой трафик. Но со временем это проходит, и сеть становится инструментом повседневной работы, необходимой составляющей жизни каждого, кто соприкоснулся с ней. Подключив свой первый корпус, мы не остановились на достигнутом, поскольку с самого начала сеть планировалась как общестуденческая и развивалась при поддержке остальных общежитий. Нашей задачей было превратить весь студгородок в единое информационное пространство.

С начала 1996-97 учебного года в других общежитиях стремительно возникали свои локальные сети, которые вскоре были также подключены к Интернету.

К весне 1997 года был брошен последний недостающий кабель до общежития ФОПФ (факультета общей и прикладной физики). С этого момента все общежития студгородка МФТИ подключены к студенческой сети "Campus-NET".

Расскажу подробнее об архитектуре сети.

Нам с самого начала приглянулась идея использовать в качестве маршрутизаторов персоналки с соответствующим программным обеспечением - вместо дорогостоящих роутеров типа Cisco и т. д. На наш взгляд, такая экономия вполне оправданна.

Первоначально, как я уже говорил, мы работали на NetWare 3.12, драйвер под которую поставлялся с сетевыми картами "Иола-10". Разумеется, мы могли выбрать и Windows NT, но она требует больших системных ресурсов. Помимо маршрутизации протоколов TCP/IP и IPX, машины работали еще и файловыми серверами. Но NetWare 3.12 не обеспечивает гибкой маршрутизации и не предоставляет почти никаких Интернет-сервисов. Нам очень хотелось заменить NetWare на какой-нибудь Unix. Мы связались со студентами, имевшими опыт работы и программирования под операционной системой Linux. Она удовлетворяла бы всем нашим требованиям к серверу-маршрутизатору. Но - сетевые карты "Иола-10" не могли работать с Linux, так как с ними не поставлялся соответствующий драйвер.

Нас выручил один хороший знакомый, в то время - главный программист компании "ФизТехСофт". Он взялся за написание драйвера к "Иоле" под Linux, и через пару месяцев программа была готова. (К слову сказать, драйвер мы передали фирме - производителю сетевых карт. Так что теперь все желающие подружить свои карты "Иола" с Linux, могут это сделать без особых проблем, обратившись за драйвером на фирму.)

Всего за какой-нибудь месяц сначала главный роутер Campus-GW, а затем и серверы всех общежитий были переведены на Linux 2.0.29, а затем и на Linux 2.1.36. Сразу стало заметно самое главное преимущество Unix как многопользовательской системы с удаленным доступом: возможность удаленно администрировать и контролировать работу сервера через Telnet. Практически все, что можно делать сидя за клавиатурой непосредственно сервера, вплоть до перезагрузки системы, можно делать удаленно, из любой точки Интернет-пространства. Сообщество создателей Linux очень чутко реагирует на появление новых протоколов и технологий обмена информацией в Интернете и немедленно обеспечивает их поддержку в новых версиях ОС, которые появляются чуть ли не каждую неделю. Так, например, создав второй канал выхода в Интернет, мы столкнулись с необходимостью организации так называемого source-routing. Source-routing - это возможность маршрутизировать информационные пакеты от разных конечных компьютеров пользователей через заранее определенные каналы. Такая система сейчас работает у нас на главном маршрутизаторе Campus-GW, вместе с firewall'ом, обеспечивающим защиту сети от "нападений" извне.

В связи с ограниченной пропускной способностью нашего второго канала остро встала проблема уменьшения общего трафика. Как известно, в сетях, подобных нашей, основную часть трафика составляет информация в протоколе HTTP, то есть пользователи преимущественно путешествуют по Web-узлам. Причем оказывается, многие Web-серверы настолько популярны, что к ним обращаются многократно за одной и той же информацией. Это создает избыточный трафик. Но ведь можно же откладывать, кэшировать в течение некоторого времени эти данные! И мы решили организовать систему proxy-серверов с распределенной кэш-памятью. На маршрутизаторах общежитий мы установили proxy-сервер типа Squid и отвели под кэш дисковое пространство порядка 500 Мбайт. Теперь ни один пользователь не обращается напрямую к WWW-ресурсам Интернета. В своем Web-браузере каждый установил в качестве proxy-сервера сервер своего общежития. Получая запрос на какую-либо Web-страничку, proxy-сервер прежде смотрит, не хранится ли уже эта страничка у него в кэш-памяти. Если нет, то он опрашивает своих "соседей" - другие серверы в общежитиях и в институте, нет ли этой странички у них, и только если и там ее нет, обращается непосредственно на оригинальный сайт. Общая емкость дисковой кэш-памяти составляет около 5 Гбайт. Это позволило снизить трафик на 40 процентов. Общее правило при построении такой системы таково: чем больше объем кэш-памяти и больше пользователей, тем эффективнее ее работа. Сложность представляет лишь организованная настройка proxy на всех серверах.

Поскольку большинство рабочих станций пользователей работает под ОС Windows, очень удобно, чтобы сервер работал в системе Microsoft Network, то есть был виден в "сетевом окружении" Windows. Мы заставили наш Linux делать и это. Теперь он "прикидывается" NT-сервером. Работая файловым сервером, он еще является и Master Browser'ом, и WINS-сервером для всех рабочих групп. Это значительно ускоряет просмотр сети и нахождение соседей для конечных станций пользователей. Наши серверы осуществляют обработку электронной почты для всех желающих, маршрутизацию протокола IPX, а также DNS-сервис. Не так давно на ФРТК установили RealAudio-сервер и создали большой архив качественно оцифрованной музыки. Во всех общежитиях поддерживаются Web-серверы и FTP-архивы, со всеми необходимыми для сетевой и повседневной работы программами.

Как видно из схемы, сеть имеет типичную для интранета иерархическую структуру: состоит из бэкбона на "Иоле", соединяющего внешней проводкой основные серверы в нескольких зданиях, и одной или нескольких подсетей на "Иоле" и Ethernet, как на тонком коаксиале, так и на UTP. Предпочтение отдается UTP - как более современной технологии с достаточно высокой (по сравнению с коаксиалом) надежностью и удобной для прокладки по корпусам общежитий топологией (звезда).

Главными критериями при проектировании сетей были простота установки и дешевизна, поскольку вся работа проводилась студентами и оборудование было куплено на их деньги. Поэтому там, где только возможно (конечно, не в ущерб работоспособности), использовались самые дешевые комплектующие и наименее трудоемкие технологии. Про часть сети РТ, построенную на "Иоле", вы уже знаете. Все остальные локальные сети работают на Ethernet. Почти везде были использованы безымянные сетевые карты NE2000 (некоторые даже second hand) по цене 10-20 долларов; 8-портовые хабы (7 портов витой пары и один combo - витая пара/коаксиал) стоили менее 90 долларов (последние два были куплены по цене 47 долларов каждый). Провода от хабов тянулись - где по стенам, где из окна в окно. Серверы сначала были собраны из скопившегося после upgrade, "закаленного в боях" барахла (как, впрочем, и компьютеры многих студентов - абонентов сети). С момента рождения серверы испытали уже несколько апгрейдов. Так, на ФРТК сеть разрослась очень быстро, и когда число машин приблизилось к пятидесяти, там собрали сервер следующей конфигурации: P166, 32 MB SDRAM, 2,5 GB Seagate Medalist Pro, 10 Mbit Ethernet AMD PCI-card, 2xIOLA-10 cards, S3Trio64 2 MB (эта машина иногда используется и как рабочая станция с графической оконной системой X-Windows). Серверы в других общежитиях, а также Campus-GW построены в основном на базе процессоров AMD 5x86DX160 и имеют порядка 16-32 Мбайт памяти. В восьмерке в качестве маршрутизатора до сих пор работает (и вполне справляется) 386DX40, 4MB RAM, HDD 40MB под Unix. Кроме дешевизны у этого компьютера есть еще одно достоинство - вряд ли кто-то захочет его украсть.

Таким образом, в "восьмерке", например, первые подключения обошлись в 100 долларов каждому (сразу подключились около десяти человек) - сюда вошли стоимость проводов, хабов, сервера и сетевых адаптеров. Сейчас в сети каждого общежития от 15 до 50 компьютеров. Общее число машин в сети студгородка перевалило за две сотни и постоянно увеличивается. Характерно, что студенты уже приобретают компьютеры именно с расчетом подключить их к сети. Довольно интересна сложившаяся практика продажи пая в сетевом сообществе студентами, которые по тем или иным причинам навсегда уезжают из общежития, другим студентам, собирающимся прожить там еще энное время. В общем, более чем годовой опыт эксплуатации показал, что такая сеть вполне жизнеспособна и, при разумном и ответственном подходе сетевого администратора, работает без особых проблем.

Нельзя сказать, что при наладке и эксплуатации сети совсем не возникло сложностей. Например, после первой же грозы вылетели хаб и сетевая карточка на сервере одного из общежитий, затем какие-то "нехорошие мальчики" порезали кабель на крыше. На собственной шкуре мы убедились, что при установке большой сети необходимо предпринять все меры предосторожности (в разумных пределах, конечно). То, чем можно пренебречь, когда соединяешь два компьютера в одной комнате, становится весьма важным, когда сеть охватывает несколько строений. Например, ток заземления через оплетку коаксиала, соединяющего компьютеры в разных зданиях, при его неправильном заземлении (сразу на двух концах), составлял более 150 мА. Очень остро встает проблема грозозащиты.

Вдобавок возникали серьезные проблемы с оплатой. Дело в том, что пока не появился второй канал, ЛИСС, по сути дела, являлась Интернет-провайдером для всего остального института, а поскольку кроме общежитий, подключенных на платной основе, она обслуживает множество абонентов непосредственно в институте (у которых, в основном, денег нет), то и само существование кафедры стоит в сильной зависимости от средств, собираемых с общежитий, и финансирования из института. Вероятно, люди, интересующиеся финансовой стороной дела, легко представят себе, какого рода вопросы пришлось решать для урегулирования отношений общежитий с лабораторией. Скажу лишь, что руководство института в лице проректора по учебной части С. А. Гуза уделило достаточное внимание нашим проблемам и помогло в их решении. Надо признать, что с официальными властями института нам повезло. Люди, с которыми нам довелось встречаться, понимали значение и пользу Интернета и оказывали содействие. В частности, деканаты факультетов обеспечили официальную поддержку в тех случаях, когда было необходимо действовать от имени юридического лица. Мы думаем, что все студенты - пользователи сети хотели бы поблагодарить руководство института и ЛИСС за оказанную помощь в строительстве.

А дальше?

В планах на ближайшее будущее, подсказываемых самой жизнью и уже существующими примерами, разводка сети Ethernet кабелем UTP level 5 совместно с телефонами в каждую комнату общежития, переход на более быстродействующее оборудование (например, switching hub), подключение близлежащего дома профессорско-преподавательского состава, развитие сервисов Web (доски объявлений, etc), предоставление каждому студенту бесплатной электронной почты. При организации второго канала ребята с РТ разместили свое оборудование в помещении долгопрудненской телерадиокомпании "Delta" и подключили их локальную сеть к институтской. Теперь в наших планах организация вещания Live Video (живого видео) по нашей сети из студии "Delta" на компьютеры всех желающих (до чего дошли Интернет-технологии!). Егор Кобылкин, меломан и музыкант, мечтает о создании Интернет-радиостанции Физтеха, вещающей в формате RealAudio.

"Ну к чему это все? Пошли бы лучше, водки выпили..." (из письма Белинского к Гоголю).

Надо вам сказать, что студента водкой не пои - дай полазить в Интернете. Конечно же, все студенты, даже физтехи, тоже люди, поэтому большинство начинает использование локальной сети и Интернета с игры в Doom и бессистемного шатания по ссылкам WWW. (Кстати говоря, в Физтехе, уже больше чем полгода назад, проводился турнир по сетевой игре в Doom, даже с призовым фондом, созданным из взносов участников. Начинали играть физтехи в Doom по сети еще в тех самых компьютерных классах в КПМ, откуда их нещадно гоняли тетушки, следившие заработой классов.) Впрочем, спустя какое-то время Doom-подобные игры надоедают, и свое место в распорядке дня (надо сказать, что время "пребывания в сети" некоторых физтехов в свободный от сессии период сравнимо со временем, потраченным на сон) занимают шахматы и тому подобное, разговоры по iPhone и болтовня в IRC (Internet relay chat) типа "Кроватки" (http://chat.radio-msu.net/ ) с людьми издалека. IPhone прижился и, так как общежития совершенно не телефонизированы, весьма часто используется для связи внутри студгородка и даже с другими городами. Как уже было сказано, автор является любителем музыки, и не он один, что важно, поэтому еще одной трубой, куда уходят деньги за трафик, является прослушивание Интернет-радиостанций, вещающих в RealAudio.

Но не стоит думать, что все так уж запущено - ведь берутся же откуда-то неплохие программисты и осмысленные юзеры. Так и у нас: потехе - время, а нет-нет - и делу час. Само собой, по делу пользуются e-mail, начиная с писем домой и кончая деловой перепиской с "забугорными" университетами. Кроме того, во многих иностранных институтах и университетах уже есть свои Web-сайты, на которых публикуется информация о разного рода грантах, программах исследований, условиях приема в аспирантуру и т.  д., чем студенты, конечно, пользуются. Иногда соответствующие формы заявлений можно заполнить и отослать прямо там же, на Web-страничке, что, понятное дело, очень удобно и быстро. Таким образом, например, автор получил возможность бесплатно отправиться на два месяца в Германию, в летнюю школу, организованную одним из немецких институтов (все расходы институт взял на себя). Уже сейчас для каждого пользователя сети вполне реально участие в программах Long Distance Education (обучение на расстоянии), осуществляемых некоторыми западными университетами. Заочно поступив в такой университет, студент получает задания, сдает экзамены, а по окончании обучения, наряду с дипломом Физтеха, получает диплом престижного западного университета. Довольно часто бывает, что научный руководитель того или иного студента уехал в "прекрасное далеко" или просто нет необходимости в присутствии студента на базе (например, если он "домашний теоретик") - в этих случаях вполне обычным является общение по электронной почте. (Здесь, видимо, следует пояснить, что одним из главных принципов знаменитой "системы обучения Физтеха" является как можно более раннее знакомство студента с НИИ, где он будет впоследствии работать, - система базовых кафедр. Так, на некоторых факультетах студенты уже со второго курса проводят один день в неделю на своей "базе", где им читают лекции, etc, а к шестому курсу это время увеличивается до полной рабочей недели.) Конечно, вовсю пользуются электронными базами данных типа "Medlife" - ссылки на журнальные статьи медицинского характера (это для студентов биофизиков), различной информацией для программистов, etc. В Физтехе есть свой News-сервер. Студенты читают и переписываются в эхо-конференциях Фидо и News-группах Интернета. Ну да что тут особенно рассказывать: пользуются всем, что доступно, бесплатно и интересно. Студенты-программеры и просто продвинутые юзеры (вне зависимости от факультета) осваивают сетевые технологии и программирование под сеть. Например, на РТ каждый желающий может получить у администратора пользовательский логин на сервер и осваивать Unix прямо со своей персоналки, через Telnet, писать и компилировать свои программы. Это очень удобно, так как у многих студентов программирование на "базах" ориентировано именно на Unix. Замечательно, что возникновение сети в общежитиях помогло некоторым студентам в выборе будущей профессии.

А как у других?

Характерно, что такой опыт не единственен. В общежитиях главного здания МГУ также существуют локальные сети, подключенные к Интернету. Построены они были примерно таким же образом, как в Физтехе. Отличия невелики и связаны с геометрией зданий и расселения студентов. Так, везде использован тонкий коаксиал, в каждом крыле здания сначала независимо существовали несколько не связанных между собой локальных сетей (студенты разных факультетов живут на разных этажах); люди, которые начинали строительство сетей, в основном уже занимались этим профессионально. Есть отличия и в организационных моментах: нельзя сказать, что все начальство понимает важность и необходимость содействия обеспечению студентов доступом в Сеть. Кроме того, нам известно о существовании компьютерной сети в общежитии Санкт-Петербургского технического университета.

В заключение хочется сказать, что Интернет для студентов - дело безусловно нужное, полезное и приятное. И, по большому счету, у студентов может быть только три проблемы, которые мешают им приобщиться к прелестям жизни в сети. Первая - это отсутствие компьютера и/или денег, вторая - отсутствие возможности подключиться к недорогому каналу в Интернет, и третья - собственная робость ("Да мы никогда этого не делали... Да мы не знаем, как... Да у нас не получится..." и т. д.). Первая и последняя проблемы сравнительно легко решаются, а вот вторая является определяющей. Дело в том, что цена подключения к коммерческому провайдеру по выделенной линии или радиомодему сейчас вряд ли может быть меньше 2000 долларов за само подключение, а "халявный Интернет" есть не в каждом вузе, да и не каждое общежитие расположено в непосредственной близости от учебных корпусов. Если эту статью будут читать студенты, живущие в общежитии, настоятельно советую им разузнать, как у них обстоит дело со второй проблемой, и, если она решаема, сразу бежать инсталлировать сеть. Очевидно, что опыт создания сети в Физтехе может быть применен к решению проблем и в других сообществах, например, в обычных жилых домах, если там наберется необходимое число заинтересованных людей. В планах у Егора Кобылкина - подключение к Интернету дома, где он живет (Москва, конец Ленинского проспекта). Интернет в каждую квартиру!

Источник: "Физтех-центр".

[ опубликовано 23/09/2004 ]

Егор Кобылкин, Николай Гузаков - Он, Она и Мы (история взаимоотношениий физтехов с компьютерной сетью и Интернетом)   Версия для печати