Муравьи "изобрели" протокол TCP раньше людей

Интернет придумали не люди, а муравьи

Вы думаете, что алгоритмы, позволяющие функционировать глобальной сети Интернет, изобрели люди? Ошибаетесь — в этой области приоритет, безусловно, принадлежит… муравьям! Американские биологи выяснили, что эти насекомые использовали механизм, аналогичный знаменитому протоколу TCP, задолго до того, как первые люди появились на нашей планете.

Фото:

Миллионы людей, которые сегодня пользуются Интернетом, редко задумываются о том, почему при передачи информации не бывает заторов и "пробок". А это происходит благодаря бесперебойной работе уникального алгоритма, который каждую секунду выполняет обязанности регулировщика на "перекрестках" интернет-потоков. Его придумали в 1974 году два американских программиста, Винтон Серф и Роберт Кан. Позже этот алгоритм получил название Transmission Control Protocol (то есть "протокол управления передачей ") или, если сокращенно — TCP.

Механизм его работы можно представить следующим образом. Представьте, что у вас есть некий передающий информацию узел, А и принимающий ее узел Б. Так вот, прежде чем начать передачу, А сначала должен установить связь с Б. Далее он разбивает весь объем информации, которую нужно передать на пронумерованные пакеты, и после уже отправляет их по назначению.

Узел Б, получив весь набор этих самых пакетов (и убедившись, что пришли все из них и никто не потерялся), снова собирает их воедино. Кроме того, при получении каждого пакета узел Б подтверждает то, что он пришел (отправляет на узел, А уведомление, называемое "ack"). И если вдруг при передаче произошла ошибка или потеря какой-то части информации, то она снова повторяется. Такой механизм самоконтроля гарантирует надежность и целостность передачи данных.

Впрочем, у TCP есть и другие механизмы контроля. Так, в процессе установки связи этот протокол сперва проверяет "толщину канала" в ходе передачи длинного набора пакетов данных. То есть первым делом узел, А отправляет большую порцию пакетов, дабы измерить пропускную способность. И если она проходит быстро, то в дальнейшем эта порция не уменьшается, а если медленно — то при следующих пересылках число и "вес" пакетов могут быть снижены. И еще — если вдруг в ходе передачи данных по сети связь будет нарушена, то узел, А автоматически прекращает отправку пакетов.

Что и говорить, данная система работает практически идеально, и именно благодаря ей Интернет и смог завоевать репутацию самой надежной системы связи в мире. Долгое время люди гордились тем, что именно им пришла в голову подобная идея организации передачи данных. Однако недавно выяснилось, что они заблуждались насчет приоритета. Оказывается, механизмом, аналогичным TCP, уже много миллионов лет пользуются муравьи.

Американские биологи из Стэнфордского университета, которыми руководила доктор Дебора Гордон, в течение нескольких лет наблюдали за жизнью колоний красных муравьев жнецов (Pogonomyrmex barbatus). Семьи этих муравьев, которые в основном едят растительную пищу, весьма многочисленны — количество особей может достигать пятнадцати тысяч. Поэтому на сбор пищи у жнецов выходят целые полчища фуражиров.

Наблюдавших за муравьями ученых поражало то, чтодоставка еды всегда была организована четко и происходила без сбоев. Более того, создавалось впечатление, что каждый раз после прихода разведчика за добычей отправлялось именно столько рабочих, сколько и было нужно. Если же их вдруг было больше, то следующая партия фуражиров насчитывала меньшее количество особей. Кроме того, исследователей удивляло еще и то, что доставка была бесперебойной — если того требовали условия, то она ускорялась или замедлялась.

Также г-жа Гордон и ее коллеги заметили, что активность, с которой каждый фуражир отправлялся за едой, всегда четко коррелировала с количеством найденной пищи. Они установили, что разведчик никогда не возвращался в муравейник, пока не обнаруживал хоть что-то съедобное. И вот что интересно — чем больше он находил еды, тем больше набирал ее и тем быстрее бежал к муравейнику.

Это замечали встречавшие его фуражиры и их активность, соответственно, тоже возрастала. Более того, количество отправляющихся за едой сразу же увеличивалось, и иногда приходилось даже мобилизовывать на подмогу внутригнездовых рабочих (это делалось при помощи испускания феромонов). И наоборот — если разведчики возвращались с пустыми руками (точнее — челюстями), то они шли очень медленно. В этом случае весь конвейер из фуражиров притормаживал, а иногда даже вовсе останавливался.

Для того чтобы проанализировать поведения муравьев, Дебора Гордон попросила помощи у специалиста по программированию и компьютерным сетям, профессора Баладжи Прабхакара. Он, изучив данные многолетних наблюдений, написал алгоритм действий жнецов. И каково же было удивление исследователей, когда этот алгоритм полностью совпал с механизмом работы TCP. Г-н Прабхакар даже пошутил: оказывается, у муравьев имеется свой "антернет" (от слова ant — "муравей").

Более того, оказалось, что жнецы прекрасно знают и о других свойствах TCP. Разведчики всегда отправляются на поиски добычи большой группой — и это очень похоже на тестирование "ширины" канала. И если пищи вдруг оказывалось мало, то после численность команды фуражиров снижалась, а сама транспортировка — замедлялась. А вот если первая партия разведчиков не возвращалась в гнездо через двадцать минут после ухода, то отправка новых исследователей территории приостанавливалась. Такая стратегия была аналогична действиям TCP при разрыве связи.

Обнаружив, что, оказывается, муравьи "изобрели" TCP на много миллионов лет раньше, чем это сделали люди, профессор Прабхакар сначала огорчился. "Как жаль, что эти данные о поведении муравьев не были получены в 70-х годах прошлого века. Ведь подобное знание могло бы оказать серьезное влияние на построение архитектуры Интернета и наверняка облегчило бы его разработку", — заметил ученый.

Однако г-жа Гордон утешила коллегу — она предположила, что у муравьев имеется еще много интересных алгоритмов поведения. И если их изучить, то можно усовершенствовать глобальную Сеть и сделать ее более быстрой и надежной. Нужно просто больше наблюдать за действиями муравьев в разных ситуациях — и тогда люди смогут выяснить все секреты их "антернета"…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника