Vint Cerf porta la rete Internet in ambito spaziale e presenta i protocolli DTN

Tra il 1973 e il 1978 Vinton Cerf (più conosciuto come Vint Cerf) sviluppò insieme con Robert Kahn i protocolli di comunicazione TCP/IP alla base della rete Internet così come la conosciamo anche oggi: lo raccontammo nel 2013 in occasione dei festeggiamenti per i primi trent’anni della rete (Vint Cerf: trent’anni fa nasceva la rete Internet) e più di recente, a ottobre 2019, per i cinquant’anni dal debutto di ARPANET: ARPANET: compie 50 anni la mamma della rete Internet.

Per trasferire i pacchetti dati sulla rete Internet che usiamo ogni giorno sulla Terra, TCP/IP richiede l’impiego di un percorso che si sviluppa con un approccio end-to-end snodandosi attraverso una serie di router. Provate a osservare ciò che accade lanciando un traceroute verso qualsivoglia destinazione: Test connessione: cosa fare quando non funziona.
Se lungo il percorso si verifica un malfunzionamento o qualche tipo di interruzione, il protocollo TCP/IP prevede che i dati vengano ritrasmessi dalla sorgente alla destinazione eventualmente variando il percorso seguito, ove possibile.

TCP/IP è connection oriented: l’intero flusso di pacchetti dati viene tracciato accertandosi, mediante la gestione di appositi pacchetti ACK (acknowledgment), che essi vengano interamente ed integralmente ricevuti dal destinatario (a differenza ad esempio del protocollo UDP usato nell’ambito delle applicazioni in cui la perdita di qualche pacchetto o datagramma non è importante – si pensi allo streaming audio/video, al gaming online e così via – mentre invece è bene privilegiare le prestazioni).
Questo è ad esempio il motivo per cui un upload pesante effettuato da un browser web può talvolta “affossare” le prestazioni dell’intera rete locale: L’upload influisce sul download? Come velocizzare la connessione mentre si caricano file pesanti.

I protocollo TCP/IP funzionano comunque molto bene sulla Terra: le reti di comunicazione sono orientate alla riduzione delle latenze e all’ampliamento della banda disponibile in downstream e upstream.

Non tutti sanno però che Cert sta lavorando da tanti anni (dal 2003) su un approccio disruption/delay-tolerant networking (DTN) per portare le connessioni di rete, letteralmente, fuori da questo mondo.
L’informatico statunitense ha progettato uno schema a commutazione di pacchetto, come quello usato sulla rete Internet, che però meglio si adatta alle trasmissioni nello spazio e comunque su distanze interplanetarie.
A differenza della soluzione usata per il TCP/IP, l’approccio DTN proposto da Cerf consente di memorizzare le informazioni scambiate in modo che i nodi della rete possano gestire eventi imprevisti e malfunzionamenti.

Non solo. Quando si comunica nello spazio non si può sempre attendere che si verifichi un allineamento tra trasmittente e ricevente: la soluzione DTN ben si adatta ai sistemi di comunicazione che sono continuamente in movimento. Eventuali relay usati nello spazio non devono “cestinare” l’informazione ricevuta quando essa non può essere trasmessa alla destinazione ma possono conservarla e spedirla in automatica quando la destinazione tornerà disponibile (allineata).

“Abbiamo esplorato il sistema solare per decenni, ma l’esplorazione – sia con equipaggio che robotizzata – ha tipicamente comportato la comunicazione radio, sia diretta punto-punto che attraverso quello che viene chiamato bent pipe ovvero un relay radio che capta il segnale e lo ritrasmette per migliorare la probabilità che raggiunga la Terra“, ha fatto presente Cerf in un’intervista rilasciata a Quanta.
Già a partire dal 1998 il gruppo di lavoro del quale faceva parte anche Cerf si chiese: “Potremmo fare di meglio? Potremmo usare la tecnologia della rete Internet per migliorare le comunicazioni spaziali, soprattutto quando il numero di veicoli spaziali aumenta nel tempo o quando in futuro si inizieranno a stabilire insediamenti sulla Luna o su Marte?”

Cerf spiega oggi che tanto lavoro è stato già svolto in tal senso: in particolare ci si è adoperati per usare gli standard, creare nuovi punti di riferimento e offrire tecnologie interoperabili (quindi capaci di trasferire dati anche sulla rete Internet una volta raggiunta la Terra) in modo che le realtà impegnate nelle sfide spaziali possano aiutarsi a vicenda.

Lo scienziato sottolinea che i protocolli DTN possono essere fatti funzionare ad alta velocità pur essendo contraddistinti da un overhead maggiore rispetto ai tradizionali protocolli TCP/IP. Sarebbe tuttavia molto difficile secondo Cerf introdurre DTN sostituendolo all’attuale soluzione TCP/IP e ricorda ad esempio QUIC (HTTP 3 non poggerà sul protocollo TCP ma su QUIC: cosa significa) che assicura non solo migliori velocità trasmissive ma anche un recupero più veloce da guasti e disconnessioni. Cerf non esclude invece l’utilizzo di DTN in ambito “mobile” dove le connessioni di rete sono molto più instabili, soprattutto in alcune aree del globo.