Структура и уязвимость

Случается, что серьезные повреждения инфраструктуры естественным образом приводят к выводу крупной сети из строя. К примеру, буран, случившийся в Квебеке в январе 1998 года, повалил деревья, столбы и опоры ЛЭП, повредив тысячи миль проводов на громадной территории. В результате многие районы Монреаля остались без электричества на несколько морозных недель, а работы по восстановлению потребовали огромных усилий. Однако в определенных обстоятельствах к отключению целых систем может привести и точечный сбой или повреждение.

Еще на заре эры интернета передовые исследователи начали понимать, что способность системы поддерживать функционирование после сбоя во многом зависит от ее структуры. Пол Баран начал свою основополагающую статью о рассредоточенных сетях с диаграммы, показывающей три типа сетевых структур: централизованную, децентрализованную и распределенную! 0. Централизованная сеть состоит из соединений, расходящихся от центрального узла, совсем как радиальные улицы Пальмановы. Такая сеть, по словам Барана, «очевидно уязвима, поскольку вывод из строя одного лишь центрального узла прерывает связь между всеми остальными пунктами».

Высотные башни — скажем, башни Всемирного торгового центра — уязвимы именно потому, что все вертикальные пути сосредоточены в центральном несущем стволе. Строительные нормативы требуют наличия нескольких изолированных путей эвакуации, и при сравнительно небольшом возгорании этого может бьпъ достаточно, но не в случае катастрофических собьп’ий, когда ствол разрушается полностью.

Децентрализованная сеть получается из «нескольких звезд, соединенных между собой в большую звезду», примерно как расходящиеся от площадей главные улицы в созданном Кристофером Реном плане Лондона, в Париже Оссманна или Вашингтоне Л’Анфана. Центры звезд остаются уязвимыми местами сети, но разрушение одного такого подцентра не приводит к тотальному обрушению: отключаются лишь узлы, подсоединенные непосредственно к нему, а остальная система продолжает функционировать. Децентрализация дает возможность поступенчато наращивать размер сети и позволяет блокировать последствия аварии.

Распределенная сеть является неиерархической — она похожа на решетку улиц Манхэттена или Чикаго, хотя ей не обязательно быть такой регулярной. Эксплуатационная надежность обеспечивается наличием резервных маршрутов: при повреждении узлов или соединений движение просто огибает аварийный участок. Однако за это приходится расплачиваться снижением эффективности: по пути от одного узла к другому сигнал, как правило, проходит через множество промежуточных узлов, являющихся точками потенциальных перегрузок и пониженной пропускной способности. При движении по решетке улиц у вас куча возможных маршрутов, и вы, скорее всего, доберетесь до места, даже если какие‑то из улиц перекрыты, но по пути вам встретится много знаков «Уступи дорогу» и немало светофоров. То же и с высотными башнями: будь они соединены между собой воздушными мостами, появились бы новые резервные маршруты и повысилась бы пространственная рассредоточенность путей эвакуации, но их стало бы сложнее контролировать с помощью охраны у входа.

На практике, соответственно, крупные транспортные, телекоммуникационные и прочие сети в поисках оптимального сочетания преимуществ зачастую объединяют в себе и звезды, и решетки. В Пальманове помимо радиальных артерий есть и несколько кольцевых улиц, опоясывающих центральную площадь, и площади поменьше (образующие подцентры) в середине клиновидных сегментов. Радиальные проспекты Парижа и Вашингтона наложены на решетки второстепенных улиц, а радиальные транспортные сети многих современных городов дополнены кольцевыми дорогами и кольцевыми линиями. Сеть авиаперевозок все больше ориентируется на крупные пересадочные аэропорты, однако линии, обходящие эти пункты стороной, тоже попадаются. Гигантская структура интернета получилась довольно иерархичной, но во многих регионах в ней есть немало поперечных и дублирующих связей11.