← Публикации

Мало нагруженные распределённые сети передачи данных: понятие, градация и сравнительный анализ

Автор понятия: Колпаков Андрей Валериевич

Версия: 30 сентября 2026 г.

Связанные материалы: Манифест Zero Knowledge Infrastructure, сравнение сетей.

---

Аннотация

В статье вводится понятие мало нагруженной распределённой сети передачи данных — сети, в которой нагрузка на каждый узел (трафик, хранение, служебное состояние) ограничена кругом участников этого узла и не растёт с ростом сети в целом. Показано, что существующие в теории связи градации нагрузки (коэффициент загрузки, эрланги, точки «колена» (knee) и «обрыва» (cliff) на кривой зависимости пропускной способности от нагрузки, классы качества обслуживания) описывают состояние сети в данный момент, а не свойство её архитектуры, и потому не различают сети по этому признаку. Предложены шесть признаков мало нагруженной сети и градация классов LL-0…LL-3 (от англ. low-load — мало нагруженная) по асимптотике нагрузки на узел. Выполнен сравнительный анализ пятнадцати сетей — от FidoNet (1984) до Nevod (2026) — с указанием их предшественников в литературе: сетей доверенных узлов (F2F), сетей, терпимых к задержкам (DTN), распределённых хеш-таблиц, локально-ориентированного ПО (local-first) и общественных сетей (community networks).

Ключевые слова: распределённые сети, децентрализация, нагрузка на узел, масштабируемость, F2F, DTN, одноранговые сети, мессенджеры, Zero Knowledge Infrastructure.

---

1. Введение

Большинство современных сервисов обмена сообщениями централизованы: вся сеть обслуживается серверами одной компании, и нагрузка на эти серверы растёт вместе с числом пользователей. Децентрализованные альтернативы — федеративные сети, одноранговые оверлеи, анонимизирующие сети — распределяют владение инфраструктурой, но, как будет показано ниже, как правило не распределяют нагрузку: узел федерации или оверлея несёт трафик, историю и служебное состояние, порождённые чужими пользователями, и его нагрузка снова растёт с размером сети или её популярной части.

Цель работы — выделить класс сетей, в которых нагрузка узла определяется только его собственным кругом: пользователями и программными агентами (ботами, ИИ-агентами, службами), для которых он является домашним узлом, — дать ему определение, предложить измеримую градацию и сопоставить существующие сети по этому признаку.

2. Нагрузка в сетях передачи данных: существующие понятия

2.1 Коэффициент загрузки

В теории массового обслуживания нагрузка канала или узла характеризуется коэффициентом загрузки ρ = λ/μ — отношением интенсивности поступления заявок к интенсивности их обслуживания [1]. При ρ → 1 длина очереди и задержка неограниченно растут; при ρ > 1 система перегружена. На практике выделяют ориентировочные ступени: низкая загрузка (ρ < ~0,3), умеренная (0,3–0,7), высокая (0,7–0,9), насыщение и перегрузка; каналы операторов обычно планируют с запасом до ~70–80 % в час пик. Эти пороги — инженерные ориентиры, а не единый стандарт.

2.2 Телетрафик: эрланги и час наибольшей нагрузки

В телефонии интенсивность нагрузки измеряется в эрлангах (1 Эрл — один канал, занятый непрерывно) [2]; расчёт ведётся по часу наибольшей нагрузки (ЧНН), различают поступающую, обслуженную и потерянную нагрузку и задают качество обслуживания как допустимую долю отказов (формулы Эрланга B и C) [1, 2].

2.3 Реакция сети на рост нагрузки: «колено» и «обрыв»

Джейн, Рамакришнан и Чиу [3] описали три области работы сети: до «колена» (knee) пропускная способность растёт вместе с нагрузкой при малой задержке; между «коленом» и «обрывом» (cliff) пропускная способность почти не растёт, а задержка быстро увеличивается; за «обрывом» наступает затор и коллапс. В точке «колена» достигается максимум отношения пропускной способности к задержке («мощности» сети); на этом различении основаны избегание перегрузки (congestion avoidance: удержание работы у «колена») и управление перегрузкой (congestion control: недопущение «обрыва»). На этих идеях построено управление перегрузкой в TCP [4].

2.4 Классы трафика и качества обслуживания

Архитектура дифференцированного обслуживания DiffServ [5] вводит классы обработки трафика (срочная пересылка EF, гарантированная AF, «по возможности» BE); рекомендация ITU-T Y.1541 [6] задаёт классы качества IP-сетей 0–5 по задержке, джиттеру и потерям. Это градации требований к доставке, а не нагрузки.

2.5 Режимы нагрузки: от недогрузки до коллапса

Режимы работы сети по нагрузке описаны в стандартах и классических работах:

Термин «донагруженная сеть» в стандартах и литературе не встречается; уровню, на который рассчитана сеть, соответствует «нормальная нагрузка» по E.500.

Все эти режимы — состояния сети в конкретный момент: одна и та же сеть утром недогружена, вечером работает при нормальной нагрузке, при аварии перегружена. Ось режимов и ось архитектурных классов, вводимая ниже, независимы: сеть класса LL-0 тоже может оказаться перегруженной, например если узел работает на слабом канале.

2.6 Масштабирование нагрузки на узел

В литературе по распределённым системам затраты узла оценивают асимптотически в зависимости от числа участников N: рассылка всем узлам — O(N) на сообщение; распределённые хеш-таблицы (Chord [7], Kademlia [8]) — O(log N) на маршрутизацию и таблицу соседей. Встречается и утверждение, что в одноранговых системах максимальная нагрузка на узел не растёт с числом узлов, поскольку новые узлы приносят ресурсов больше, чем потребляют [9], — но речь идёт о статистическом выравнивании нагрузки, состоящей из чужих запросов.

2.7 Вывод

Градации 2.1–2.5 отвечают на вопрос «насколько сеть загружена сейчас»; по ним одна и та же сеть бывает то мало, то сильно нагруженной. Словосочетание «малонагруженная сеть» в русскоязычной практике употребляется именно в этом описательном смысле (сеть или машина с малой загрузкой) и не является термином, обозначающим класс архитектуры. В кабельной телефонии слово «нагрузка» имеет и третье значение — «нагруженная линия» с катушками индуктивности (пупинизация). Только ось 2.6 касается свойства архитектуры, но стандартной градации сетей по ней нет.

3. Распределённые сети: обзор подходов

Централизованные сервисы (WhatsApp, 2009; Telegram, 2013; Signal, 2014 [10]) — сквозное шифрование содержимого может быть сильным, но серверы, учётные записи и метаданные находятся у одной организации; нагрузка серверов растёт со всей аудиторией.

Федеративные сети — электронная почта, Matrix (2014) [11], ActivityPub/Mastodon (2016, рекомендация W3C 2018) [12]. Владение распределено между серверами, но нагрузка сервера растёт с его внешними связями: в Matrix история большой комнаты реплицируется на каждый сервер-участник, в ActivityPub рассылка растёт с числом подписчиков.

Одноранговые оверлеи и распределённые хеш-таблицы — Freenet (2001) [13], Chord [7], Kademlia [8]. Узлы равноправны, нагрузка O(log N), но узел хранит и маршрутизирует данные незнакомых участников.

Сети доверенных узлов (F2F, от англ. friend-to-friend). Термин предложен Д. Бриклином в 2000 г. [14]: узел устанавливает соединения только с узлами своих знакомых. Примеры: Turtle (Попеску, Криспо, Таненбаум, 2004) [15], OneSwarm [16], «тёмный» режим Freenet, RetroShare, GNUnet; сюда же относятся хранилища на доверенных узлах [17]. Число соединений узла ограничено числом его друзей [18, 19], однако сообщения по цепочкам друзей проходят через незаинтересованные узлы, а маршрутизация в таких сетях остаётся сложной задачей [18, 19, 20]. F2F-сети — ближайший предшественник предлагаемого понятия: они первыми ограничили узел кругом его знакомых — но по числу соединений, а не по нагрузке.

Анонимизирующие оверлейные сети (луковая маршрутизация) — развитие идеи сетей смешивания Д. Чаума (1981) [40] и луковой маршрутизации Д. Гольдшлага, М. Рида и П. Сиверсона (1996) [41]; реализации — Tor (2002–2004) [21], Session (2020) [22]. Узлы-ретрансляторы, которые держат добровольцы или операторы, несут чужой транзит пропорционально своей пропускной способности.

Сети, терпимые к задержкам (DTN) — архитектура Фолла (2003) [23], RFC 4838 [24], Bundle Protocol v7, RFC 9171 [25]: «сохранить и переслать» при разрывах связи. Историческая реализация того же принципа — FidoNet (1984) [26], современные — NNCP (2016) [27].

Стеки для любых каналов и радиосети — Reticulum (протокол опубликован в 2016 г.) и мессенджер LXMF [28]: работа от единиц бит в секунду (LoRa, пакетное радио) до интернета, шифрование по умолчанию; Meshtastic (2020) [29] — текстовая связь через радиомодули LoRa.

Общественные сети (community networks) — Freifunk, Guifi.net [30]: сети, которые создают и обслуживают сами пользователи.

Локально-ориентированное ПО (local-first) [31] и Secure Scuttlebutt (2014) [32]: данные живут у пользователя; в SSB узел хранит ленты своих друзей и друзей друзей, а синхронизация происходит при встрече узлов.

Реле — Nostr (2020) [33]: простые серверы-реле, популярные из которых нагружены всей аудиторией.

4. Понятие мало нагруженной распределённой сети

4.1 Определение

Мало нагруженная распределённая сеть передачи данных — сеть, в которой каждый узел обслуживает небольшой, естественно ограниченный круг участников и пропускает в основном их собственный трафик. Узлы равноправны и работают на обычном оборудовании. Сеть передаёт минимально необходимое, допускает задержки и разрывы связи и не имеет центра, выключение или изъятие которого остановит её работу.

Понятие относится к устройству сети, а не к её загрузке в данный момент (п. 2.5, 2.7).

4.2 Признаки

1. Свой круг — нагрузка узла растёт с его кругом: людьми и программными агентами, которых он обслуживает, а не с размером всей сети. Главный признак.
2. Обычное оборудование — домашний компьютер, мини-сервер, маршрутизатор; центр обработки данных не нужен.
3. Экономия передачи — сначала текст и сигналы, объёмные данные по запросу.
4. Терпимость к задержкам — при отсутствии связи сообщение ожидает и передаётся позже, в том числе по медленному каналу.
5. Отсутствие центра — нет единой точки отказа, блокировки или изъятия.
6. Слепота узла — узел переносит только шифротекст и не может его прочитать (принцип Zero Knowledge Infrastructure).

4.3 Отличие от предшественников

5. Градация: классы LL

Класс нагрузки узла определяется наиболее быстро растущей из трёх её составляющих: пропускаемого трафика, хранимых данных, поддерживаемого служебного состояния. N — число участников сети, k — размер круга узла: число его пользователей и программных агентов. Запись O(x) («О большое от x»; введена П. Бахманом в 1894 г. [42] и распространена Э. Ландау в 1909 г. [43]) означает, что величина растёт не быстрее, чем x, умноженное на постоянную; для класса LL-0 в оценке нагрузки нет N, только k.

Мало нагруженной сетью в строгом смысле называется сеть класса LL-0; LL-1 — почти мало нагруженной.

6. Сравнительный анализ

6.1 Признаки (1 — выполнен, ½ — частично, 0 — нет) и классы

Пояснения. Signal и WhatsApp получают ½ по признаку 6: содержимое сквозь-шифровано, но организация видит метаданные и управляет серверами. У Reticulum и NNCP промежуточные узлы несут и хранят чужие пакеты (признак 1 — ½, класс LL-1). Год — первый публичный выпуск (Reticulum: разработка с 2014 г.; Signal: предшественники TextSecure/RedPhone — 2010 г.; Briar: разработка с 2011 г.).

6.2 Наблюдения

• По главному признаку (класс LL) строже всех Nevod, Briar и Secure Scuttlebutt (LL-0); Reticulum и NNCP относятся к LL-1.
• Все централизованные и федеративные сети, а также анонимизирующие оверлейные сети — LL-3: децентрализация владения не означает децентрализации нагрузки.

7. Nevod как пример класса LL-0 и его ограничения

Nevod [34] — сеть обмена сообщениями, построенная по принципу Zero Knowledge Infrastructure: узел («нода») обслуживает только своих участников и переносит зашифрованные сообщения, не имея доступа к содержимому; центра нет; ноды работают на домашнем оборудовании или арендованных серверах. Служебная таблица нод растёт с числом нод, а не пользователей, и мала.

Ограничения на сентябрь 2026 г. (признаки выполнены не полностью, практика не подтверждена):

• признак 3: медиаданные передаются целиком, без превью и загрузки по запросу;
• признак 4: недоставленные сообщения хранятся 72 часа, работа только через интернет;
• нет прямой секретности (forward secrecy): сообщения шифруются на долговременный ключ получателя;
• узел видит метаданные доставки (кто, кому, когда);
• работающий прототип без реальных пользователей и без независимого аудита; код закрыт; приложение только для iOS.

Признаки выведены из принципов Nevod, поэтому сравнение ему заведомо благоприятно; оценка Nevod отражает архитектуру, а не зрелость продукта.

8. Открытые вопросы

1. Хранение для получателя, долго находящегося вне сети: кто хранит и сколько, не нарушая класс LL-0.
2. Поиск пути между узлами при их большом числе без центрального каталога.
3. Допустим ли ограниченный транзит (LL-1) ради доставки через медленные каналы, и нужна ли взаимность («пропускаешь чужое — пропускают твоё»).
4. Какие составляющие считать нагрузкой: трафик, хранение, состояние, энергопотребление, время администратора.
5. Формальная метрика «круга узла» k и её измерение на реальных сетях.

9. Заключение

Существующие в теории связи понятия нагрузки описывают состояние сети, а не свойство её архитектуры. Предложенное понятие мало нагруженной распределённой сети выделяет архитектурный класс, в котором нагрузка узла ограничена его кругом, и дополняет известные подходы — F2F, DTN, распределённые хеш-таблицы, local-first, общественные сети — сочетанием шести признаков. Градация LL-0…LL-3 делает понятие измеримым и позволяет отнести к классу любую сеть. Проверка на практике и полный обзор литературы по закрытым базам (IEEE, ACM, eLibrary) — следующие шаги.

---

Литература

1. Kleinrock L. Queueing Systems. Vol. 1: Theory. — New York: Wiley, 1975.
2. Erlang A. K. The theory of probabilities and telephone conversations // Nyt Tidsskrift for Matematik B. — 1909. — Vol. 20. — P. 33–39.
3. Jain R., Ramakrishnan K. K., Chiu D.-M. Congestion Avoidance in Computer Networks with a Connectionless Network Layer. — DEC-TR-506, 1988. — https://arxiv.org/abs/cs/9809094
4. Jacobson V. Congestion Avoidance and Control // Proc. ACM SIGCOMM '88. — 1988. — https://ee.lbl.gov/papers/congavoid.pdf
5. Blake S. et al. An Architecture for Differentiated Services. — RFC 2475, 1998. — https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc2475
6. ITU-T Recommendation Y.1541. Network performance objectives for IP-based services. — https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1541
7. Stoica I. et al. Chord: A Scalable Peer-to-peer Lookup Service for Internet Applications // Proc. ACM SIGCOMM 2001. — https://pdos.csail.mit.edu/papers/chord:sigcomm01/chord_sigcomm.pdf
8. Maymounkov P., Mazières D. Kademlia: A Peer-to-peer Information System Based on the XOR Metric // IPTPS 2002. — https://pdos.csail.mit.edu/~petar/papers/maymounkov-kademlia-lncs.pdf
9. LibreSocial: A Peer-to-Peer Framework for Online Social Networks. — 2020. — https://arxiv.org/abs/2001.02962
10. Signal Protocol: Technical Documentation. — https://signal.org/docs/
11. Matrix Specification. — https://spec.matrix.org/
12. Lemmer-Webber C., Tallon J. et al. ActivityPub. W3C Recommendation, 2018. — https://www.w3.org/TR/activitypub/
13. Clarke I., Sandberg O., Wiley B., Hong T. W. Freenet: A Distributed Anonymous Information Storage and Retrieval System // Designing Privacy Enhancing Technologies, LNCS 2009. — Springer, 2001. — https://link.springer.com/chapter/10.1007/3-540-44702-4_4
14. Bricklin D. Friend-to-Friend Networks. — 2000. — http://www.bricklin.com/f2f.htm ; обзор: https://en.wikipedia.org/wiki/Friend-to-friend
15. Popescu B. C., Crispo B., Tanenbaum A. S. Safe and Private Data Sharing with Turtle: Friends Team-Up and Beat the System // Security Protocols, 12th International Workshop, 2004. — https://link.springer.com/chapter/10.1007/11861386_24
16. Isdal T., Piatek M., Krishnamurthy A., Anderson T. Privacy-preserving P2P data sharing with OneSwarm // Proc. ACM SIGCOMM 2010. — https://dl.acm.org/doi/10.1145/1851182.1851198
17. Li J., Dabek F. F2F: reliable storage in open networks // IPTPS 2006. — https://pdos.csail.mit.edu/~jinyang/pub/iptps-f2f.pdf
18. Evans N. S., GauthierDickey C., Grothoff C. Routing in the Dark: Pitch Black // ACSAC 2007. — https://www.researchgate.net/publication/4303478_Routing_in_the_Dark_Pitch_Black
19. Roos S., Strufe T. A Contribution to Analyzing and Enhancing Darknet Routing // IEEE INFOCOM 2013. — https://www.researchgate.net/publication/261060412_A_Contribution_to_Analyzing_and_Enhancing_Darknet_Routing
20. Roos S., Beck M., Strufe T. VOUTE — Virtual Overlays Using Tree Embeddings. — 2016. — https://arxiv.org/abs/1601.06119 ; см. также Socially-Aware Distributed Hash Tables for Decentralized Online Social Networks. — https://arxiv.org/abs/1508.05591
21. Dingledine R., Mathewson N., Syverson P. Tor: The Second-Generation Onion Router // Proc. 13th USENIX Security Symposium, 2004. — https://www.usenix.org/legacy/event/sec04/tech/dingledine.html
22. Jefferys K., Shishmarev M., Harman S. Session: End-To-End Encrypted Conversations With Minimal Metadata Leakage. — 2020. — https://arxiv.org/abs/2002.04609
23. Fall K. A Delay-Tolerant Network Architecture for Challenged Internets // Proc. ACM SIGCOMM 2003. — https://dl.acm.org/doi/10.1145/863955.863960
24. Cerf V. et al. Delay-Tolerant Networking Architecture. — RFC 4838, 2007. — https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc4838
25. Burleigh S., Fall K., Birrane E. Bundle Protocol Version 7. — RFC 9171, 2022. — https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc9171
26. FidoNet Technical Standards Committee. — http://ftsc.org/
27. Matveev S. NNCP — Node to Node copy. — http://www.nncpgo.org/
28. Qvist M. Reticulum Network Stack: Manual. — https://reticulum.network/ ; https://github.com/markqvist/Reticulum
29. Meshtastic. — https://meshtastic.org/
30. Braem B. et al. A case for research with and on community networks // ACM SIGCOMM Computer Communication Review. — 2013. — Vol. 43, No. 3. — P. 68–73. — https://doi.org/10.1145/2500098.2500108 ; Freifunk: https://freifunk.net/ ; Guifi.net: https://guifi.net/
31. Kleppmann M., Wiggins A., van Hardenberg P., McGranaghan M. Local-first software: you own your data, in spite of the cloud // Onward! 2019. — https://doi.org/10.1145/3359591.3359737 ; https://www.inkandswitch.com/local-first/
32. Tarr D., Lavoie E., Meyer A., Tschudin C. Secure Scuttlebutt: An Identity-Centric Protocol for Subjective and Decentralized Applications // ACM ICN '19. — 2019. — https://doi.org/10.1145/3357150.3357396
33. Nostr: Notes and Other Stuff Transmitted by Relays (NIPs). — https://github.com/nostr-protocol/nips
34. Nevod. Zero Knowledge Infrastructure. — https://nevod.network/
35. Briar Project. — https://briarproject.org/
36. ITU-T Recommendation E.500. Traffic intensity measurement principles. — 1998. — https://www.itu.int/rec/T-REC-E.500
37. ITU-T Recommendation E.412. Network management controls. — 1988. — https://www.itu.int/rec/T-REC-E.412
38. Nagle J. Congestion Control in IP/TCP Internetworks. — RFC 896, 1984. — https://www.rfc-editor.org/rfc/rfc896
39. ГОСТ 22348-86. Сеть связи автоматизированная единая. Термины и определения. — http://docs.cntd.ru/document/1200015727
40. Chaum D. L. Untraceable Electronic Mail, Return Addresses, and Digital Pseudonyms // Communications of the ACM. — 1981. — Vol. 24, No. 2. — P. 84–90. — https://doi.org/10.1145/358549.358563
41. Goldschlag D. M., Reed M. G., Syverson P. F. Hiding Routing Information // Information Hiding, LNCS 1174. — Springer, 1996. — P. 137–150. — https://doi.org/10.1007/3-540-61996-8_37
42. Bachmann P. Die analytische Zahlentheorie (Zahlentheorie, Teil 2). — Leipzig: Teubner, 1894. — https://archive.org/details/dieanalytischeza00bachuoft
43. Landau E. Handbuch der Lehre von der Verteilung der Primzahlen. — Leipzig: Teubner, 1909. — https://archive.org/details/handbuchderlehre01landuoft

---

Примечание о методике. Обзор выполнен по открытым источникам; платные базы (IEEE Xplore, ACM Digital Library — полные тексты, Springer, eLibrary) систематически не просматривались. Оценки признаков и классов — экспертные, по публичным описаниям сетей на сентябрь 2026 г.

← Публикации