رسم تخطيطي لشبكة كمبيوتر ARPA لشهر يونيو 1967. دائرة فارغة - كمبيوتر مع مشاركة وصول ، دائرة بشرطة - محطة طرفية لمستخدم واحد
مقالات أخرى في السلسلة:
- تاريخ التتابع
- تاريخ أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية
- تاريخ الترانزستور
- تاريخ الإنترنت
بحلول نهاية عام 1966 بأموال ARPA ، أطلق مشروعًا لربط العديد من أجهزة الكمبيوتر بنظام واحد ، مستوحى من فكرة "» .
وضع تايلور المسؤولية عن تنفيذ المشروع في أيدٍ أمينة . في العام التالي ، اتخذ روبرتس العديد من القرارات الحاسمة التي من شأنها أن يتردد صداها من خلال الهندسة المعمارية التقنية وثقافة ARPANET وخلفائها ، في بعض الحالات حتى لعدة عقود. كان القرار الأول ، من حيث الأهمية ، ولكن ليس في التسلسل الزمني ، هو تحديد آلية لتوجيه الرسائل من كمبيوتر إلى آخر.
مشكلة
إذا أراد الكمبيوتر "أ" إرسال رسالة إلى الكمبيوتر "ب" ، فكيف يمكن لهذه الرسالة أن تجد طريقها من واحدة إلى أخرى؟ من الناحية النظرية ، يمكن للمرء أن يسمح لكل عقدة في شبكة اتصالات بالتواصل مع أي شخص آخر عن طريق توصيل الكابلات المادية من كل عقدة بكل منها. للتواصل مع B ، سيرسل الكمبيوتر A ببساطة رسالة عبر الكبل الصادر الذي يربطه بـ B. وتسمى هذه الشبكة بالشبكة المتداخلة. ومع ذلك ، بالنسبة لأي حجم شبكة كبير ، يصبح هذا النهج سريعًا غير عملي حيث يزداد عدد الاتصالات مع زيادة عدد العقد (على وجه الدقة ، مثل (n2 - n) / 2).
لذلك ، هناك حاجة إلى طريقة ما لإنشاء مسار رسالة ، والتي ، عند وصول رسالة إلى عقدة وسيطة ، سترسلها إلى الهدف بشكل أكبر. في أوائل الستينيات ، عُرف نهجان أساسيان لحل هذه المشكلة. الأول هو طريقة تبديل الرسائل من خلال "التخزين والنقل". تم استخدام هذا النهج من قبل نظام التلغراف. عندما تصل رسالة إلى عقدة وسيطة ، يتم تخزينها مؤقتًا هناك (عادةً في شكل شريط ورقي) حتى يمكن نقلها إلى الهدف ، أو إلى مركز وسيط آخر أقرب إلى الهدف.
ثم جاء الهاتف ، وكان مطلوبا نهجا جديدا. إن التأخير لعدة دقائق بعد كل بيان يتم الإدلاء به على الهاتف ، والذي كان يجب نسخه ونقله إلى الوجهة ، من شأنه أن يعطي انطباعًا بوجود محادثة مع محاور موجود على سطح المريخ. بدلاً من ذلك ، استخدم الهاتف تبديل الدائرة. بدأ المتصل كل مكالمة بإرسال رسالة خاصة توضح من يريد الاتصال به. في البداية ، قاموا بذلك عن طريق التحدث مع المشغل ، ثم طلب رقم تمت معالجته بواسطة جهاز آلي على المحول. أنشأ المشغل أو الجهاز اتصالًا كهربائيًا مخصصًا بين المتصل والمشترك الذي تم الاتصال به. في حالة المكالمات بعيدة المدى ، قد يتطلب ذلك عدة تكرارات لتوصيل المكالمة من خلال عدة مفاتيح تحويل. بعد إنشاء الاتصال ، يمكن أن تبدأ المحادثة نفسها ، ويتم الحفاظ على الاتصال حتى قاطعه أحد الطرفين عن طريق قطع الاتصال.
اتصال رقمي تقرر استخدامه في ARPANET لتوصيل أجهزة الكمبيوتر التي تعمل وفقًا للمخطط ، استخدم ميزات كل من التلغراف والهاتف. من ناحية أخرى ، تم إرسال رسائل البيانات في حزم منفصلة ، كما هو الحال في التلغراف ، وليس في شكل محادثات مستمرة على الهاتف. ومع ذلك ، يمكن أن تكون هذه الرسائل ذات أحجام مختلفة لأغراض مختلفة ، من أوامر وحدة التحكم التي يبلغ طولها بضعة أحرف ، إلى ملفات البيانات الكبيرة المنقولة من كمبيوتر إلى آخر. إذا تأخر نقل الملفات ، فلا أحد يشتكي من ذلك. لكن التفاعل عن بُعد يتطلب استجابة سريعة ، مثل مكالمة هاتفية.
كان أحد الاختلافات المهمة بين شبكات بيانات الكمبيوتر من ناحية ، والهاتف والتلغراف من ناحية أخرى ، هو الحساسية للأخطاء في البيانات التي تعالجها الآلات. إن التغيير أو الضياع أثناء نقل حرف واحد في البرقية ، أو اختفاء جزء من كلمة في محادثة هاتفية ، بالكاد يمكن أن يعطل اتصال شخصين بشكل خطير. ولكن إذا حولت الضوضاء على الخط بت واحد من 0 إلى 1 في أمر تم إرساله إلى كمبيوتر بعيد ، فقد يؤدي ذلك إلى تغيير معنى الأمر تمامًا. لذلك ، يجب فحص كل رسالة بحثًا عن أخطاء ، والاستياء إذا تم العثور على أي منها. ستكون عمليات إعادة المحاولة هذه مكلفة للغاية بالنسبة للرسائل الكبيرة ، ومن المرجح أن تكون بها أخطاء لأن إرسالها يستغرق وقتًا أطول.
جاء حل هذه المشكلة من حدثين مستقلين في عام 1960 ، لكن الحدث الأخير لاحظه أولاً لاري روبرتس و ARPA.
اجتماع
في خريف عام 1967 ، وصل روبرتس إلى جاتلينبرج ، تينيسي ، من فوق قمم الغابات في جبال سموكي العظيمة ، لتسليم وثيقة تصف خطط شبكة ARPA. لقد كان يعمل مع مكتب تكنولوجيا معالجة المعلومات (IPTO) لمدة عام تقريبًا ، لكن العديد من تفاصيل تصميم الشبكة لا تزال غامضة للغاية ، بما في ذلك حل مشكلة التوجيه. بصرف النظر عن الإشارات الغامضة إلى الكتل وأحجامها ، كانت الإشارة الوحيدة إليها في عمل روبرتس عبارة عن ملاحظة موجزة ومراوغة في النهاية: "يبدو من الضروري الاحتفاظ بخط الاتصال المستخدم بشكل متقطع للحصول على ردود في الجزء العاشر. إلى ثانية واحدة مطلوبة للعمل التفاعلي. هذا مكلف للغاية من حيث موارد الشبكة ، وما لم نتمكن من الاتصال بشكل أسرع ، سيصبح تبديل الرسائل والتركيز مهمين للغاية للمشاركين في الشبكة. " على ما يبدو ، لم يكن روبرتس قد قرر بحلول ذلك الوقت ما إذا كان سيتخلى عن النهج الذي استخدمه مع توم ماريل في عام 1965 ، أي توصيل أجهزة الكمبيوتر من خلال شبكة الهاتف المحولة باستخدام الاتصال التلقائي.
من قبيل الصدفة ، كان شخص آخر حاضرًا أيضًا في نفس الندوة ، بفكرة مدروسة بشكل أفضل لحل مشكلة التوجيه في شبكات البيانات. عبر روجر سكانتلبري المحيط الأطلسي ، قادمًا من المختبر الفيزيائي الوطني البريطاني (NPL) مع تقرير. أخذ Scantlebury روبرتس جانبًا بعد تقريره وأخبره بفكرته. . تم تطوير هذه التقنية من قبل مشرفه في NPL ، دونالد ديفيس. في الولايات المتحدة ، إنجازات ديفيس وتاريخه غير معروفين جيدًا ، على الرغم من أنه في خريف عام 1967 كانت مجموعة ديفيز NPL قبل عام على الأقل من ARPA بأفكارها.
كان ديفيس ، مثل العديد من الرواد الأوائل في أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية ، فيزيائيًا عن طريق التدريب. تخرج من إمبريال كوليدج لندن في 1943 ، وتم قبوله على الفور في برنامج سري للأسلحة النووية يحمل الاسم الرمزي . هناك قاد مجموعة من الآلات الحاسبة البشرية الذين استخدموا الآلات الحاسبة الميكانيكية والكهربائية لإصدار الحلول العددية بسرعة للمشكلات المتعلقة بالاندماج النووي (كان قائده ، عالم فيزياء مغترب ألماني ، كان قد بدأ بحلول ذلك الوقت بالفعل في نقل أسرار الأسلحة النووية إلى الاتحاد السوفيتي). بعد الحرب ، سمع من عالم الرياضيات جون وومرسلي عن مشروع كان يديره في NPL لبناء كمبيوتر إلكتروني يقوم بنفس العمليات الحسابية بسرعات أعلى بكثير. تسمى ACE ، "آلة الحوسبة الأوتوماتيكية".
قفز ديفيس إلى الفكرة ووقع على NPL بأسرع ما يمكن. بعد أن ساهم في التصميم التفصيلي وبناء كمبيوتر ACE ، ظل منخرطًا بعمق في مجال الحوسبة كرائد أبحاث في NPL. في عام 1965 ، صادف تواجده في الولايات المتحدة لحضور اجتماع احترافي يتعلق بعمله ، واغتنم الفرصة لزيارة العديد من مواقع الكمبيوتر الرئيسية لمشاركة الوقت لمعرفة سبب هذه الجلبة. في بيئة الحوسبة البريطانية ، لم تكن مشاركة الوقت بالمعنى الأمريكي للمشاركة التفاعلية لجهاز كمبيوتر من قبل عدة مستخدمين معروفة. بدلاً من ذلك ، استخدموا مشاركة الوقت لتوزيع الحمل على الكمبيوتر بين العديد من برامج معالجة الدُفعات (بحيث ، على سبيل المثال ، يعمل أحد البرامج بينما كان الآخر مشغولاً بالقراءة من الشريط). ثم سيطلق على هذا الخيار اسم متعدد البرمجة.
نقلته رحلات ديفيس إلى Project MAC في MIT ، ومشروع JOSS من مؤسسة RAND في كاليفورنيا ، ونظام Dartmouth لتقاسم الوقت في نيو هامبشاير. في طريق عودته إلى المنزل ، عرض أحد زملائه عقد ورشة عمل مشتركة لتثقيف المجتمع البريطاني حول التقنيات الجديدة التي تعلموها في الولايات المتحدة. وافق ديفيس واستضاف العديد من الشخصيات البارزة في الحوسبة الأمريكية ، بما في ذلك (مبتكر "نظام مشاركة الوقت القابل للتشغيل البيني" في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) ولاري روبرتس نفسه.
أثناء الندوة (أو ربما بعد ذلك مباشرة) ، صُدم ديفيس بفكرة أن فلسفة مشاركة الوقت يمكن تطبيقها على خطوط اتصال أجهزة الكمبيوتر ، وليس فقط على أجهزة الكمبيوتر نفسها. تمنح أجهزة الكمبيوتر التي تشارك الوقت كل مستخدم جزءًا صغيرًا من وقت وحدة المعالجة المركزية ثم التبديل إلى آخر ، مما يمنح كل مستخدم وهم امتلاك جهاز كمبيوتر تفاعلي خاص به. وبالمثل ، من خلال تقطيع كل رسالة إلى قطع ذات حجم قياسي ، والتي أطلق عليها ديفيز "الحزم" ، يمكن مشاركة قناة اتصال واحدة بين العديد من أجهزة الكمبيوتر أو مستخدمي جهاز كمبيوتر واحد. علاوة على ذلك ، فإنه سيحل جميع جوانب نقل البيانات التي لم تكن مفاتيح الهاتف والبرقية مناسبة لها. لن يتم حظر مستخدم المحطة التفاعلية الذي يرسل أوامر قصيرة ويتلقى ردودًا قصيرة عن طريق نقل ملف كبير لأن النقل سيتم تقسيمه إلى العديد من الحزم. سيؤثر أي تلف في مثل هذه الرسائل الكبيرة على حزمة واحدة يمكن إعادة إرسالها بسهولة لإكمال الرسالة.
وصف ديفيس أفكاره في ورقة بحثية غير منشورة عام 1966 بعنوان "اقتراح لشبكة اتصالات رقمية". في ذلك الوقت ، كانت شبكات الهاتف الأكثر تقدمًا على وشك حوسبة المحولات ، واقترح ديفيس دمج تحويل الحزم في شبكة الهاتف من الجيل التالي ، وإنشاء شبكة اتصالات واحدة عريضة النطاق قادرة على تلبية الطلبات المختلفة ، من المكالمات الهاتفية البسيطة إلى الاتصالات البعيدة. الوصول إلى أجهزة الكمبيوتر. بحلول ذلك الوقت ، تمت ترقية Davies إلى مدير NPL وشكل فريق اتصالات رقمية تحت Scantlebury لأخذ مشروعه ثماره وإنشاء عرض توضيحي عملي.
في السنة التي سبقت مؤتمر جاتلينبرج ، عمل فريق Scantlebury على جميع تفاصيل إنشاء شبكة تبديل الحزم. يمكن التغلب على فشل عقدة واحدة من خلال التوجيه التكيفي القادر على التعامل مع مسارات متعددة إلى وجهة ، ويمكن حل فشل حزمة واحدة عن طريق إعادة إرسالها. قالت المحاكاة والتحليل أن حجم الحزمة الأمثل سيكون 1000 بايت - إذا قمت بتصغيرها كثيرًا ، فستكون تكاليف النطاق الترددي لخطوط البيانات الوصفية في الرأس كبيرة جدًا ، وأكثر من ذلك بكثير - وسيزداد وقت الاستجابة للمستخدمين التفاعليين في كثير من الأحيان بسبب الرسائل الكبيرة.
احتوى عمل Scantlebury على تفاصيل مثل تنسيق الحزمة ...
... وتحليل تأثير أحجام الحزم على زمن انتقال الشبكة.
في غضون ذلك ، أدى البحث عن ديفيس وسكانتلبري إلى اكتشاف أوراق بحثية مفصلة قام بها أميركي آخر جاء بفكرة مماثلة قبلهم ببضع سنوات. و لكن في نفس الوقت ، وهو مهندس كهربائي في مؤسسة RAND ، لم يفكر مطلقًا في احتياجات مستخدمي الكمبيوتر الذين يشاركون الوقت. كانت مؤسسة RAND مؤسسة فكرية ممولة من وزارة الدفاع الأمريكية في سانتا مونيكا بكاليفورنيا ، وقد تأسست بعد الحرب العالمية الثانية للتخطيط طويل المدى وتحليل القضايا الإستراتيجية للجهود الحربية. كان هدف باران هو تأخير الحرب النووية من خلال إنشاء شبكة اتصالات عسكرية موثوقة للغاية قادرة على الصمود حتى في هجوم نووي واسع النطاق. مثل هذه الشبكة ستجعل الضربة الاستباقية السوفيتية أقل جاذبية ، حيث سيكون من الصعب للغاية تدمير قدرة الولايات المتحدة على ضرب بضع نقاط حساسة رداً على ذلك. للقيام بذلك ، اقترح باران نظامًا يقسم الرسائل إلى ما أسماه كتل الرسائل التي يمكن نقلها بشكل مستقل عبر شبكة من عقد الاتصال مع عدد كبير من الاتصالات ، ثم يتم تجميعها معًا عند نقطة النهاية.
كان لدى ARPA إمكانية الوصول إلى تقارير RAND الشاملة من Baran ، ولكن نظرًا لأنها لم تكن مرتبطة بأجهزة كمبيوتر تفاعلية ، فإن أهميتها بالنسبة لـ ARPANET لم تكن واضحة. يبدو أن روبرتس وتايلور لم يلاحظهما. بدلاً من ذلك ، في اجتماع فرصة واحدة ، سلم Scantlebury كل شيء إلى روبرتس على طبق من الفضة: آلية تبديل مدروسة جيدًا ، وقابلية التطبيق لمهمة إنشاء شبكات كمبيوتر تفاعلية ، ومواد مرجعية من RAND ، وحتى اسم "الحزمة". كما أقنع العمل NPL روبرتس أن سرعات أعلى ستكون مطلوبة لتوفير نطاق ترددي جيد ، لذلك قام بترقية خططه إلى روابط 50 كيلو بت في الثانية. لإنشاء ARPANET ، تم حل جزء أساسي من مشكلة التوجيه.
صحيح ، هناك نسخة أخرى لظهور فكرة تبديل الحزم. ادعى روبرتس في وقت لاحق أنه كان لديه بالفعل أفكار مماثلة في رأسه ، وذلك بفضل عمل زميله ، لين كلاينروك ، الذي زُعم أنه وصف هذا المفهوم في وقت مبكر من عام 1962 ، في أطروحة الدكتوراه الخاصة به على شبكات الاتصالات. ومع ذلك ، من الصعب للغاية استخلاص مثل هذه الفكرة من هذا العمل ، وإلى جانب ذلك ، لم أجد أي تأكيد آخر لهذا الإصدار.
شبكات لم تكن موجودة
كما نرى ، كان فريقان متقدمين على ARPA في تطوير تبديل الحزم ، وهي تقنية أثبتت فعاليتها لدرجة أنها تدعم الآن جميع الاتصالات تقريبًا. لماذا كانت ARPANET أول شبكة مهمة تستخدمها؟
الأمر كله يتعلق بالتفاصيل التنظيمية. لم يكن لدى ARPA إذن رسمي لإنشاء شبكة اتصالات ، ولكن كان هناك عدد كبير من مراكز البحث الموجودة بالفعل مع أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ، وثقافة الأخلاق "الحرة" ، والتي لم يتم الاعتناء بها عمليًا ، وجبال من المال. كان طلب تايلور الأصلي لعام 1966 للحصول على أموال لبناء ARPANET مليون دولار ، واستمر روبرتس في إنفاق هذا المبلغ كل عام من عام 1 فصاعدًا لبناء الشبكة وتشغيلها. في الوقت نفسه ، بالنسبة إلى ARPA ، كانت هذه الأموال تافهة ، لذلك لم يقلق أي من رؤسائه بشأن ما يفعله روبرتس معهم ، طالما أنه يمكن بطريقة ما أن ينجذب إلى احتياجات الدفاع الوطني.
لم يكن لدى Baran القدرة أو السلطة في RAND لفعل أي شيء. كان عمله استكشافيًا وتحليليًا بحتًا ، ويمكن تطبيقه على الدفاع إذا رغبت في ذلك. في عام 1965 ، أوصت مؤسسة RAND القوات الجوية بنظامه ، الذي وافق على أن المشروع قابل للتطبيق. لكن تنفيذها وقع على عاتق وكالة الاتصالات الدفاعية ، ولم يفهموا الاتصالات الرقمية حقًا. أقنع باران رؤساء مؤسسة RAND أنه سيكون من الأفضل سحب الاقتراح بدلاً من تركه يذهب عشوائياً وإفساد سمعة الاتصالات الرقمية الموزعة.
كان ديفيس ، بصفته رئيس NPL ، يتمتع بسلطة أكبر بكثير من Baran ، ولكن ميزانية أضيق من ARPA ، ولا توجد شبكة اجتماعية وتقنية جاهزة من أجهزة الكمبيوتر البحثية. تمكن من وضع نموذج أولي لشبكة تبديل الحزمة المحلية (كانت هناك عقدة واحدة فقط ولكن العديد من المحطات الطرفية) في NPL في أواخر الستينيات ، بميزانية متواضعة تبلغ 1960 جنيه إسترليني على مدى ثلاث سنوات. أنفقت ARPANET حوالي نصف هذا المبلغ سنويًا على تشغيل وصيانة كل من العقد العديدة للشبكة ، باستثناء الاستثمار الأولي في الأجهزة والبرامج. كانت المنظمة القادرة على إنشاء شبكة تبديل حزم بريطانية واسعة النطاق هي مكتب البريد البريطاني ، الذي يدير شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية في البلاد ، بالإضافة إلى الخدمة البريدية المباشرة. نجح ديفيس في إثارة اهتمام العديد من المسؤولين المؤثرين بأفكاره حول شبكة رقمية مترابطة وطنية ، لكن لم يكن في مقدوره تغيير اتجاه مثل هذا النظام الضخم.
وجد Licklider ، من خلال الجمع بين الحظ والتخطيط ، دفيئة مثالية حيث يمكن لشبكته بين المجرات أن تزدهر. في الوقت نفسه ، لا يمكن القول إن كل شيء ، باستثناء تبديل الحزم ، يعتمد على المال. لعب تنفيذ الفكرة دورًا أيضًا. علاوة على ذلك ، تم تحديد روح ARPANET من خلال العديد من القرارات الهامة الأخرى في مرحلة التصميم. لذلك ، سننظر بعد ذلك في كيفية توزيع المسؤولية بين أجهزة الكمبيوتر التي أرسلت واستقبلت الرسائل ، والشبكة التي أرسلت عبرها هذه الرسائل.
ماذا تقرأ
- جانيت أبات ، ابتكار الإنترنت (1999)
- كاتي هافنر وماثيو ليون ، حيث يبقى السحرة حتى وقت متأخر (1996)
- ليونارد كلاينروك ، "تاريخ مبكر للإنترنت" ، مجلة IEEE Communications Magazine (أغسطس 2010)
- آرثر نوربرغ وجولي أونيل ، تحويل تكنولوجيا الكمبيوتر: معالجة المعلومات للبنتاغون ، 1962-1986 (1996)
- ميتشل والدروب ، آلة الأحلام: جي سي آر ليكليدر والثورة التي جعلت الحوسبة شخصية (2001)
المصدر: www.habr.com