Други статии от цикъла:
- История на реле
- История на електронните компютри
- История на транзистора
- История на интернет
Към средата на 60-те години на миналия век, първите изчислителни системи с разделено време до голяма степен повториха ранната история на първите телефонни комутатори. Предприемачи създаваха тези комутатори, за да позволят на абонатите да ползват услуги от таксита, лекари или пожарникари. Въпреки това, абонатите скоро установиха, че местните комутатори също така се използват за общуване и социализация помежду си. По същия начин системите с разделено време, първоначално създадени, за да позволят на потребителите да „извикват“ изчислителни мощности, бързо се трансформираха в обществени комутатори с вградена система за множество съобщения. През следващото десетилетие компютрите преминават през следващия етап в историята на телефона – появата на взаимовръзки между комутаторите, формиращи регионални и междуградски мрежи.
Протозавод
Първият опит за обединяване на няколко компютъра в по-голяма цялост беше проект за интерактивна компютърна мрежа , система на американската ПВО. Тъй като всеки от 23-те управленски центрове SAGE покриваше определена географска област, беше необходим механизъм за предаване на радарни следи от един център в друг, когато чуждото въздухоплавателно средство преминаваше границата между тези области. Разработчиците на SAGE нарекли тази задача „междусекторна“ [cross-telling] и я решили, като създали линии за предаване на данни на базата на отделени телефонни линии AT&T, проложени между всички съседи центрове за управление. Роналд Ентикнап, част от малка делегация на Кралските въоръжени сили, изпратена в SAGE, ръководел разработката и внедрението на тази подсистема. За съжаление, не намерих подробни описания за „междусекторната“ система, но очевидно компютърът в всеки от централен управления е определял момента, в който следът на радара преминавал в друг сектор, и изпращал своите записи по телефонна линия до компютъра на този сектор, където операторът, следящ там терминал, можел да ги приеме.
Системата SAGE трябваше да преобразува цифрови данни в аналогов сигнал на телефонната линия (а след това обратно на приемната станция), поради което AT&T получи възможността да разработи модема «Bell 101» (или dataset, както първоначално го наричаха), способен да предава скромните 110 бита в секунда. По-късно това устройство беше наречено , благодарение на способността си да модулира аналогов телефонен сигнал чрез набор от изходящи цифрови данни и да демодулира битовете от входящата вълна.
Bell 101 dataset
По този начин SAGE сложи важна техническа основа за по-късни компютърни мрежи. Въпреки това, първата компютърна мрежа, чието наследство беше достатъчно дълго и влиятелно, стана мрежата с името, известно и днес: ARPANET. За разлика от SAGE, тя обединяваше разношерест набор от компютри с времево разделение на потребителите и пакетна обработка на данни, всеки от които имаше своя уникален набор от програми. Мрежата беше замислена като универсална по мащаб и функциониране, и трябваше да задоволи всякакви нужди на потребителите. Проектът се финансираше от отдела за технологии за обработка на информация (Information Processing Techniques Office, IPTO), начело с директора , който беше отдел по компютърни изследвания в ARPA. Но самата идея за такава мрежа беше измислена от първия директор на този отдел, Джоузеф Карл Робнет Ликлайдер.
Идея
Както разбрахме , Ликлайдер, или „Лик“ за своите колеги, по образование беше психолог. Въпреки това, когато работеше с радари в лабораторията на Линкълн в края на 50-те години, той се очарова от интерактивните компютри. Тази страст го накара да финансира някои от първите експерименти с компютри с времево разделен достъп, когато през 1962 г. стана директор на новосформирания IPTO.
По това време той вече мечтаеше за възможността да свърже изолираните интерактивни компютри в по-голяма суперструктура. В работата си от 1960 година по „симбиозата между човека и компютъра“ той пише:
Разумно е да си представим «мисловен център», който може да обедини функциите на съвременните библиотеки и предполагаемите пробиви в съхранението и извличането на информация, както и симбиотичните функции, описани по-горе в настоящата работа. Тази картина може лесно да се разшири в мрежа от такива центрове, свързани с линии за широколентови комуникации, достъпни за индивидуални потребители чрез наемаеми телефонни линии.
Както TX-2 запали пламенна страст у Лик към интерактивните компютри, така и SAGE можеше да му вдъхнови да си представи как могат да се свържат различни интерактивни изчислителни центрове и да се осигури нещо като телефонна мрежа за интелектуални услуги. Откъдето и да е произлязла тази идея, Лик започна да я разпространява сред общността от изследователи, създаден от него в IPTO, а най-известният от тези материали беше докладната записка от 23 април 1963 г., адресирана до „Членовете и отделенията на междуселската компютърна мрежа“, тоест различни изследователи, получаващи финансиране от IPTO за компютърен достъп с времево разделение и други изчислителни проекти.
Записката изглежда неорганизирана и хаотична, явно е диктувана в движение и не е редактирана. Затова, за да разберем какво точно е искал да каже Лик относно компютърните мрежи, е нужно да помислим малко. Въпреки това, някои моменти веднага изпъкват. Първо, Лик спомена, че „различните проекти“, финансирани от IPTO, всъщност принадлежат на „една област“. След това той обсъжда необходимостта от разпределяне на пари и проекти за максимизиране на предимствата на този бизнес, тъй като сред мрежата от изследователи „за да постигне напредък, всеки активен изследовател се нуждае от софтуерна база и оборудване, по-сложни и всестранни, отколкото може сам да създаде в разумно време“. Лик заключава, че за постигане на тази глобална ефективност са необходими определени лични отстъпки и жертви.
След това той започва подробно да обсъжда компютърни (а не социални) мрежи. Пише за необходимостта от определен език за управление на мрежата (това, което по-късно ще бъде наречено протокол) и своето желание някой ден да види компютърната мрежа IPTO, състояща се от „поне четири големи компютъра, възможно шест-восем малки компютъра и голямо разнообразие от дискови и магнитни носители – да не говорим за отдалечени конзоли и теле типни станции“. Накрая, на няколко страници той описва конкретен пример за това как в бъдеще може да се развива взаимодействието с такава компютърна мрежа. Лик си представя ситуация, в която провежда анализ на някои експериментални данни. „Проблемът е, — пише той, — че нямам прилична програма за изграждане на графики. Има ли подходяща програма някъде в системата? Използвайки доктрината на мрежовото превъзходство, първо запитвам местния компютър, а след това и другите центрове. Да предположим, че работя в SDC и че намирам нещо като подходяща програма на диска в Бъркли“. Той иска от мрежата да изпълни тази програма, предполагаща, че „с сложна система за управление на мрежата не трябва да решавам дали да предавам данни, за да бъдат обработвани от други места, или да изтегля програми за да ги стартирам за работа с моите данни.“
Всички заедно, тези фрагменти от идеи разкриват по-голямата схема, замислена от Ликлайдер: първо, да раздели определени специалности и области на знание между изследователите, получаващи финансиране от IPTO, а след това да построи на базата на това социална общност от компютри IPTO. Това физическо проявление на „общото дело“ на IPTO ще позволи на изследователите да споделят знания и да получат предимства от специализираното оборудване и софтуер на всяко от работните места. По този начин IPTO ще може да избегне разточителното дублиране, като същевременно усилва възможностите на всеки вложен долар, давайки на всеки изследовател от всички проекти на IPTO достъп до пълния спектър на изчислителни възможности.
Тази идея за разделение на ресурсите между членовете на изследователската общност чрез комуникационна мрежа посея в IPTO семена, които след няколко години поникнаха в създаването на ARPANET.
Въпреки военното си произход, ARPANET, основана в Пентагона, нямаше военно оправдание. Понякога се казва, че тази мрежа е разработена като военна комуникационна мрежа, способна да оцелее след ядрена атака. Както ще видим по-късно, между ARPANET и по-ранен проект с подобно предназначение съществува непряка връзка, а ръководителите на ARPA периодично разказвали за „укрепени системи“, за да оправдаят съществуването на мрежата си пред Конгреса или министъра на отбраната. Но всъщност IPTO е създала ARPANET изцяло за вътрешните си нужди, за да подкрепя общността от изследователи – голяма част от които не можеха да оправдаят дейността си с работа по отбранителни цели.
Междувременно, в момента на публикуването на известната си служебна бележка, Ликлайдер вече е започнал да планира зародиша на междупланетарната си мрежа, директор на която ще стане от Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA).
Конзола за SAGE модел OA-1008, в комплект с лазерен пистолет (в края на проводника, под прозрачния пластмасов капак), запалка и пепелник.
Предпосилки
Клейнрок е син на източноевропейски емигранти от работническата класа и е израснал на Манхатън в сенките на [свързва северната част на Манхатън в Ню Йорк с Форт Ли в окръг Бърген в щата Ню Джерси / бел. прев.]. Докато учел в училище, вечер той вземал допълнителни уроци по електротехника в градския колеж на Ню Йорк. Чувствайки възможността да учи в MIT с последващ семестър работа в лабораторията Линкълн на пълен работен ден, той с радост я е приел.
Лабораторията е създадена за обслужване на нуждите на SAGE, но оттогава се е разширила до множество други изследователски проекти, често само косвено свързани с ПВО, ако изобщо имат отношение към отбраната. Сред тях е проект „изследване на Барнстейбъл“, предложена от ВВС концепция за създаване на орбитална лента от метални ленти (подобно на ), които да се използват в глобална комуникационна система. Клейнрок е впечатлен от авторитета на от MIT, затова реши да се фокусира върху теорията на комуникационните мрежи. Изследването на Барнстейбъл даде на Клейнрок първата възможност да приложи теория на информацията и теория на опашките към мрежата за предаване на данни, като разшири този анализ до цяла дисертация по мрежи за обмен на съобщения, съчетавайки математически анализ с експериментални данни, събрани от симулации, работещи на компютри TX-2 в лабораториите на Линкълн. Сред близките колеги на Клейнрок в лабораторията, които също ползвали компютри с времеразделяне, бяха и , с които ще се запознаем по-късно.
През 1963 г. Клейнрок прие предложение за работа в UCLA, а Ликлайдер видя в него възможност. Той беше експерт по мрежи за предаване на данни, който работеше в близост до три локални компютърни центъра: главен изчислителен център, изчислителен център за здравеопазване и Западен център за обработка на данни (кооператив от тридесет института с общ достъп до компютър IBM). Освен това, шест института от Западния център за обработка на данни имаха дистанционна връзка с компютър по модем, а компютърът на System Development Corporation (SDC), спонсориран от IPTO, се намираше на само няколко километра от Санта Моника. IPTO поръча на UCLA да обедини тези четири центъра като първи експеримент за създаване на компютърна мрежа. По-късно, според плана, връзката с Бъркли щеше да може да изследва проблемите, присъщи за предаването на данни на големи разстояния.
Въпреки обещаващата ситуация, проектът се провали и мрежата така и не беше изградена. Директорите на различните центрове в UCLA не се доверяваха един на друг и не вярваха в проекта, което ги накара да откажат да предоставят контрол над изчислителните ресурси на потребителите помежду си. IPTO почти нямаше влияние върху тази ситуация, тъй като нито един от изчислителните центрове не получаваше пари от ARPA. Този политически проблем показва един от основните въпроси в историята на интернет. Ако е много трудно да се убеди различните участници, че организацията на връзките помежду им и сътрудничеството играят в полза на всички страни, как всъщност е възникнал интернет? В следващите статии ще се връщаме многократно към тези въпроси.
Втората опит за IPTO да построи мрежа беше по-успешна, вероятно защото беше много по-маломащабна – това беше проста експериментална проверка. През 1965 година психологът и ученик на Ликлайдер, на име Том Мерил, напусна лабораторията в Линкълн, за да се опита да спечели от общия шум около интерактивните компютри, започвайки собствен бизнес за предоставяне на споделен достъп. Въпреки това, след като не успя да привлече достатъчно платени клиенти, той започна да търси други източници на доходи и в крайна сметка предложи на IPTO да го наемат за провеждане на изследване на компютърните мрежи. Новият директор на IPTO, Айвън Сазърланд, реши да вземе за партньор голяма и уважавана фирма като баласт и предаде подизпълнението на работата на компанията на Мерил през лабораторията в Линкълн. От страна на лабораторията, проектът беше поверен на още един стар колега на Клейнрока, Лоурънс (Лари) Робъртс.
Робъртс, като студент в MIT, овладя работата с компютъра TX-0, построен от лабораторията в Линкълн. Той прекара часове, омагьосан, пред светещия екран на конзолата и в крайна сметка написа програма, която (лошо) разпознаваше ръкописни символи с помощта на невронни мрежи. Както и Клейнрок, той в крайна сметка започна работа в лабораторията за аспирантски заслуги, решавайки задачи, свързани с компютърна графика и компютърно зрение, например разпознаване на ръбове и генериране на триизмерни изображения, на по-голям и мощен TX-2.
През по-голямата част от 1964 година Робертс се фокусира на работа с изображения. След това се срещна с Лик. През ноември същата година той посети конференция, посветена на бъдещето на компютрите, спонсорирана от BBC, която се проведе в санаториум с горещи минерални извори в Хомстед, Западна Вирджиния. Там до късно през нощта разговаря с другите участници на конференцията и за първи път чу как Лик представя идеята си за междупланетна мрежа. Нещо в главата на Робертс се раздвижи – той отлично се справяше с обработката на компютърна графика, но по същество бе ограничен само до уникалния компютър TX-2. Даже ако можеше да сподели софтуера си, никой друг не можеше да го използва, тъй като нямаше еквивалентно оборудване, което да го поддържа. Единственият начин да разширява влиянието на работите си за него беше да ги оповестява в научни трудове, с надеждата, че някой би могъл да ги възпроизведе някъде другаде. Той реши, че Лик е прав – мрежата наистина беше следващата стъпка, която трябваше да се направи за ускоряване на изследванията в областта на компютърните технологии.
И в крайна сметка Робертс започна да работи с Мэриллом, опитвайки се да свърже TX-2 от лабораторията в Линкълн с компютъра SDC в Санта Моника, Калифорния, през телефонна линия, минаваща през цялата страна. В експериментален проект, сякаш копиран от докладната записка на Лик за "междупланетната мрежа", те планираха да накарат TX-2 да спре работата си в средата на изчисленията, да използват автоматичен избирач за обаждане на SDC Q-32, да стартират на този компютър програма за умножение на матрици и след това да продължат първоначалните изчисления, използвайки отговора му.
Освен целесъобразността на използването на скъпа и напреднала технология за предаване на резултатите от проста математическа операция през целия континент, трябва да се отбележи и ужасно малката скорост на работа на този процес, поради използването на телефонната мрежа. За извършване на обаждане беше необходимо да се настрои специална връзка между обаждащия и приемащия, която обикновено преминаваше през няколко различни телефонни станции. През 1965 година почти всички те бяха електромеханични (точно в тази година AT&T стартира първата напълно електрическа станция в г.Сакасуна, Ню Джърси). Магнитите придвижваха метални блокчета от едно място на друго, за да осигурят контакт в всеки от възлите. Целият процес отнемаше няколко секунди, през които TX-2 трябваше просто да седи и чака. Освен това, линиите, отлично пригодени за разговори, бяха твърде шумни за предаване на отделни битове и осигуряваха много малка пропускателна способност (няколко стотин бита в секунда). За наистина ефективна междупланетна интерактивна мрежа беше необходим различен подход.
Експериментът на Мерил-Робъртс не демонстрира практичността или полезността на междуградската мрежа, показвайки само нейната теоретична работоспособност. Но дори и това се оказа достатъчно.
Решение
През средата на 1966 година Робърт Тейлър стана новият, трети директор на IPTO, след Айвън Сазърленд. Той беше ученик на Ликлайдър, също психолог, и дойде в IPTO, след като преди това администрираше изследвания в областта на компютърните науки в НАСА. Явно, почти веднага след пристигането си, Тейлър реши, че е време да реализира мечтата за междупланетна мрежа; именно той стартира проекта, който доведе до създаването на ARPANET.
Парите от ARPA все още текат като река, затова Тейлър не е имал проблеми с получаването на допълнително финансиране от шефа си, Чарлз Херцфелд. Въпреки това, това решение носеше значителен риск от провал. Освен това, през 1965 година, линиите, свързващи противоположните краища на страната, бяха доста ограничени, а никой преди това не беше опитвал нещо, подобно на ARPANET. Може да се припомнят и други ранни експерименти в създаването на компютърни мрежи. Например, Принстън и Карнеги-Мелон създадоха мрежа от компютри с напълно споделен достъп в края на 60-те години в сътрудничество с IBM. Основната разлика на този проект беше неговата хомогенност – в него се използваха абсолютно идентични по хардуер и софтуер компютри.
От друга страна, ARPANET трябваше да се справя с разнообразие. Към средата на 60-те години IPTO финансираше повече от десет организации, всяка от които имаше компютър, и всички те работеха на различен хардуер и с различен софтуер. Възможността да се споделя софтуер рядко беше налична дори сред различни модели на един производител – такова нещо решиха да направят само с най-новата линия IBM System/360.
Разнообразието на системите представляваше риск, който добавяше значителна техническа сложност към разработката на мрежата, както и възможността за разделяне на ресурсите в стила на Ликлайдера. Например, в Университета на Илинойс тогава с парите на ARPA се изграждаше огромен суперкомпютър . На Тейлър му се струваше малко вероятно местните потребители от Урбана-Кампейн да могат напълно да използват ресурсите на тази огромна машина. Дори системи с много по-скромен мащаб – TX-2 в лабораторията Линкълн и Sigma-7 в UCLA – обикновено не можеха да споделят софтуер помежду си поради фундаментална несъвместимост. Възможността да се преодолеят тези ограничения, получавайки директен достъп до софтуера на един възел, докато се намирате в друг, беше привлекателна.
В работата, описваща този мрежови експеримент, Мерил и Робъртс предположиха, че такъв обмен на ресурси ще доведе до нещо като рикардовско за изчислителни възли:
Оформлението на мрежата може да доведе до определена специализация на сътрудничещите възли. Ако даден възел Х, поради наличието на специален софтуер или оборудване, например, особено успее в инвертирането на матрици, можем да очакваме, че потребителите на други възли в мрежата ще използват тази възможност, инвертирайки своите матрици на възел Х, вместо да го правят на своите домашни компютри.
Тейлър имаше и друга мотивация за реализиране на мрежа с разделение на ресурсите. Закупуването на нов компютър IPTO за всеки нов възел, който имаше всички възможности, които могат да са нужни на изследователите на този възел, беше скъпо начинание, и с нарастващото количество нови възли в портфолиото на IPTO бюджетът ставаше все по-опасно петпакетен. Свързвайки всички финансирани системи на IPTO в една мрежа, ще бъде възможно да се предоставят на новите получатели на грантове по-скромни компютри или дори да не се закупуват изобщо. Те можеха да използват нужните им изчислителни ресурси на отдалечени възли с изобилие от ресурси, докато цялата мрежа работеше като обществен резервоар за софтуер и оборудване.
След стартирането на проекта и осигуряването на финансирането му, последният значим принос на Тейлър в ARPANET беше изборът на човек, който пряко да се занесе с разработката на системата и да се увери, че тя ще бъде реализирана. Очевидният избор беше Робъртс. Неговите инженерни умения не предизвикваха съмнения, той вече беше уважаван член на изследователската общност IPTO и беше един от малкото хора с реален опит в разработване и създаване на компютърни мрежи, работещи на големи разстояния. Затова, през есента на 1966 година, Тейлър се обади на Робъртс и го помоли да дойде от Масачузетс, за да работи по ARPA във Вашингтон.
Но да го убедиш се оказа трудно. Много научни ръководители в IPTO бяха скептични относно управлението на Робърт Тейлър, считайки го за недостатъчно сериозен. Да, Ликлайдер също беше психолог, без инженерно образование, но поне имаше докторска степен и известни заслуги като един от бащите основатели на интерактивните компютри. Тейлър беше непознат човек с магистърска степен. Как щеше да ръководи сложната техническа работа в общността IPTO? Робъртс също бе сред тези скептици.
Но комбинацията от награда и наказание свърши работа (повечето източници посочват преобладаване на наказанията при практически отсъстващи награди). От една страна, Тейлър оказа известно налягане на шефа на Робъртс в лабораторията Линкълн, напомняйки му, че голяма част от финансирането на лабораторията сега идва от ARPA и че затова е необходимо да убеди Робъртс в предимствата на това предложение. От друга страна, Тейлър предложи на Робъртс новосъздадения титул „старши учен“, който ще докладва на заместник-директора на ARPA чрез Тейлър и също ще стане наследник на Тейлър на поста директор. При тези условия Робъртс се съгласи да се ангажира с проекта ARPANET. Време е да се превърне идеята за разделение на ресурсите в реалност.
Какво още да прочета
- Джанет Абате, Изобретяване на интернет (1999)
- Кейти Хафнер и Матю Лион, Къде вълшебниците стоят будни през нощта (1996)
- Артур Норберг и Джули О'Нийл, Трансформиране на компютърните технологии: Информационна обработка за Пентагона, 1962-1986 (1996)
- М. Мичел Уалдроп, Машината на сънищата: Дж. С. Р. Ликлайдер и революцията, която направи компютрирането лично (2001)
Източник: habr.com
