Schéma počítačové sítě ARPA za červen 1967. Prázdný kruh je počítač se sdíleným přístupem, kruh s čárou je terminál pro jednoho uživatele
Další články ze série:
- Historie relé
- Historie elektronických počítačů
- Historie tranzistoru
- historie internetu
Do konce roku 1966 s penězi ARPA zahájil projekt propojení mnoha počítačů do jednoho systému, inspirovaný myšlenkou „» .
Taylor přenesl odpovědnost za realizaci projektu do schopných rukou . V následujícím roce učinil Roberts několik zásadních rozhodnutí, která se odrazila v technické architektuře a kultuře ARPANETu a jeho nástupců, v některých případech i po desetiletí. První důležité rozhodnutí, i když ne v chronologii, bylo určení mechanismu pro směrování zpráv z jednoho počítače do druhého.
problém
Pokud chce počítač A poslat zprávu počítači B, jak si tato zpráva může najít cestu z jednoho do druhého? Teoreticky byste mohli umožnit každému uzlu v komunikační síti komunikovat s každým dalším uzlem připojením každého uzlu ke každému uzlu fyzickými kabely. Aby mohl počítač A komunikovat s B, jednoduše odešle zprávu po odchozím kabelu, který jej spojuje s B. Taková síť se nazývá mesh síť. Avšak pro jakoukoli významnou velikost sítě se tento přístup rychle stává nepraktickým, protože počet spojení roste s druhou mocninou počtu uzlů (přesněji jako (n2 - n)/2).
Proto je zapotřebí nějaký způsob konstrukce cesty zprávy, která by ji po příchodu zprávy do mezilehlého uzlu poslala dále k cíli. Na počátku 1960. let XNUMX. století existovaly dva základní přístupy k řešení tohoto problému. První je metoda ukládání a přeposílání zpráv. Tento přístup byl používán telegrafním systémem. Když zpráva dorazila do mezilehlého uzlu, byla tam dočasně uložena (obvykle ve formě papírové pásky), dokud nemohla být přenesena dále k cíli nebo do jiného mezilehlého centra umístěného blíže k cíli.
Pak přišel telefon a bylo zapotřebí nového přístupu. Zpoždění několika minut po každém vyslovení po telefonu, které muselo být dešifrováno a přeneseno na místo určení, by vyvolalo pocit rozhovoru s účastníkem na Marsu. Místo toho telefon používal přepínání okruhů. Volající zahájil každý hovor odesláním speciální zprávy s uvedením, komu chce zavolat. Nejprve se domluvili s operátorem a poté vytočili číslo, které bylo zpracováno automatickým zařízením na ústředně. Operátor nebo zařízení vytvořilo vyhrazené elektrické spojení mezi volajícím a volanou stranou. V případě dálkových hovorů to může vyžadovat několik iterací spojení hovoru přes více přepínačů. Jakmile bylo spojení navázáno, mohl začít samotný rozhovor a spojení trvalo, dokud jej jedna ze stran nepřerušila zavěšením.
Digitální komunikace, kterou bylo rozhodnuto použít v ARPANETu pro propojení počítačů pracujících podle schématu , využívané funkce telegrafu i telefonu. Na jedné straně byly datové zprávy přenášeny v samostatných paketech, jako na telegrafu, spíše než jako nepřetržité hovory po telefonu. Tyto zprávy však mohou mít různou velikost pro různé účely, od příkazů konzoly o délce několika znaků až po velké datové soubory přenášené z jednoho počítače do druhého. Pokud byly soubory při přenosu zpožděny, nikdo si na to nestěžoval. Vzdálená interaktivita však vyžadovala rychlou reakci, například telefonní hovor.
Jedním z důležitých rozdílů mezi počítačovými datovými sítěmi na jedné straně a telefonem a telegrafem na straně druhé byla citlivost na chyby v datech zpracovávaných stroji. Změna nebo ztráta při přenosu jednoho znaku v telegramu nebo zmizení části slova v telefonickém rozhovoru jen stěží mohlo vážně narušit komunikaci dvou lidí. Pokud by ale šum na lince změnil jediný bit z 0 na 1 v příkazu odeslaném vzdálenému počítači, mohlo by to zcela změnit význam příkazu. Každá zpráva proto musela být zkontrolována na chyby a znovu odeslána, pokud byla nalezena. Takové přehrání by bylo příliš drahé pro velké zprávy a bylo by pravděpodobnější, že způsobí chyby, protože jejich přenos trval déle.
Řešení tohoto problému přišlo prostřednictvím dvou nezávislých událostí, které se staly v roce 1960, ale té, která přišla později, si všimli jako první Larry Roberts a ARPA.
Setkání
Na podzim roku 1967 dorazil Roberts do Gatlinburgu v Tennessee zpoza zalesněných vrcholků Great Smoky Mountains, aby doručil dokument popisující plány sítě ARPA. V kanceláři pro informační technologie (IPTO) pracoval téměř rok, ale mnoho detailů projektu sítě bylo stále velmi nejasných, včetně řešení problému se směrováním. Kromě vágních odkazů na bloky a jejich velikosti byla jediným odkazem na ni v Robertsově práci stručná a vyhýbavá poznámka na samém konci: „Zdá se, že je nutné udržovat přerušovaně používanou komunikační linku pro získání odpovědí v poměru jedna desetina ku jedné. druhý čas potřebný pro interaktivní provoz. To je velmi drahé, pokud jde o síťové zdroje, a pokud nebudeme schopni telefonovat rychleji, bude přepínání zpráv a koncentrace pro účastníky sítě velmi důležité.“ Je zřejmé, že v té době se Roberts ještě nerozhodl, zda opustit přístup, který použil s Tomem Marrillem v roce 1965, tedy připojení počítačů přes komutovanou telefonní síť pomocí automatického vytáčení.
Shodou okolností byl na stejném sympoziu přítomen jiný člověk s mnohem lepším nápadem na řešení problému routování v datových sítích. Roger Scantlebury překročil Atlantik a dorazil z Britské národní fyzikální laboratoře (NPL) se zprávou. Scantlebury vzal Robertse po jeho zprávě stranou a řekl mu o svém nápadu. . Tuto technologii vyvinul jeho šéf v NPL, Donald Davis. Ve Spojených státech jsou Davisovy úspěchy a historie málo známé, ačkoli na podzim roku 1967 byla Davisova skupina v NPL se svými nápady minimálně o rok před ARPA.
Davis, stejně jako mnoho prvních průkopníků elektronických počítačů, byl vzděláním fyzik. Vystudoval Imperial College London v roce 1943 ve věku 19 let a okamžitě byl přijat do tajného programu jaderných zbraní s kódovým označením . Tam dohlížel na tým lidských kalkulaček, kteří používali mechanické a elektrické kalkulačky k rychlému vytváření numerických řešení problémů souvisejících s jadernou fúzí (jeho vedoucí byl , německý expatriovaný fyzik, který v té době již začal přenášet tajemství jaderných zbraní do SSSR). Po válce se od matematika Johna Womersleyho doslechl o projektu, který vedl v NPL – šlo o vytvoření elektronického počítače, který měl provádět stejné výpočty mnohem vyšší rychlostí. nazvaný ACE, "automatický výpočetní stroj".
Davis skočil na nápad a podepsal se s NPL tak rychle, jak jen mohl. Poté, co se podílel na detailním návrhu a konstrukci počítače ACE, zůstal hluboce zapojen do oblasti výpočetní techniky jako vedoucí výzkumu v NPL. V roce 1965 se náhodou ocitl v USA na odborné schůzce související s jeho prací a využil příležitosti navštívit několik velkých serverů pro sdílení času, aby zjistil, co všechno se kolem toho děje. V britském počítačovém prostředí bylo sdílení času v americkém pojetí interaktivního sdílení počítače více uživateli neznámé. Místo toho sdílení času znamenalo rozložení pracovní zátěže počítače mezi několik programů pro dávkové zpracování (takže například jeden program fungoval, zatímco jiný byl zaneprázdněn čtením pásky). Pak se tato možnost bude nazývat multiprogramování.
Davisovo putování ho přivedlo k projektu MAC na MIT, projektu JOSS v RAND Corporation v Kalifornii a Dartmouth Time Sharing System v New Hampshire. Cestou domů jeden z jeho kolegů navrhl uspořádat workshop o sdílení, aby vzdělal britskou komunitu o nových technologiích, o kterých se naučili v USA. Davis souhlasil a hostil mnoho předních osobností na americkém počítačovém poli, včetně (tvůrce „Interoperabilního systému sdílení času“ na MIT) a Larry Roberts sám.
Během semináře (nebo možná hned po něm) Davise zasáhla myšlenka, že filozofii sdílení času lze aplikovat na počítačové komunikační linky, nejen na samotné počítače. Počítače s časovým sdílením poskytují každému uživateli malou část procesorového času a poté přejdou na jiný, což každému uživateli dává iluzi, že má svůj vlastní interaktivní počítač. Podobně, rozřezáním každé zprávy na kusy standardní velikosti, které Davis nazval „pakety“, může být jeden komunikační kanál sdílen mezi mnoha počítači nebo uživateli jednoho počítače. Navíc by to vyřešilo všechny aspekty přenosu dat, pro které nebyly vhodné telefonní a telegrafní ústředny. Uživatel obsluhující interaktivní terminál, který odesílá krátké příkazy a přijímá krátké odpovědi, nebude blokován přenosem velkého souboru, protože přenos bude rozdělen do mnoha paketů. Jakékoli poškození v tak velkých zprávách ovlivní jeden paket, který lze snadno znovu odeslat a zprávu dokončit.
Davis popsal své myšlenky v nepublikovaném článku z roku 1966 „Návrh digitální komunikační sítě“. V té době byly nejpokročilejší telefonní sítě na pokraji počítačového zpracování přepínačů a Davis navrhl začlenit přepojování paketů do telefonní sítě nové generace, čímž vznikla jediná širokopásmová komunikační síť schopná obsluhovat různé požadavky, od jednoduchých telefonních hovorů až po vzdálené hovory. přístup k počítačům. Do té doby byl Davis povýšen na manažera NPL a vytvořil skupinu pro digitální komunikaci pod Scantlebury, aby realizovala svůj projekt a vytvořila pracovní demo.
V roce, který předcházel konferenci v Gatlinburgu, tým Scantlebury vypracoval všechny detaily vytvoření sítě s přepojováním paketů. Selhání jednoho uzlu by bylo možné přežít adaptivním směrováním, které by mohlo zpracovat více cest k cíli, a selhání jediného paketu by bylo možné vyřešit jeho opětovným odesláním. Simulace a analýza řekly, že optimální velikost paketu by byla 1000 bajtů – pokud ji uděláte mnohem menší, pak spotřeba šířky pásma řádků pro metadata v hlavičce bude příliš, mnohem více – a doba odezvy pro interaktivní uživatele se zvýší. příliš často kvůli velkým zprávám.
Scantleburyho práce zahrnovala detaily, jako je formát balíčku...
...a analýza dopadu velikosti paketů na latenci sítě.
Mezitím pátrání Davise a Scantleburyho vedlo k objevu podrobných výzkumných prací provedených jiným Američanem, který s podobným nápadem přišel několik let před nimi. Ale v tu samou dobu , elektroinženýr ve společnosti RAND Corporation, vůbec nepřemýšlel o potřebách uživatelů počítačů se sdílením času. RAND byl think tank financovaný ministerstvem obrany v Santa Monice v Kalifornii, který byl vytvořen po druhé světové válce, aby poskytoval armádě dlouhodobé plánování a analýzu strategických problémů. Baranovým cílem bylo oddálit jadernou válku vytvořením vysoce spolehlivé vojenské komunikační sítě schopné přežít i rozsáhlý jaderný útok. Taková síť by učinila preventivní úder SSSR méně atraktivní, protože by bylo velmi obtížné zničit schopnost USA zasáhnout v reakci na několik citlivých bodů. Za tímto účelem Baran navrhl systém, který rozděloval zprávy na to, co nazýval bloky zpráv, které by mohly být nezávisle přenášeny přes síť redundantních uzlů a poté sestaveny dohromady v koncovém bodě.
ARPA měla přístup k Baranovým objemným zprávám pro RAND, ale protože se netýkaly interaktivních počítačů, jejich význam pro ARPANET nebyl zřejmý. Roberts a Taylor si jich zjevně nikdy nevšimli. Místo toho, jako výsledek jednoho náhodného setkání, Scantlebury předal Robertsovi všechno na stříbrném podnose: dobře navržený přepínací mechanismus, použitelnost na problém vytváření interaktivních počítačových sítí, referenční materiály od RAND a dokonce i název „balíček“. Práce NPL také přesvědčila Robertse, že k zajištění dobré kapacity bude zapotřebí vyšších rychlostí, a tak upgradoval své plány na linky 50 Kbps. Pro vytvoření ARPANETu byla vyřešena základní část problému směrování.
Je pravda, že existuje další verze původu myšlenky přepínání paketů. Roberts později tvrdil, že podobné myšlenky už měl v hlavě díky práci svého kolegy Lena Kleinrocka, který tento koncept údajně popsal již v roce 1962 ve své doktorské práci o komunikačních sítích. Vytáhnout takovou myšlenku z této práce je však neuvěřitelně obtížné a kromě toho se mi pro tuto verzi nepodařilo najít žádné další důkazy.
Sítě, které nikdy neexistovaly
Jak vidíme, dva týmy byly před ARPA ve vývoji přepínání paketů, technologie, která se ukázala tak efektivní, že nyní tvoří základ téměř veškeré komunikace. Proč byl ARPANET první významnou sítí, která jej používala?
Je to všechno o organizačních jemnostech. ARPA neměla žádné oficiální povolení k vytvoření komunikační sítě, ale existovalo velké množství existujících výzkumných center s vlastními počítači, kulturou „svobodné“ morálky, která byla prakticky bez dozoru, a horami peněz. Taylorova původní žádost z roku 1966 o finanční prostředky na vytvoření sítě ARPANET požadovala 1 milion dolarů a Roberts od roku 1969 nadále utrácel tolik ročně, aby síť uvedl do provozu. Zároveň pro ARPA byly takové peníze malou změnou, takže se nikdo z jeho šéfů nestaral o to, co s nimi Roberts dělá, pokud by to šlo nějak spojit s potřebami národní obrany.
Baran v RAND neměl ani sílu, ani pravomoc cokoli dělat. Jeho práce byla čistě průzkumná a analytická a mohla být v případě potřeby použita na obranu. V roce 1965 RAND skutečně doporučil svůj systém letectvu, které souhlasilo s tím, že projekt je životaschopný. Jeho implementace ale padla na bedra obranné komunikační agentury a ta digitální komunikaci nijak zvlášť nerozuměla. Baran přesvědčil své nadřízené v RAND, že by bylo lepší tento návrh stáhnout, než nechat jej jakkoli implementovat a zničit reputaci distribuované digitální komunikace.
Davis jako šéf NPL měl mnohem větší moc než Baran, ale přísnější rozpočet než ARPA a neměl připravenou sociální a technickou síť výzkumných počítačů. Podařilo se mu vytvořit prototyp místní sítě s přepojováním paketů (existoval pouze jeden uzel, ale mnoho terminálů) v NPL na konci 1960. let se skromným rozpočtem 120 000 liber na tři roky. ARPANET utratil přibližně polovinu této částky ročně na provoz a údržbu každého z mnoha uzlů sítě, s výjimkou počátečních investic do hardwaru a softwaru. Organizací schopnou vytvořit rozsáhlou britskou síť pro přepojování paketů byla Britská pošta, která spravovala telekomunikační sítě v zemi, kromě samotné poštovní služby. Davisovi se podařilo svými nápady na jednotnou digitální síť v národním měřítku zaujmout několik vlivných úředníků, ale nedokázal změnit směr tak obrovského systému.
Licklider díky kombinaci štěstí a plánování našel dokonalý skleník, kde mohla vzkvétat jeho mezigalaktická síť. Nedá se přitom říci, že by všechno kromě přepojování paketů šlo jen o peníze. Svou roli sehrálo i provedení nápadu. Kromě toho několik dalších důležitých rozhodnutí o designu formovalo ducha ARPANET. Proto se dále podíváme na to, jak byla odpovědnost rozdělena mezi počítače, které odesílaly a přijímaly zprávy, a síť, přes kterou tyto zprávy posílaly.
Co jiného číst
- Janet Abbate, Vynalézání internetu (1999)
- Katie Hafner a Matthew Lyon, Where Wizards Stay Up Late (1996)
- Leonard Kleinrock, „Stará historie internetu“, IEEE Communications Magazine (srpen 2010)
- Arthur Norberg a Julie O'Neill, Transforming Computer Technology: Information Processing pro Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine: JCR Licklider and the Revolution That Made Computing Personal (2001)
Zdroj: www.habr.com