ARPA computernetværksskema fra juni 1967. Tom cirkel – computer med delt adgang, cirkel med streg – terminal for én bruger
Andre artikler i cyklen:
- Historien om relæet
- Historien om elektroniske computere
- Historien om transistoren
- Internettets historie
Ved udgangen af 1966 med penge fra ARPA lancerede et projekt for at forbinde mange computere i et enkelt system, inspireret af ideen om "» .
Ansvarligheden for projektets udførelse overgav Taylor til de dygtige hænder . I det følgende år tog Roberts flere kritisk vigtige beslutninger, som senere ville give genlyd i den tekniske arkitektur og kultur af ARPANET og dens efterfølgere, i nogle tilfælde endda i flere årtier. Den første beslutning af betydning, selvom ikke kronologisk, var at bestemme mekanismen for meddelelsesruter fra én computer til en anden.
Problemet
Hvis computer A ønsker at sende en besked til computer B, hvordan finder denne besked så vej fra den ene til den anden? I teorien kan man tillade, at hvert netværksnod kommunikere med alle de andre ved at forbinde hver node med fysiske kabler til hver enkelt. For at kommunikere med B vil computer A simpelthen sende beskeden via den udgående kabel, der forbinder den med B. Et sådant netværk kaldes et fuldt forbundet netværk. Men ved enhver betydelig størrelse på netværket bliver denne tilgang hurtigt upraktisk, da antallet af forbindelser stiger som kvadratet af antallet af noder (hvis man skal være præcis, som (n2 - n) / 2).
Derfor er der behov for en form for opbygning af en meddelelsesrute, som ved modtagelsen af meddelelsen på en mellemtilsluttet node sender den videre til destinationen. I begyndelsen af 1960'erne var der kendt to grundlæggende tilgange til at løse denne opgave. Den første – metoden til meddelelseskommutering via "lagring og levering". Denne tilgang blev anvendt af telegraf-systemet. Når en meddelelse ankom til en mellemtilsluttet node, blev den midlertidigt gemt der (typisk i form af papirbånd), indtil der kom en mulighed for at videreformidle den til målet eller til endnu en mellemtilsluttet center tættere på målet.
Senere kom telefonen, og der var behov for en ny tilgang. En forsinkelse på et par minutter efter hver udtalelse, der blev givet over telefonen, som skulle afkodes og sendes til destinationen, ville give følelsen af at tale med en samtalepartner, der befandt sig på Mars. I stedet brugte telefonen kanalsvitsjning. Den, der ringede, startede hvert opkald med at sende en særlig besked, der angav, hvem han ønskede at ringe til. Først blev det gjort ved at tale med en operatør, og senere ved at indtaste nummeret, som blev behandlet af automatisk udstyr i centralen. Operatøren eller udstyret etablerede en dedikeret elektrisk forbindelse mellem den, der ringede, og den, der blev ringet til. I tilfælde af langdistanceopkald kunne det kræve flere iterationer for at forbinde opkaldet gennem flere centraler. Når forbindelsen var etableret, kunne selve samtalen begynde, og forbindelsen blev opretholdt, indtil en af parterne brød den ved at lægge røret på.
Den digitale kommunikation, der blev besluttet at bruge i ARPANET for at forbinde computere, der arbejdede efter ordningen , anvendte egenskaber fra både telegrafen og telefonen. På den ene side blev data transmitteret i separate pakker, ligesom på telegrafen, og ikke i form af kontinuerlige samtaler over telefonen. Disse beskeder kunne dog være af forskellig størrelse afhængigt af formålet, fra konsolkommandoer på et par tegn til store datafiler, der blev sendt fra en computer til en anden. Hvis filer blev forsinket undervejs, klagede ingen over det. Men fjerninteraktivitet krævede hurtig reaktion, ligesom ved et telefonopkald.
En vigtig forskel mellem datakommunikationsnetværk på den ene side og telefonen og telegrafen på den anden side var følsomheden over for fejl i de data, der blev behandlet af maskinerne. Ændringer eller tab af et enkelt tegn under transmissionen i en telegram, eller bortfaldet af en del af et ord i en telefonsamtale, kunne knap nok alvorligt forstyrre kommunikationen mellem to mennesker. Men hvis støj på linjen ændrede en enkelt bit fra 0 til 1 i en kommando sendt til en fjerncomputer, kunne det fuldstændig ændre betydningen af kommandoen. Derfor skulle hver meddelelse kontrolleres for fejl og genudsendes, hvis der blev opdaget fejl. Sådanne gentagelser ville være for kostbare for store meddelelser, og sandsynligheden for fejl i dem var højere, da de blev sendt over længere tid.
Løsningen på dette problem kom som følge af to uafhængige begivenheder, der fandt sted i 1960, men den, der kom senere, blev først bemærket af Larry Roberts og ARPA.
Møde
I efteråret 1967 ankom Roberts til Gatlinburg, Tennessee, ved de skovklædte toppe af Great Smoky Mountains for at levere et dokument, der beskrev ARPA's planer for implementeringen af netværket. Han havde allerede arbejdet næsten et år i kontoret for informationsteknologi (Information Processing Technology Office, IPTO), men mange detaljer om netværksprojektet var stadig meget uklare, inklusive løsningen på routingproblemet. Udover vage henvisninger til blokke og deres størrelser var den eneste henvisning til det i Roberts' arbejde en kort og undvigende bemærkning i slutningen: „Det synes nødvendigt at holde den periodisk anvendte kommunikationslinje åben for at modtage svar inden for en tid fra tiendedele til et sekund, som er nødvendig for interaktivt arbejde. Det er ret kostbart med hensyn til netværksressourcer, og medmindre vi får mulighed for at ringe hurtigere, vil beskedkommutering og koncentration blive meget vigtigt for netværksdeltagerne.” Det var tydeligt, at Roberts på det tidspunkt endnu ikke havde besluttet, om han ville opgive den tilgang, han havde brugt sammen med Tom Marill i 1965, det vil sige at forbinde computere gennem et kommuteret telefonnetværk ved hjælp af hurtig opkald.
Ved en tilfældighed var der også en anden person til samme symposium, med en meget bedre gennemtænkt idé til løsning af problemer med routing i datanetværk. Roger Scantlebury krydsede Atlanterhavet, ankom fra British National Physical Laboratory (NPL) med et oplæg. Scantlebury trak Roberts til side efter hans præsentation og fortalte ham om sin idé. . Denne teknologi blev udviklet af hans leder i NPL, Donald Davies. I USA er Davies' bedrifter og historie ikke særlig kendte, skønt Davies' gruppe fra NPL om efteråret 1967 var mindst et år foran ARPA med deres idéer.
Davies, ligesom mange tidlige pionerer inden for elektroniske computere, havde en baggrund som fysiker. Han dimitterede fra Imperial College i London i 1943 i en alder af 19 år, og blev straks optaget i et hemmeligt program til udvikling af atomvåben under kodenavnet . Her ledede han en gruppe beregnere, som brugte mekaniske og elektriske regnemaskiner til hurtigt at finde numeriske løsninger på problemer relateret til nuklear fusion (hans leder var , en tysk fysiker i eksil, som på det tidspunkt allerede var begyndt at overføre hemmeligheder om atomvåben til USSR). Efter krigen hørte han fra matematikeren John Womersley om et projekt, som han ledede i NPL – det var oprettelsen af en elektronisk computer, der skulle udføre de samme beregninger med meget større hastighed. blev kaldt ACE, "Automatic Computing Engine."
Davis greb fat i denne idé og blev ansat i NPL så hurtigt som muligt. Ved at bidrage til det detaljerede projekt og skabelsen af computeren ACE forblev han dybt involveret i området for beregningsmaskiner som forskningsleder i NPL. I 1965 skete det, at han var i USA til et professionelt møde relateret til sit arbejde, og han benyttede denne mulighed til at besøge nogle af de større computerbaserede centre med tidsopdeling for at se, hvad al opstandelsen handlede om. I det britiske computermiljø var tidsopdeling i den amerikanske forstand af interaktiv deling af computeren blandt flere brugere ukendt. I stedet betød tidsopdeling for dem fordeling af computerbelastningen mellem flere programmer til batchbehandling af data (således, at for eksempel ét program kørte, mens et andet var optaget med at læse fra båndet). Senere blev denne mulighed kaldt multiprogrammering.
Davis' rejser førte ham til Project MAC på MIT, JOSS-projektet fra RAND Corporation i Californien og Dartmouth tidsdelingssystemet i New Hampshire. På vej hjem foreslog en af hans kolleger at afholde et seminar om deling for at informere det britiske samfund om de nye teknologier, som de havde lært om i USA. Davis gik med til dette og havde mange af de centrale figurer inden for det amerikanske computerområde som gæster, herunder (skaberen af 'den kompatible tidsdelingssystem' på MIT) og Larry Roberts selv.
Under seminaret (eller måske lige efter) blev Davis ramt af ideen om, at filosofien om tidsdeling kunne anvendes på kommunikationslinjer for computere, ikke kun på selve computere. Computere med tidsdeling giver hver bruger en lille periode af processorens tid og skifter så til en anden, hvilket skaber illusionen for hver bruger af at have sin egen interaktive computer. På samme måde kan man, ved at skære hver meddelelse op i stykker af standardstørrelse, som Davis kaldte 'pakker', dele en kommunikationskanal mellem mange computere eller brugere af én computer. Desuden ville dette løse alle aspekter af datatransmission, som telefon- og telegrafswitchere var dårligt rustet til. En bruger, der arbejder med et interaktivt terminal, sender korte kommandoer og modtager korte svar, vil ikke blive blokeret af overførslen af en stor fil, da denne overførsel vil blive opdelt i mange pakker. Enhver skade på sådanne store meddelelser vil berøre den enkelte pakke, som let kan overføres igen for at afslutte meddelelsen.
Davis beskrev sine ideer i et upubliceret arbejde fra 1966, 'Forslag til et digitalt kommunikationsnetværk'. På det tidspunkt var de mest avancerede telefonnetværk ved at blive computeriseret, og Davis foreslog at indbygge pakkesvitsning i den nye generation af telefonnetværk for at skabe et samlet bredbåndskommunikationsnet, der kunne håndtere forskellige anmodninger, fra enkle telefonopkald til fjernadgang til computere. På det tidspunkt var Davis blevet forfremmet til leder af NPL, og han dannede en gruppe for digital kommunikation under ledelse af Scantlebury for at realisere sit projekt og skabe en fungerende demonstrationsversion.
I løbet af det år, der gik forud for konferencen i Gatlinburg, arbejdede Skantlberry-holdet på alle detaljerne omkring opbygningen af et netværk med pakkeswitching. En noders nedbrud kunne overvindes ved hjælp af adaptiv routing, der kunne arbejde med flere ruter til destinationen, og et enkelt pakke-nedbrud kunne løses ved at sende det igen. Simulation og analyse viste, at den optimale pakke størrelse ville være 1000 byte – hvis den blev for meget mindre, ville omkostningerne i båndbredde til metadata i overskriften være for store, og hvis den blev meget større, ville responstiden for interaktive brugere ofte stige på grund af store meddelelser.
Skantlberrys arbejde omfattede detaljer som pakkeformat ...
... og analyse af indvirkningen af pakke størrelser på forsinkelser i netværket.
I mellemtiden førte Davis' og Skantlberrys søgen til afsløringen af detaljerede forskningsarbejder udført af en anden amerikaner, der kom til en lignende idé år før dem. Men samtidig , en elektrisk ingeniør fra RAND Corporation, havde slet ikke tænkt på computerbrugeres behov for tidsdeling. RAND var et tænketank, der arbejdede for USAs forsvarsministerium i Santa Monica, Californien, oprettet efter Anden Verdenskrig for langsigtet planlægning og analyse af strategiske problemer til militære behov. Barans mål var at afværge en nuklear krig ved at skabe et meget pålideligt militært kommunikationsnet, der kunne overleve en storstilet nuklear angreb. Et sådant netværk ville gøre et forebyggende angreb fra Sovjetunionen mindre attraktivt, da det ville være meget vanskeligt at ødelægge USAs evne til at svare med angreb på flere følsomme punkter. For dette foreslog Baran et system, der delte meddelelser op i det, han kaldte beskedblokke, som kunne sendes uafhængigt gennem netværket af forbindelsesnoder med redundante forbindelser og derefter samles igen på den endelige destination.
ARPA havde adgang til omfattende rapporter fra Bæran for RAND, men da de ikke relaterede til interaktive computere, var deres betydning for ARPANET ikke åbenlys. Roberts og Taylor synes ikke at have bemærket dem. I stedet, som et resultat af et tilfældigt møde, præsenterede Scantlebury alt for Roberts på en sølvfad: en velgennemtænkt switchingmekanisme, relevansen for opgaven med at skabe interaktive datanetværk, referencematerialer fra RAND, og endda navnet "pakke". NPL's arbejde overbeviste også Roberts om, at for at opnå god båndbredde var der behov for højere hastigheder, så han opdaterede sine planer til kommunikationslinjer på 50 Kbit/s. Den fundamentale del af routingproblemet blev løst for at skabe ARPANET.
Der er dog en anden version af, hvordan ideen om pakke-switching opstod. Roberts hævdede senere, at han allerede havde sådanne tanker i hovedet, takket være arbejdet fra hans kollega, Len Kleinrock, som angiveligt beskrev dette koncept allerede i 1962 i sin doktorafhandling om kommunikationsnetværk. Dog er det utrolig svært at udlede en sådan idé fra dette arbejde, og jeg kunne ikke finde nogen andre beviser for denne version.
Netværk, der ikke eksisterede
Som vi ser, var der hele to hold, der overhalede ARPA i spørgsmålet om udviklingen af pakke-switching, en teknologi der viste sig at være så effektiv, at den i dag ligger til grund for næsten al kommunikation. Hvorfor blev ARPANET så den første betydelige netværk, der anvendte den?
Det hele handler om organisatoriske nuancer. ARPA havde ikke officiel godkendelse til at oprette et kommunikationsnetværk, men der var allerede mange eksisterende forskningscentre med deres egne computere, en kultur af "frie" skikke, som praktisk talt ingen overvågede, og enorme mængder penge. Den oprindelige anmodning fra Taylor fra 1966 om midler til at oprette ARPANET indikerede beløbet $1 million, og Roberts fortsatte med at bruge omkring den sum hvert år fra 1969 og frem til at skabe og drive dette netværk. For ARPA var sådanne penge småting, så ingen af hans overordnede bekymrede sig om, hvad Roberts gjorde med dem, så længe det kunne forbindes til behovene for national forsvar.
Beran i RAND havde hverken mulighed for eller myndighed til at gøre noget. Hans arbejde var rent forsknings- og analytisk, og det kunne anvendes på forsvar, hvis man ønskede det. I 1965 anbefalede RAND faktisk hans system til luftvåbenet, og de var enige om projektets levedygtighed. Men implementeringen blev overladt til agenturet for forsvarskommunikation, som ikke var specielt godt inde i digital kommunikation. Beran overbeviste ledelsen i RAND om, at det ville være bedre at tage forslaget end at lade det blive realiseret på en klodset måde og dermed skade rygtet for distribueret digital kommunikation.
Davis, som leder af NPL, havde langt mere magt end Beran, men et mere begrænset budget end ARPA, og han havde ikke et klart socialt og teknisk netværk af forskningscomputere. Han lykkedes med at skabe en prototype af et lokalnetværk med pakkeomskiftning (der var kun én node, men mange terminaler) i NPL i slutningen af 1960’erne med et beskedent budget på £120.000 over tre år. ARPANET brugte omtrent halvdelen af det beløb årligt på drift og vedligeholdelse på hver af de mange noder i netværket, eksklusive de indledende investeringer i hardware og software. Organisationen, der kunne skabe et storskala britisk netværk med pakkeomskiftning, var den britiske post, som stod for telekommunikationsnetværkene i landet, bortset fra den direkte postkommunikation. Davis lykkedes med at vække interessen hos flere indflydelsesrige embedsmænd med sine ideer om et samlet digitalt netværk i national skala, men det var ikke inden for hans magt at ændre retningen for et så enormt system.
Licklider fandt ved at kombinere held og planlægning en ideel ramme, hvor hans intergalaktiske netværk kunne blomstre. Man kan ikke sige, at alt andet end pakkeomskiftning begrænsedes af penge. Udførelsen af ideen spillede også en rolle. Desuden blev ånden i ARPANET defineret af flere andre vigtige beslutninger i designfasen. Derfor vil vi se nærmere på, hvordan ansvaret blev fordelt mellem de computere, der sendte og modtog beskeder, og det netværk, de sendte disse beskeder gennem.
Yderligere læsning
- Janet Abbate, Inventing the Internet (1999)
- Katie Hafner og Matthew Lyon, Where Wizards Stay Up Late (1996)
- Leonard Kleinrock, “An Early History of the Internet,” IEEE Communications Magazine (August 2010)
- Arthur Norberg og Julie O’Neill, Transforming Computer Technology: Information Processing for the Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine: J.C.R. Licklider and the Revolution That Made Computing Personal (2001)
Kilde: habr.com
