Diagrama de la red informática ARPA de junio de 1967. Un círculo vacío representa una computadora con acceso compartido, un círculo con una línea representa un terminal de un solo usuario.
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Para finales de 1966, con el dinero de ARPA se lanzó un proyecto para conectar múltiples computadoras en un solo sistema, inspirado en la idea de “» .
La responsabilidad de la ejecución del proyecto fue delegada por Taylor en las hábiles manos de . En el año siguiente, Roberts tomó varias decisiones críticas que, posteriormente, resonarían en la arquitectura técnica y la cultura de ARPANET y sus sucesores, en algunos casos incluso durante varias décadas. La primera decisión en importancia, aunque no en cronología, fue determinar el mecanismo de enrutamiento de mensajes de una computadora a otra.
Problema
Si la computadora A quiere enviar un mensaje a la computadora B, ¿cómo puede encontrar ese mensaje el camino de una a otra? En teoría, se podría permitir que cada nodo de la red de comunicación se comunicara con todos los demás, conectando físicamente cada nodo con cada uno. Para comunicarse con B, la computadora A simplemente enviaría el mensaje a través del cable de salida que la conecta con B. A esta red se le llama completamente conectada. Sin embargo, dada cualquier dimensión significativa de la red, este enfoque rápidamente se vuelve impráctico, ya que el número de conexiones aumenta como el cuadrado del número de nodos (para ser precisos, como (n2 - n) / 2).
Por lo tanto, se requiere algún método para construir la ruta del mensaje que, al llegar a un nodo intermedio, lo envíe más adelante hacia su destino. A principios de la década de 1960, se conocían dos enfoques básicos para resolver este problema. El primero es el método de conmutación de mensajes a través de "almacenamiento y transmisión". Este enfoque se utilizaba en los sistemas telegráficos. Cuando un mensaje llegaba a un nodo intermedio, se almacenaba temporalmente allí (generalmente en forma de cinta de papel) hasta que surgía la posibilidad de enviarlo más adelante hacia su destino, o a otro centro intermedio más cercano al mismo.
Luego apareció el teléfono, y se necesitó un nuevo enfoque. Una demora de unos minutos después de cada declaración hecha por teléfono, que debía ser descifrada y enviada a su destino, daría la sensación de hablar con alguien que está en Marte. En lugar de eso, el teléfono utilizaba la conmutación de circuitos. La persona que llama comenzaba cada llamada enviando un mensaje especial que indicaba a quién quería llamar. Al principio, esto se hacía conversando con un operador, y luego marcando el número, que era procesado por equipos automáticos en el conmutador. El operador o el equipo establecían una conexión eléctrica dedicada entre el que llama y el abonado llamado. En el caso de llamadas de larga distancia, esto podría requerir varias iteraciones que conectaban la llamada a través de varios conmutadores. Una vez establecida la conexión, podía comenzar la conversación, y la comunicación se mantenía hasta que una de las partes interrumpiera, colgando el teléfono.
La comunicación digital, que se decidió utilizar en ARPANET para conectar computadoras, funcionaba según el esquema , utilizaba características tanto del telégrafo como del teléfono. Por un lado, los mensajes de datos se transmitían en paquetes separados, como en el telégrafo, y no como conversaciones continuas en el teléfono. Sin embargo, estos mensajes podían ser de diferentes tamaños para distintos propósitos, desde comandos de consola de unos pocos caracteres hasta grandes archivos de datos que se transmitían de una computadora a otra. Si los archivos se retrasaban en el trayecto, nadie se quejaba. Pero la interactividad remota requeriría una respuesta rápida, como en una llamada telefónica.
Una de las diferencias importantes entre las redes de computadoras, por un lado, y el teléfono con telégrafo, por otro, era la sensibilidad a los errores en los datos procesados por las máquinas. Un cambio o pérdida de un solo carácter durante la transmisión de un telegrama, o la pérdida de parte de una palabra en una conversación telefónica, difícilmente podría interrumpir gravemente la comunicación entre dos personas. Pero si el ruido en la línea cambiaba un solo bit de 0 a 1 en un comando enviado a un ordenador remoto, esto podría cambiar completamente el significado del comando. Por lo tanto, cada mensaje tenía que ser verificado en busca de errores y re-enviado en caso de ser detectados. Tales repeticiones serían demasiado costosas para mensajes grandes, y la probabilidad de errores en ellos era mayor, ya que tardaban más en ser transmitidos.
La solución a este problema llegó gracias a dos eventos independientes que ocurrieron en 1960; sin embargo, el que apareció más tarde fue notado primero por Larry Roberts y ARPA.
Reunión
En otoño de 1967, Roberts llegó a Gatlinburg, Tennessee, desde las cumbres cubiertas de bosques de los Great Smoky Mountains, para entregar un documento que narraba los planes de ARPA para el despliegue de la red. Ya llevaba casi un año trabajando en la oficina de tecnologías de procesamiento de información (Information Processing Technology Office, IPTO), pero muchos detalles del proyecto de la red aún eran bastante vagos, incluida la solución al problema de la ruta. Aparte de las difusas menciones sobre bloques y sus tamaños, la única referencia a esto en el trabajo de Roberts fue una breve y evasiva observación al final: "Parece necesario mantener la línea de comunicación utilizada periódicamente para recibir respuestas en un tiempo de entre una décima y un segundo, necesarios para un trabajo interactivo. Esto es bastante costoso en términos de recursos de la red, y a menos que tengamos la capacidad de llamar más rápido, la conmutación de mensajes y la concentración se volverán muy importantes para los participantes de la red". Es evidente que, en ese momento, Roberts aún no había decidido si abandonar el enfoque que había utilizado junto con Tom Marill en 1965, es decir, conectar computadoras a través de la red telefónica conmutada mediante marcación automática.
Por coincidencia, en el mismo simposio también estaba presente otra persona con una idea mucho mejor desarrollada para resolver el problema de la enrutación en redes de datos. Roger Scantlebury cruzó el Atlántico desde el Laboratorio Nacional de Física Británico (NPL) con su presentación. Scantlebury llevó a Roberts a un lado después de su intervención y le habló sobre su idea. . Esta tecnología fue desarrollada por su jefe en el NPL, Donald Davies. En Estados Unidos, los logros y la historia de Davies son poco conocidos, aunque en otoño de 1967, el grupo de Davies en el NPL estaba, al menos, un año por delante de ARPA con sus ideas.
Davies, como muchos de los primeros pioneros de las computadoras electrónicas, era físico de formación. Se graduó del Imperial College de Londres en 1943 a los 19 años, y fue inmediatamente integrado en un programa secreto de desarrollo de armas nucleares conocido como . Allí dirigió a un grupo de calculadores que utilizaban calculadoras mecánicas y eléctricas para proporcionar rápidamente soluciones numéricas a problemas relacionados con la fusión nuclear (su jefe era , un físico alemán expatriado que para entonces ya había comenzado a transmitir secretos de armas nucleares a la URSS). Después de la guerra, escuchó del matemático John Womersley sobre un proyecto que él dirigía en el NPL: la creación de una computadora electrónica que debía realizar los mismos cálculos a una velocidad mucho mayor. se llamó ACE, "máquina de cálculo automática".
Davis se aferró a esta idea y se unió a NPL tan rápido como pudo. Contribuyendo al detallado proyecto y creación de la computadora ACE, permaneció profundamente involucrado en el campo de las máquinas computacionales como líder de investigación en NPL. En 1965, ocurrió que estaba en EE. UU. para una reunión profesional relacionada con su trabajo y aprovechó la oportunidad para visitar varios lugares importantes de computación por tiempo compartido, para ver de qué se trataba toda la controversia. En el entorno computacional británico, el tiempo compartido en el sentido estadounidense de uso interactivo compartido de computadoras por varios usuarios no era conocido. En su lugar, para ellos, el tiempo compartido significaba distribuir la carga de trabajo entre varios programas de procesamiento por lotes de datos (para que, por ejemplo, un programa funcionara mientras otro estaba ocupado leyendo de un tambor). Luego, esta opción será conocida como multiprogramación.
Las travesías de Davis lo llevaron al Project MAC en el MIT, al JOSS Project de RAND Corporation en California, y al sistema de tiempo compartido de Dartmouth en Nueva Hampshire. En el camino de regreso, uno de sus colegas sugirió realizar un seminario sobre el uso compartido, para informar a la comunidad británica sobre las nuevas tecnologías que habían aprendido en EE. UU. Davis aceptó y recibió en su casa a muchas figuras clave del campo computacional estadounidense, incluyendo (creador del "sistema de tiempo compartido compatible" en el MIT) y al propio Larry Roberts.
Durante el seminario (o tal vez justo después), la idea de que la filosofía de la división del tiempo podría aplicarse a las líneas de comunicación de los ordenadores, y no solo a los propios ordenadores, impresionó a Davis. Los ordenadores con división de tiempo ofrecen a cada usuario un breve periodo de tiempo de CPU y luego cambian a otro, creando para cada usuario la ilusión de tener su propio ordenador interactivo. De la misma manera, dividiendo cada mensaje en fragmentos de tamaño estándar, que Davis llamó 'paquetes', un canal de comunicación puede ser compartido entre múltiples ordenadores o usuarios de un mismo ordenador. Además, esto resolvería todos los aspectos de la transmisión de datos para los cuales las conmutaciones telefónicas y telegráficas estaban mal equipadas. Un usuario que trabaja con un terminal interactivo, enviando comandos cortos y recibiendo respuestas breves, no se verá bloqueado por la transmisión de un gran archivo, ya que esta se dividirá en muchos paquetes. Cualquier daño en tales mensajes grandes afectará a un único paquete, que se puede retransmitir fácilmente para completar el mensaje.
Davis describió sus ideas en un trabajo no publicado de 1966, 'Propuesta para una red de comunicación digital'. En ese momento, las redes telefónicas más avanzadas estaban a punto de digitalizar los conmutadores, y Davis propuso incorporar la conmutación de paquetes en la nueva generación de redes telefónicas, creando una única red de comunicación de banda ancha capaz de manejar diversas solicitudes, desde simples llamadas telefónicas hasta acceso remoto a ordenadores. Para ese momento, Davis había sido ascendido a director de NPL, y formó un grupo de comunicación digital bajo la dirección de Scantlebury para llevar a cabo su proyecto y crear una versión de demostración funcional.
En el año previo a la conferencia en Gatlinburg, el equipo de Scantlbury trabajó en los detalles de la creación de una red conmutada por paquetes. La falla de un nodo podría ser manejada mediante enrutamiento adaptativo, capaz de trabajar con múltiples rutas hacia el destino, y la pérdida de un paquete individual podría resolverse reenviándolo. La simulación y el análisis indicaban que el tamaño óptimo del paquete sería de 1000 bytes: si se hacía mucho más pequeño, el costo de capacidad en las líneas por los metadatos en el encabezado sería demasiado alto; si se hacía mucho más grande, el tiempo de respuesta para los usuarios interactivos aumentaría demasiado a menudo debido a los mensajes grandes.
El trabajo de Scantlbury incluía detalles como el formato del paquete…
…y el análisis del impacto de los tamaños de paquete en las demoras de la red.
Mientras tanto, las investigaciones de Davis y Scantlbury llevaron al descubrimiento de trabajos de investigación detallados realizados por otro estadounidense, que tuvo una idea similar unos años antes que ellos. Pero, al mismo tiempo, , ingeniero eléctrico de RAND Corporation, no había considerado las necesidades de los usuarios de computadoras de tiempo compartido. RAND era un centro de análisis financiado por el Departamento de Defensa de EE. UU. en Santa Mónica, California, creado después de la Segunda Guerra Mundial para la planificación a largo plazo y el análisis de problemas estratégicos para necesidades militares. El objetivo de Baran era alejar la guerra nuclear al crear una red de comunicación militar muy fiable, capaz de sobrevivir incluso a un ataque nuclear a gran escala. Una red así haría que un ataque preventivo por parte de la URSS fuera menos atractivo, ya que sería muy difícil destruir la capacidad de EE. UU. para retaliar contra varios puntos sensibles. Para ello, Baran propuso un sistema que dividía los mensajes en lo que él llamó bloques de mensajes, que podrían transmitirse de manera independiente a través de una red de nodos de comunicación con conexiones redundantes, y luego recomponerse en el punto final.
ARPA tuvo acceso a informes extensos de Baran para RAND, sin embargo, como no estaban relacionados con computadoras interactivas, su importancia para ARPANET no era evidente. Roberts y Taylor, al parecer, no los notaron. En cambio, como resultado de un encuentro fortuito, Scantlebury le presentó todo a Roberts en bandeja de plata: un mecanismo de conmutación bien pensado, su aplicabilidad a la tarea de crear redes de computadoras interactivas, materiales de referencia de RAND, e incluso el término "paquete". El trabajo de NPL también convenció a Roberts de que para organizar un buen ancho de banda se requerirían velocidades más altas, por lo que actualizó sus planes a líneas de comunicación de 50 Kbps. Para la creación de ARPANET, se resolvió la parte fundamental del problema de enrutamiento.
Sin embargo, hay otra versión sobre el origen de la idea de conmutación de paquetes. Más tarde, Roberts afirmó que ya tenía pensamientos similares en mente, gracias al trabajo de su colega, Len Kleinrock, quien supuestamente describió este concepto en 1962, en su disertación doctoral sobre redes de comunicación. Sin embargo, de ese trabajo es increíblemente difícil extraer tal idea, y además no pude encontrar ninguna otra confirmación de esta versión.
Redes que no existían
Como vemos, dos equipos adelantaron a ARPA en el desarrollo de la conmutación de paquetes, una tecnología que resultó tan efectiva que ahora subyace en prácticamente todas las comunicaciones. ¿Por qué ARPANET se convirtió en la primera red significativa en utilizarla?
Todo se reduce a las sutilezas organizativas. ARPA no tenía permiso oficial para crear una red de comunicación, pero había una gran cantidad de centros de investigación ya existentes con sus computadoras, una cultura de "libertad" donde prácticamente nadie supervisaba, y montañas de dinero. La solicitud inicial de Taylor de 1966 para fondos para crear ARPANET mencionó una cifra de $1 millón, y Roberts continuó gastando esa cantidad cada año desde 1969 en adelante para crear y operar esta red. Para ARPA, tal suma era insignificante, así que ninguno de sus jefes se preocupó por lo que Roberts hacía con ese dinero, siempre que se pudiera vincular de alguna manera a las necesidades de defensa nacional.
En Behrán, RAND no tenía ni la capacidad ni la autoridad para hacer algo al respecto. Su trabajo era puramente investigativo y analítico, y se podía aplicar a la defensa si se deseaba. En 1965, RAND de hecho recomendó su sistema a la Fuerza Aérea, y ellos aceptaron la viabilidad del proyecto. Pero su implementación recayó sobre la agencia de comunicaciones de defensa, donde no tenían mucho conocimiento sobre comunicaciones digitales. Behrán convenció a la dirección en RAND de que era mejor retirar esta propuesta que permitir que se llevara a cabo de cualquier manera y arruinar la reputación de las comunicaciones digitales distribuidas.
Davis, como director de NPL, tenía mucho más poder que Behrán, pero un presupuesto más limitado que el de ARPA, y no contaba con una red social y técnica de computadoras de investigación. Logró crear un prototipo de red local conmutada por paquetes (solo había un nodo, pero muchos terminales) en NPL a finales de la década de 1960, con un modesto presupuesto de £120,000 en tres años. ARPANET gastaba aproximadamente la mitad de esa cantidad cada año en operación y mantenimiento en cada uno de los muchos nodos de la red, excluyendo las inversiones iniciales en hardware y software. La organización capaz de crear una red británica a gran escala conmutada por paquetes era la oficina de correos británica, que administraba las redes de telecomunicaciones del país, además de la comunicación postal directa. A Davis le fue posible interesar a varios funcionarios influyentes con sus ideas sobre una red digital unificada a nivel nacional, pero no tenía el poder para cambiar la dirección de un sistema tan inmenso.
Licklider, combinando suerte y planificación, encontró un maravilloso invernadero donde podía florecer su red intergaláctica. No se puede afirmar que todo, excepto la conmutación de paquetes, dependiera del dinero. También jugó un papel la ejecución de la idea. Además, el espíritu de ARPANET fue definido por varias otras decisiones importantes en la fase de diseño. Por lo tanto, a continuación exploraremos cómo se distribuyó la responsabilidad entre las computadoras que enviaban y recibían mensajes, y la red por la cual enviaban estos mensajes.
Qué leer a continuación
- Janet Abbate, Inventando Internet (1999)
- Katie Hafner y Matthew Lyon, Donde los magos se quedan despiertos hasta tarde (1996)
- Leonard Kleinrock, “Una Historia Temprana de Internet,” IEEE Communications Magazine (Agosto 2010)
- Arthur Norberg y Julie O’Neill, Transformando la tecnología informática: Procesamiento de información para el Pentágono, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, La máquina de sueños: J.C.R. Licklider y la revolución que hizo la computación personal (2001)
Fuente: habr.com
