تاریخچه اینترنت: ARPANET - بسته

نمودار شبکه کامپیوتری ARPA برای ژوئن 1967. یک دایره خالی یک کامپیوتر با دسترسی مشترک است، یک دایره با یک خط یک پایانه برای یک کاربر است.

سایر مقالات این مجموعه:

• تاریخچه رله
  • روش "انتقال سریع اطلاعات" یا مبدا رله
  • فارشیپ
  • گالوانیزم
  • کارآفرینان
  • و در نهایت رله
  • تلگراف صحبت کردن
  • فقط وصل کن
  • نسل فراموش شده کامپیوترهای رله
  • دوران الکترونیک
• تاریخچه کامپیوترهای الکترونیکی
  • پیش نویس
  • کلوسوس
  • ENIAC
  • انقلاب الکترونیکی
• تاریخچه ترانزیستور
  • در تاریکی به سمت لمس کردن راه می‌روم
  • از بوته جنگ
  • اختراع مجدد چندگانه
• تاریخچه اینترنت
  • شبکه مرجع
  • زوال، قسمت 1
  • زوال، قسمت 2
  • کشف تعامل
  • گسترش تعامل
  • ARPANET - تولد
  • ARPANET - بسته
  • ARPANET - زیر شبکه
  • کامپیوتر به عنوان یک وسیله ارتباطی
  • تاریخچه اینترنت: کار متقابل

تا پایان سال 1966 رابرت تیلور با پول ARPA، او پروژه ای را برای اتصال بسیاری از رایانه ها به یک سیستم واحد، با الهام از این ایده راه اندازی کرد.شبکه بین کهکشانی» جوزف کارل رابنت لیکلیدر.

تیلور مسئولیت اجرای پروژه را به دستان توانا واگذار کرد لری رابرتز. در سال بعد، رابرتز چندین تصمیم حیاتی گرفت که در معماری فنی و فرهنگ ARPANET و جانشینان آن، در برخی موارد برای دهه‌های آینده، بازتاب داشت. اولین تصمیم از نظر اهمیت، اگرچه نه از نظر زمانی، تعیین مکانیزمی برای مسیریابی پیام ها از یک رایانه به رایانه دیگر بود.

مشکل

اگر کامپیوتر A بخواهد پیامی را به کامپیوتر B ارسال کند، چگونه آن پیام می تواند از یکی به دیگری راه پیدا کند؟ در تئوری، شما می توانید به هر گره در یک شبکه ارتباطی اجازه دهید تا با اتصال هر گره به هر گره با کابل های فیزیکی، با هر گره دیگری ارتباط برقرار کند. برای برقراری ارتباط با B، کامپیوتر A به سادگی پیامی را در امتداد کابل خروجی که آن را به B متصل می کند ارسال می کند. چنین شبکه ای شبکه مش نامیده می شود. با این حال، برای هر اندازه شبکه قابل توجهی، این رویکرد به سرعت غیرعملی می شود زیرا تعداد اتصالات با افزایش مجذور تعداد گره ها (به عنوان دقیق (n2 - n)/2) افزایش می یابد.

بنابراین، روشی برای ساخت مسیر پیام مورد نیاز است که با رسیدن پیام به گره میانی، آن را بیشتر به مقصد ارسال کند. در اوایل دهه 1960، دو رویکرد اساسی برای حل این مشکل وجود داشت. اولین روش، روش ذخیره و ارسال پیام تغییر است. این رویکرد توسط سیستم تلگراف استفاده شد. هنگامی که یک پیام به یک گره میانی می رسید، به طور موقت در آنجا ذخیره می شد (معمولاً به شکل یک نوار کاغذی) تا زمانی که بتوان آن را بیشتر به هدف یا به مرکز میانی دیگری که نزدیکتر به هدف قرار دارد مخابره کرد.

سپس تلفن آمد و رویکرد جدیدی لازم بود. تأخیر چند دقیقه‌ای پس از هر سخنی که از طریق تلفن انجام می‌شد، که باید رمزگشایی می‌شد و به مقصد منتقل می‌شد، احساس مکالمه با همکار واقع در مریخ را ایجاد می‌کرد. در عوض، تلفن از سوئیچینگ مدار استفاده کرد. تماس گیرنده هر تماس را با ارسال یک پیام ویژه شروع می کرد که نشان می داد با چه کسی می خواهد تماس بگیرد. ابتدا آنها این کار را با صحبت با اپراتور انجام دادند و سپس شماره ای را شماره گیری کردند که توسط تجهیزات خودکار روی تابلو پردازش شد. اپراتور یا تجهیزات یک اتصال الکتریکی اختصاصی بین تماس گیرنده و طرف تماس برقرار کرد. در مورد تماس های راه دور، این می تواند به چندین تکرار نیاز داشته باشد که تماس را از طریق سوئیچ های متعدد متصل می کند. پس از برقراری ارتباط، خود مکالمه می‌توانست آغاز شود و این ارتباط تا زمانی که یکی از طرفین با قطع کردن تماس آن را قطع کرد، ادامه داشت.

ارتباطات دیجیتال، که تصمیم گرفته شد در ARPANET برای اتصال کامپیوترهایی که طبق این طرح کار می کنند استفاده شود اشتراک وقت، از ویژگی های تلگراف و تلفن استفاده می کرد. از یک طرف، پیام‌های داده در بسته‌های جداگانه، مانند تلگراف، به جای مکالمات مداوم روی تلفن، منتقل می‌شدند. با این حال، این پیام‌ها می‌توانند اندازه‌های متفاوتی برای اهداف مختلف داشته باشند، از دستورات کنسول با طول چند کاراکتر گرفته تا فایل‌های داده‌ای بزرگ که از یک رایانه به رایانه دیگر منتقل می‌شوند. اگر انتقال پرونده ها با تأخیر مواجه می شد، هیچ کس از آن شکایت نمی کرد. اما تعامل از راه دور نیاز به پاسخ سریع، مانند تماس تلفنی داشت.

یک تفاوت مهم بین شبکه های داده کامپیوتری از یک سو و تلفن و تلگراف از سوی دیگر، حساسیت به خطا در داده های پردازش شده توسط ماشین ها بود. تغییر یا از دست دادن یک کاراکتر در تلگرام یا ناپدید شدن بخشی از یک کلمه در یک مکالمه تلفنی به سختی می تواند ارتباط دو نفر را مختل کند. اما اگر نویز روی خط یک بیت را از 0 به 1 در دستوری که به یک کامپیوتر از راه دور ارسال می شود تغییر دهد، می تواند معنای دستور را کاملاً تغییر دهد. بنابراین، هر پیام باید از نظر خطا بررسی می شد و در صورت یافتن خطا، دوباره ارسال می شد. چنین بازپخش‌هایی برای پیام‌های بزرگ بسیار گران هستند و به احتمال زیاد باعث ایجاد خطا می‌شوند، زیرا ارسال آن‌ها بیشتر طول می‌کشد.

راه حل این مشکل از طریق دو رویداد مستقل در سال 1960 اتفاق افتاد، اما موردی که بعدا رخ داد ابتدا توسط لری رابرتز و ARPA مورد توجه قرار گرفت.

نشست

در پاییز 1967، رابرتز از آن سوی قله‌های جنگلی کوه‌های دودی بزرگ وارد گاتلینبورگ، تنسی شد تا سندی را ارائه دهد که برنامه‌های شبکه آرپا را توصیف می‌کند. او تقریباً یک سال در دفتر فناوری پردازش اطلاعات (IPTO) مشغول به کار بود، اما بسیاری از جزئیات پروژه شبکه هنوز بسیار مبهم بود، از جمله حل مشکل مسیریابی. جدای از ارجاعات مبهم به بلوک ها و اندازه آنها، تنها اشاره ای که در کار رابرتز به آن اشاره می شود، یک نکته کوتاه و گریزان در انتهای آن بود: «به نظر می رسد حفظ یک خط ارتباطی متناوب برای به دست آوردن پاسخ ها در یک دهم به یک ضروری است. بار دوم برای عملیات تعاملی مورد نیاز است. این از نظر منابع شبکه بسیار گران است و اگر نتوانیم سریعتر تماس برقرار کنیم، تغییر پیام و تمرکز برای شرکت کنندگان شبکه بسیار مهم خواهد بود. بدیهی است که تا آن زمان، رابرتز هنوز تصمیم نگرفته بود که آیا رویکردی را که در سال 1965 با تام ماریل استفاده کرده بود، یعنی اتصال کامپیوترها از طریق شبکه تلفن سوئیچ شده با استفاده از شماره گیری خودکار، کنار بگذارد یا خیر.

اتفاقاً در همان سمپوزیوم فرد دیگری با ایده بسیار بهتری برای حل مشکل مسیریابی در شبکه های داده حضور داشت. راجر اسکنتلبری از اقیانوس اطلس عبور کرد و از آزمایشگاه ملی فیزیکی بریتانیا (NPL) با گزارشی وارد شد. اسکنتلبری پس از گزارش رابرتز را کنار زد و در مورد ایده خود به او گفت. سوئیچینگ بسته. این فناوری توسط رئیس او در NPL، دونالد دیویس توسعه یافته است. در ایالات متحده، دستاوردها و تاریخ دیویس چندان شناخته شده نیست، اگرچه در پاییز 1967 گروه دیویس در NPL با ایده های خود حداقل یک سال از ARPA جلوتر بود.

دیویس، مانند بسیاری از پیشگامان اولیه محاسبات الکترونیکی، یک فیزیکدان بود. او در سال 1943 در سن 19 سالگی از امپریال کالج لندن فارغ التحصیل شد و بلافاصله در یک برنامه مخفی تسلیحات هسته ای با اسم رمز استخدام شد. آلیاژهای لوله. در آنجا او تیمی از ماشین‌حساب‌های انسانی را سرپرستی کرد که از ماشین‌حساب‌های مکانیکی و الکتریکی برای تولید سریع راه‌حل‌های عددی برای مسائل مربوط به همجوشی هسته‌ای استفاده می‌کردند. امیل جولیوس کلاوس فوکس، یک فیزیکدان آلمانی خارج از کشور که در آن زمان شروع به انتقال اسرار سلاح های هسته ای به اتحاد جماهیر شوروی کرده بود). پس از جنگ، او از ریاضیدان جان وومرسلی در مورد پروژه ای شنید که در NPL رهبری می کرد - این ایجاد یک کامپیوتر الکترونیکی بود که قرار بود همان محاسبات را با سرعت بسیار بالاتری انجام دهد. آلن تورینگ کامپیوتر طراحی کرد ACE، "موتور محاسبات خودکار" نامیده می شود.

دیویس از این ایده استقبال کرد و تا جایی که می توانست با NPL قرارداد امضا کرد. او پس از مشارکت در طراحی و ساخت دقیق کامپیوتر ACE، به عنوان رهبر تحقیقاتی در NPL عمیقاً در زمینه محاسبات درگیر شد. در سال 1965 او به طور اتفاقی برای یک جلسه حرفه‌ای مرتبط با کارش در ایالات متحده بود و از این فرصت برای بازدید از چندین سایت بزرگ رایانه‌ای با اشتراک زمانی استفاده کرد تا ببیند این همه هیاهو در مورد چیست. در محیط محاسباتی بریتانیا، اشتراک‌گذاری زمان به مفهوم آمریکایی اشتراک‌گذاری تعاملی یک کامپیوتر توسط چندین کاربر ناشناخته بود. در عوض، اشتراک‌گذاری زمان به معنای توزیع بار کاری کامپیوتر بین چندین برنامه پردازش دسته‌ای بود (به‌طور مثال، یک برنامه کار می‌کند در حالی که برنامه دیگر مشغول خواندن نوار است). سپس این گزینه چندبرنامه‌نویسی نامیده می‌شود.

سرگردانی دیویس او را به پروژه MAC در MIT، پروژه JOSS در شرکت RAND در کالیفرنیا و سیستم اشتراک گذاری زمان دارتموث در نیوهمپشایر هدایت کرد. در راه خانه، یکی از همکارانش پیشنهاد برگزاری کارگاهی را برای اشتراک گذاری برای آموزش جامعه بریتانیا در مورد فناوری های جدیدی که در ایالات متحده در مورد آنها آموخته بودند، داد. دیویس موافقت کرد و میزبان بسیاری از چهره های برجسته در زمینه محاسبات آمریکا بود، از جمله فرناندو خوزه کورباتو (خالق «سیستم اشتراک گذاری زمان متقابل» در MIT) و خود لری رابرتز.

در طول سمینار (یا شاید بلافاصله پس از آن)، دیویس با این ایده که فلسفه اشتراک زمانی را می‌توان در خطوط ارتباطی رایانه‌ای، نه فقط برای خود رایانه‌ها، به کار برد، تحت تأثیر قرار گرفت. رایانه‌های اشتراک‌گذاری زمان به هر کاربر بخش کوچکی از زمان CPU را می‌دهند و سپس به دیگری تغییر می‌دهند و به هر کاربر این توهم را می‌دهند که رایانه تعاملی خود را دارد. به همین ترتیب، با برش هر پیام به قطعات با اندازه استاندارد، که دیویس آنها را "بسته" نامید، یک کانال ارتباطی واحد را می توان بین بسیاری از رایانه ها یا کاربران یک رایانه به اشتراک گذاشت. علاوه بر این، تمام جنبه‌های انتقال داده را که سوئیچ‌های تلفن و تلگراف برای آنها مناسب نیستند، حل می‌کند. کاربری که یک ترمینال تعاملی را برای ارسال دستورات کوتاه و دریافت پاسخ‌های کوتاه اجرا می‌کند، با انتقال فایل بزرگ مسدود نمی‌شود، زیرا انتقال به بسته‌های زیادی تقسیم می‌شود. هر گونه خرابی در چنین پیام‌های بزرگی روی یک بسته تأثیر می‌گذارد که به راحتی می‌تواند برای تکمیل پیام دوباره ارسال شود.

دیویس ایده های خود را در مقاله منتشر نشده ای در سال 1966 با عنوان "پیشنهاد برای یک شبکه ارتباطات دیجیتال" شرح داد. در آن زمان، پیشرفته‌ترین شبکه‌های تلفنی در آستانه سوئیچ‌های کامپیوتری قرار داشتند و دیویس پیشنهاد داد که سوئیچینگ بسته را در نسل بعدی شبکه تلفن تعبیه کند و یک شبکه ارتباطی پهن باند واحد ایجاد کند که قادر به پاسخگویی به درخواست‌های مختلف، از تماس‌های تلفنی ساده تا راه دور باشد. دسترسی به کامپیوتر در آن زمان، دیویس به سمت مدیر NPL ارتقا یافت و یک گروه ارتباطات دیجیتال زیر نظر Scantlebury تشکیل داد تا پروژه خود را اجرا کند و یک نسخه آزمایشی ایجاد کند.

در سال منتهی به کنفرانس گاتلینبورگ، تیم اسکنتلبری تمام جزئیات ایجاد یک شبکه سوئیچ بسته را بررسی کرد. یک شکست گره می‌تواند با مسیریابی تطبیقی ​​که می‌تواند چندین مسیر را به یک مقصد مدیریت کند، حفظ شود، و یک شکست بسته می‌تواند با ارسال مجدد آن برطرف شود. شبیه سازی و تجزیه و تحلیل گفت که اندازه بسته بهینه 1000 بایت خواهد بود - اگر آن را بسیار کوچکتر کنید، مصرف پهنای باند خطوط برای ابرداده در هدر بسیار زیاد خواهد بود - و زمان پاسخ برای کاربران تعاملی افزایش می یابد. اغلب به دلیل پیام های بزرگ .

کار Scantlebury شامل جزئیاتی مانند قالب بسته ...

... و تجزیه و تحلیل تأثیر اندازه بسته ها بر تأخیر شبکه.

در همین حال، جستجوی دیویس و اسکنتلبری منجر به کشف مقالات تحقیقاتی مفصلی شد که توسط یک آمریکایی دیگر انجام شده بود که چندین سال قبل از آنها ایده مشابهی را مطرح کرده بود. اما در عین حال پل بارانیک مهندس برق در شرکت رند، اصلاً به نیازهای کاربران رایانه با اشتراک زمانی فکر نکرده بود. RAND یک اندیشکده با بودجه وزارت دفاع در سانتا مونیکا، کالیفرنیا بود که پس از جنگ جهانی دوم برای ارائه برنامه ریزی و تحلیل بلندمدت مشکلات استراتژیک برای ارتش ایجاد شد. هدف باران این بود که جنگ هسته ای را با ایجاد یک شبکه ارتباطی نظامی بسیار قابل اعتماد که قادر به زنده ماندن حتی از یک حمله هسته ای در مقیاس بزرگ باشد، به تاخیر بیندازد. چنین شبکه ای باعث می شود که حمله پیشگیرانه توسط اتحاد جماهیر شوروی جذابیت کمتری داشته باشد، زیرا از بین بردن توانایی ایالات متحده برای ضربه زدن به چندین نقطه حساس در پاسخ بسیار دشوار است. برای انجام این کار، باران سیستمی را پیشنهاد کرد که پیام‌ها را به بلوک‌های پیام تقسیم می‌کند که می‌توانستند به طور مستقل در شبکه‌ای از گره‌های اضافی منتقل شوند و سپس در نقطه پایانی با هم جمع شوند.

ARPA به گزارش های حجیم باران برای RAND دسترسی داشت، اما از آنجایی که آنها به رایانه های تعاملی مرتبط نبودند، اهمیت آنها برای ARPANET آشکار نبود. رابرتز و تیلور ظاهراً هرگز متوجه آنها نشدند. در عوض، در نتیجه یک ملاقات تصادفی، اسکنتلبری همه چیز را روی یک بشقاب نقره ای به رابرتز داد: مکانیزم سوئیچینگ با طراحی خوب، قابلیت کاربرد در مشکل ایجاد شبکه های کامپیوتری تعاملی، مواد مرجع از RAND، و حتی نام "بسته". کار NPL همچنین رابرتز را متقاعد کرد که برای ارائه ظرفیت خوب به سرعت های بالاتری نیاز است، بنابراین او برنامه های خود را به لینک های 50 کیلوبیت بر ثانیه ارتقا داد. برای ایجاد ARPANET، یک بخش اساسی از مشکل مسیریابی حل شد.

درست است، نسخه دیگری از منشاء ایده سوئیچینگ بسته وجود دارد. رابرتز بعداً ادعا کرد که به لطف کار همکارش، لن کلین راک، که ظاهراً این مفهوم را در سال 1962 در پایان نامه دکترای خود در مورد شبکه های ارتباطی توصیف کرده بود، قبلاً افکار مشابهی در سر داشت. با این حال، استخراج چنین ایده ای از این اثر فوق العاده دشوار است و علاوه بر این، من هیچ مدرک دیگری برای این نسخه پیدا نکردم.

شبکه هایی که هرگز وجود نداشتند

همانطور که می بینیم، دو تیم در توسعه سوئیچینگ بسته از ARPA جلوتر بودند، فناوری که به قدری موثر ثابت شده است که اکنون تقریباً زیربنای تمام ارتباطات است. چرا ARPANET اولین شبکه مهمی بود که از آن استفاده کرد؟

همه چیز در مورد ظرافت های سازمانی است. ARPA هیچ مجوز رسمی برای ایجاد یک شبکه ارتباطی نداشت، اما تعداد زیادی از مراکز تحقیقاتی موجود با رایانه‌های خود، فرهنگ اخلاق «آزاد» که عملاً نظارت نشده بود، و کوه‌های پول وجود داشت. درخواست اولیه تیلور در سال 1966 برای سرمایه گذاری برای ایجاد ARPANET 1 میلیون دلار بود و رابرتز از سال 1969 به بعد هر سال این مقدار را برای راه اندازی شبکه هزینه کرد. در عین حال، برای آرپا، چنین پولی پول کوچکی بود، بنابراین هیچ یک از روسای او نگران این نبودند که رابرتز با آن چه می کند، تا زمانی که می توانست به نحوی با نیازهای دفاع ملی گره بخورد.

باران در RAND نه قدرت و نه اختیار انجام کاری را داشت. کار او صرفاً اکتشافی و تحلیلی بود و در صورت تمایل می‌توان آن را در دفاع به کار برد. در سال 1965، RAND در واقع سیستم خود را به نیروی هوایی توصیه کرد و آنها موافقت کردند که این پروژه قابل اجرا است. اما اجرای آن بر دوش آژانس ارتباطات دفاعی افتاد و آنها به طور خاص ارتباطات دیجیتال را درک نکردند. باران مافوق خود در RAND را متقاعد کرد که بهتر است این پیشنهاد را پس بگیرد تا اینکه اجازه دهد به هر نحوی اجرا شود و شهرت ارتباطات دیجیتال توزیع شده را از بین ببرد.

دیویس به عنوان رئیس NPL قدرت بسیار بیشتری نسبت به باران داشت، اما بودجه محدودتری نسبت به ARPA داشت و شبکه اجتماعی و فنی آماده ای از رایانه های تحقیقاتی نداشت. او در اواخر دهه 1960 موفق شد نمونه اولیه شبکه سوئیچ بسته محلی (فقط یک گره، اما پایانه های زیادی وجود داشت) را در NPL ایجاد کند، با بودجه متوسط ​​120 پوند در طول سه سال. ARPANET سالانه حدود نیمی از این مبلغ را صرف عملیات و نگهداری هر یک از گره‌های شبکه می‌کند، به استثنای سرمایه‌گذاری اولیه در سخت‌افزار و نرم‌افزار. سازمانی که قادر به ایجاد یک شبکه بزرگ سوئیچینگ بسته بریتانیا بود، اداره پست بریتانیا بود که شبکه های مخابراتی کشور را به جز خود خدمات پستی مدیریت می کرد. دیویس موفق شد چندین مقام با نفوذ را با ایده های خود برای یک شبکه دیجیتالی یکپارچه در مقیاس ملی جلب کند، اما نتوانست مسیر چنین سیستم عظیمی را تغییر دهد.

لیکلایدر، با ترکیبی از شانس و برنامه ریزی، گلخانه ای عالی را پیدا کرد که در آن شبکه بین کهکشانی او می توانست شکوفا شود. در عین حال، نمی توان گفت که همه چیز به جز سوئیچینگ بسته به پول خلاصه می شود. اجرای ایده نیز نقش داشت. علاوه بر این، چندین تصمیم مهم دیگر در طراحی، روح ARPANET را شکل داد. بنابراین، در ادامه به نحوه توزیع مسئولیت بین رایانه‌هایی که پیام‌ها را ارسال و دریافت کرده‌اند و شبکه‌ای که آنها این پیام‌ها را از طریق آن ارسال کرده‌اند، خواهیم پرداخت.

چه چیز دیگری برای خواندن

• جانت ابات، اختراع اینترنت (1999)
• کیتی هافنر و متیو لیون، جایی که جادوگران تا دیروقت بیدار می مانند (1996)
• لئونارد کلاین راک، "تاریخ اولیه اینترنت"، مجله ارتباطات IEEE (اوت 2010)
• آرتور نوربرگ و جولی اونیل، تغییر فناوری کامپیوتر: پردازش اطلاعات برای پنتاگون، 1962-1986 (1996)
• M. Mitchell Waldrop، The Dream Machine: JCR Licklider and the Revolution that Made Computing Personal (2001)

منبع: www.habr.com