Schéma du réseau informatique ARPA de juin 1967. Un cercle vide est un ordinateur à accès partagé, un cercle avec une ligne est un terminal pour un utilisateur
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À la fin de l'année 1966 avec l'argent de l'ARPA, il a lancé un projet visant à connecter de nombreux ordinateurs en un seul système, inspiré par l'idée «» .
Taylor a transféré la responsabilité de l'exécution du projet entre des mains compétentes . Au cours de l'année qui a suivi, Roberts a pris plusieurs décisions critiques qui se répercuteront sur l'architecture technique et la culture d'ARPANET et de ses successeurs, dans certains cas pendant des décennies. La première décision en importance, bien que non chronologique, fut la détermination d'un mécanisme permettant d'acheminer les messages d'un ordinateur à un autre.
problème
Si l’ordinateur A veut envoyer un message à l’ordinateur B, comment ce message peut-il passer de l’un à l’autre ? En théorie, vous pourriez permettre à chaque nœud d'un réseau de communication de communiquer avec tous les autres nœuds en connectant chaque nœud à chaque autre nœud avec des câbles physiques. Pour communiquer avec B, l'ordinateur A enverra simplement un message le long du câble sortant le reliant à B. Un tel réseau est appelé réseau maillé. Cependant, pour toute taille de réseau significative, cette approche devient rapidement peu pratique car le nombre de connexions augmente comme le carré du nombre de nœuds (comme (n2 - n)/2 pour être précis).
Par conséquent, il est nécessaire de construire une route de message qui, à l'arrivée du message au nœud intermédiaire, l'enverrait plus loin vers la cible. Au début des années 1960, il existait deux approches fondamentales pour résoudre ce problème. La première est la méthode de stockage et de retransmission de messages. Cette approche a été utilisée par le système télégraphique. Lorsqu'un message arrivait à un nœud intermédiaire, il y était temporairement stocké (généralement sous la forme d'une bande de papier) jusqu'à ce qu'il puisse être transmis plus loin vers la cible, ou vers un autre centre intermédiaire situé plus près de la cible.
Puis le téléphone est arrivé et une nouvelle approche s’est imposée. Un délai de plusieurs minutes après chaque énoncé téléphonique, qui devait être déchiffré et transmis à destination, donnerait le sentiment d'une conversation avec un interlocuteur situé sur Mars. Au lieu de cela, le téléphone utilisait la commutation de circuits. L'appelant commençait chaque appel en envoyant un message spécial indiquant qui il souhaitait appeler. Ils l'ont d'abord fait en discutant avec l'opérateur, puis en composant un numéro, qui a été traité par un équipement automatique sur le standard. L'opérateur ou l'équipement a établi une connexion électrique dédiée entre l'appelant et l'appelé. Dans le cas d'appels longue distance, cela peut nécessiter plusieurs itérations reliant l'appel via plusieurs commutateurs. Une fois la connexion établie, la conversation elle-même pouvait commencer et la connexion restait jusqu'à ce qu'un des interlocuteurs l'interrompe en raccrochant.
Communication numérique, qu'il a été décidé d'utiliser dans ARPANET pour connecter des ordinateurs fonctionnant selon le schéma , utilisait des fonctionnalités à la fois du télégraphe et du téléphone. D'une part, les messages de données étaient transmis sous forme de paquets séparés, comme sur le télégraphe, plutôt que sous forme de conversations continues au téléphone. Cependant, ces messages peuvent être de différentes tailles et destinés à différents objectifs, depuis des commandes de console de plusieurs caractères jusqu'à de gros fichiers de données transférés d'un ordinateur à un autre. Si les dossiers étaient retardés dans le transit, personne ne s’en plaignait. Mais l’interactivité à distance nécessitait une réponse rapide, comme un appel téléphonique.
Une différence importante entre les réseaux de données informatiques, d'une part, et le téléphone et le télégraphe, d'autre part, résidait dans la sensibilité aux erreurs dans les données traitées par les machines. Un changement ou une perte lors de la transmission d'un caractère dans un télégramme, ou la disparition d'une partie d'un mot dans une conversation téléphonique ne pourrait guère perturber sérieusement la communication entre deux personnes. Mais si le bruit sur la ligne faisait passer un seul bit de 0 à 1 dans une commande envoyée à un ordinateur distant, cela pourrait complètement changer la signification de la commande. Par conséquent, chaque message devait être vérifié pour détecter les erreurs et renvoyé s’il y en avait. De telles rediffusions seraient trop coûteuses pour des messages volumineux et étaient plus susceptibles de provoquer des erreurs car leur transmission prenait plus de temps.
La solution à ce problème est venue de deux événements indépendants survenus en 1960, mais celui qui est survenu plus tard a été remarqué en premier par Larry Roberts et l'ARPA.
Réunion
À l'automne 1967, Roberts arriva à Gatlinburg, Tennessee, au-delà des sommets boisés des Great Smoky Mountains, pour remettre un document décrivant les plans du réseau de l'ARPA. Il travaillait au Bureau des technologies de traitement de l'information (IPTO) depuis près d'un an, mais de nombreux détails du projet de réseau restaient encore très vagues, y compris la solution au problème de routage. Hormis de vagues références aux blocs et à leurs tailles, la seule référence dans l'ouvrage de Roberts était une remarque brève et évasive à la toute fin : « Il semble nécessaire de maintenir une ligne de communication utilisée par intermittence pour obtenir des réponses dans un délai d'un dixième à un. deuxième fois nécessaire pour un fonctionnement interactif. Cela coûte très cher en termes de ressources réseau et, à moins que nous puissions passer des appels plus rapidement, la commutation et la concentration des messages deviendront très importantes pour les participants au réseau. De toute évidence, à ce moment-là, Roberts n'avait pas encore décidé s'il devait abandonner l'approche qu'il avait utilisée avec Tom Marrill en 1965, à savoir connecter les ordinateurs via le réseau téléphonique commuté à l'aide de la numérotation automatique.
Par coïncidence, une autre personne était présente au même symposium avec une bien meilleure idée pour résoudre le problème du routage dans les réseaux de données. Roger Scantlebury a traversé l'Atlantique en arrivant du British National Physical Laboratory (NPL) avec un rapport. Scantlebury a pris Roberts à part après son rapport et lui a fait part de son idée. . Cette technologie a été développée par son patron au NPL, Donald Davis. Aux États-Unis, les réalisations et l'histoire de Davis sont mal connues, même si à l'automne 1967, le groupe de Davis au NPL avait au moins un an d'avance sur l'ARPA avec ses idées.
Davis, comme de nombreux pionniers de l’informatique électronique, était physicien de formation. Il est diplômé de l'Imperial College de Londres en 1943 à l'âge de 19 ans et a été immédiatement recruté dans un programme secret d'armes nucléaires nommé . Là, il a supervisé une équipe de calculateurs humains qui utilisaient des calculateurs mécaniques et électriques pour produire rapidement des solutions numériques à des problèmes liés à la fusion nucléaire (son superviseur était , un physicien allemand expatrié qui, à cette époque, avait déjà commencé à transférer les secrets des armes nucléaires à l'URSS). Après la guerre, le mathématicien John Womersley lui a parlé d'un projet qu'il dirigeait au NPL : la création d'un ordinateur électronique censé effectuer les mêmes calculs à une vitesse beaucoup plus élevée. appelé ACE, « moteur de calcul automatique ».
Davis a sauté sur l'idée et a signé avec NPL aussi rapidement que possible. Après avoir contribué à la conception détaillée et à la construction de l'ordinateur ACE, il est resté profondément impliqué dans le domaine de l'informatique en tant que responsable de la recherche au NPL. En 1965, il se trouvait aux États-Unis pour une réunion professionnelle liée à son travail et profita de l'occasion pour visiter plusieurs grands sites informatiques à temps partagé pour voir de quoi il s'agissait. Dans l'environnement informatique britannique, le partage du temps au sens américain de partage interactif d'un ordinateur par plusieurs utilisateurs était inconnu. Au lieu de cela, le partage du temps signifiait répartir la charge de travail de l'ordinateur entre plusieurs programmes de traitement par lots (de sorte que, par exemple, un programme fonctionnait pendant qu'un autre était occupé à lire une bande). Cette option sera alors appelée multiprogrammation.
Les pérégrinations de Davis l'ont conduit au projet MAC du MIT, au projet JOSS de la RAND Corporation en Californie et au Dartmouth Time Sharing System dans le New Hampshire. Sur le chemin du retour, un de ses collègues lui propose d'organiser un atelier sur le partage pour sensibiliser la communauté britannique aux nouvelles technologies qu'elle a apprises aux États-Unis. Davis a accepté et a accueilli de nombreuses personnalités du domaine informatique américain, notamment (créateur du « Interoperable Time Sharing System » au MIT) et Larry Roberts lui-même.
Pendant le séminaire (ou peut-être immédiatement après), Davis a été frappé par l'idée que la philosophie du temps partagé pouvait être appliquée aux lignes de communication informatiques, et pas seulement aux ordinateurs eux-mêmes. Les ordinateurs à temps partagé donnent à chaque utilisateur une petite partie du temps CPU, puis passent à un autre, donnant à chaque utilisateur l'illusion de disposer de son propre ordinateur interactif. De même, en découpant chaque message en morceaux de taille standard, que Davis appelle « paquets », un seul canal de communication peut être partagé entre plusieurs ordinateurs ou utilisateurs d’un seul ordinateur. De plus, cela résoudrait tous les aspects de la transmission de données pour lesquels les commutateurs téléphoniques et télégraphiques étaient mal adaptés. Un utilisateur exploitant un terminal interactif envoyant des commandes courtes et recevant des réponses courtes ne sera pas bloqué par un transfert de fichiers volumineux car le transfert sera divisé en plusieurs paquets. Toute corruption dans des messages aussi volumineux affectera un seul paquet, qui peut facilement être retransmis pour compléter le message.
Davis a décrit ses idées dans un article non publié de 1966, « Proposition pour un réseau de communications numériques ». À cette époque, les réseaux téléphoniques les plus avancés étaient sur le point d'informatiser les commutateurs, et Davis proposa d'intégrer la commutation par paquets dans le réseau téléphonique de nouvelle génération, créant ainsi un réseau de communications à large bande unique capable de répondre à une variété de demandes, depuis de simples appels téléphoniques jusqu'aux communications à distance. accès aux ordinateurs. À ce moment-là, Davis avait été promu directeur de NPL et avait formé un groupe de communications numériques sous Scantlebury pour mettre en œuvre son projet et créer une démo fonctionnelle.
Au cours de l'année précédant la conférence de Gatlinburg, l'équipe de Scantlebury a peaufiné tous les détails de la création d'un réseau à commutation de paquets. Une défaillance d'un seul nœud pourrait être surmontée grâce à un routage adaptatif capable de gérer plusieurs chemins vers une destination, et une défaillance d'un seul paquet pourrait être traitée en le renvoyant. La simulation et l'analyse ont indiqué que la taille optimale du paquet serait de 1000 XNUMX octets - si vous la réduisez beaucoup, la consommation de bande passante des lignes pour les métadonnées dans l'en-tête sera trop importante, bien plus - et le temps de réponse des utilisateurs interactifs augmentera. trop souvent à cause de messages volumineux.
Le travail de Scantlebury comprenait des détails tels que le format du paquet...
...et analyse de l'impact de la taille des paquets sur la latence du réseau.
Pendant ce temps, les recherches de Davis et Scantlebury ont conduit à la découverte de documents de recherche détaillés rédigés par un autre Américain qui avait eu une idée similaire plusieurs années avant eux. Mais en même temps , ingénieur électricien chez RAND Corporation, n'avait pas du tout pensé aux besoins des utilisateurs d'ordinateurs à temps partagé. RAND était un groupe de réflexion financé par le ministère de la Défense basé à Santa Monica, en Californie, créé après la Seconde Guerre mondiale pour fournir une planification et une analyse à long terme des problèmes stratégiques de l'armée. L'objectif de Baran était de retarder la guerre nucléaire en créant un réseau de communications militaires hautement fiable, capable de survivre même à une attaque nucléaire à grande échelle. Un tel réseau rendrait une frappe préventive de l’URSS moins attrayante, dans la mesure où il serait très difficile de détruire la capacité des États-Unis à frapper plusieurs points sensibles en réponse. Pour ce faire, Baran a proposé un système qui divise les messages en ce qu'il appelle des blocs de messages qui pourraient être transmis indépendamment à travers un réseau de nœuds redondants, puis assemblés au point final.
L'ARPA avait accès aux volumineux rapports de Baran pour RAND, mais comme ils n'étaient pas liés aux ordinateurs interactifs, leur importance pour l'ARPANET n'était pas évidente. Apparemment, Roberts et Taylor ne les ont jamais remarqués. Au lieu de cela, à la suite d'une rencontre fortuite, Scantlebury a tout remis à Roberts sur un plateau d'argent : un mécanisme de commutation bien conçu, une applicabilité au problème de la création de réseaux informatiques interactifs, des documents de référence de RAND et même le nom « package ». Le travail de NPL a également convaincu Roberts que des vitesses plus élevées seraient nécessaires pour fournir une bonne capacité, c'est pourquoi il a mis à niveau ses plans vers des liaisons à 50 Kbps. Pour créer l'ARPANET, une partie fondamentale du problème de routage a été résolue.
Certes, il existe une autre version de l'origine de l'idée de la commutation de paquets. Roberts a affirmé plus tard qu'il avait déjà des pensées similaires en tête, grâce au travail de son collègue Len Kleinrock, qui aurait décrit le concept en 1962, dans sa thèse de doctorat sur les réseaux de communication. Cependant, il est incroyablement difficile d'extraire une telle idée de ce travail, et de plus, je n'ai trouvé aucune autre preuve de cette version.
Des réseaux qui n'ont jamais existé
Comme on peut le constater, deux équipes ont devancé l’ARPA dans le développement de la commutation par paquets, une technologie qui s’est avérée si efficace qu’elle sous-tend désormais presque toutes les communications. Pourquoi ARPANET a-t-il été le premier réseau important à l'utiliser ?
Tout est question de subtilités organisationnelles. L’ARPA n’avait pas d’autorisation officielle pour créer un réseau de communication, mais il existait un grand nombre de centres de recherche dotés de leurs propres ordinateurs, une culture de la morale « libre » pratiquement sans surveillance et des montagnes d’argent. La demande initiale de fonds de Taylor en 1966 pour créer l'ARPANET demandait 1 million de dollars, et Roberts a continué à dépenser autant chaque année à partir de 1969 pour faire fonctionner le réseau. Dans le même temps, pour l’ARPA, cet argent représentait une petite monnaie, donc aucun de ses patrons ne s’inquiétait de ce que Roberts en faisait, tant qu’il pouvait être lié d’une manière ou d’une autre aux besoins de la défense nationale.
Baran chez RAND n'avait ni le pouvoir ni l'autorité de faire quoi que ce soit. Son travail était purement exploratoire et analytique et pouvait être appliqué à la défense si on le souhaitait. En 1965, RAND recommanda son système à l'Air Force, qui reconnut que le projet était viable. Mais sa mise en œuvre incombait à la Defense Communications Agency, qui ne comprenait pas particulièrement les communications numériques. Baran a convaincu ses supérieurs chez RAND qu'il serait préférable de retirer cette proposition plutôt que de permettre sa mise en œuvre n'importe comment et de ruiner la réputation des communications numériques distribuées.
Davis, à la tête du NPL, avait beaucoup plus de pouvoir que Baran, mais un budget plus serré que l'ARPA, et il ne disposait pas d'un réseau social et technique prêt à l'emploi d'ordinateurs de recherche. Il a réussi à créer un prototype de réseau local à commutation de paquets (il n'y avait qu'un seul nœud, mais de nombreux terminaux) au NPL à la fin des années 1960, avec un budget modeste de 120 000 £ sur trois ans. ARPANET dépensait environ la moitié de ce montant chaque année en opérations et en maintenance sur chacun des nombreux nœuds du réseau, à l'exclusion des investissements initiaux en matériel et logiciels. L'organisation capable de créer un réseau britannique de commutation de paquets à grande échelle était la Poste britannique, qui gérait les réseaux de télécommunications du pays, à l'exception du service postal lui-même. Davis a réussi à intéresser plusieurs responsables influents avec ses idées sur un réseau numérique unifié à l'échelle nationale, mais il n'a pas pu changer l'orientation d'un système aussi vaste.
Licklider, grâce à une combinaison de chance et de planification, a trouvé la serre parfaite où son réseau intergalactique pourrait prospérer. Dans le même temps, on ne peut pas dire que tout, sauf la commutation de paquets, se résumait à l'argent. La mise en œuvre de l'idée a également joué un rôle. De plus, plusieurs autres décisions de conception importantes ont façonné l’esprit d’ARPANET. Par conséquent, nous examinerons ensuite comment la responsabilité était répartie entre les ordinateurs qui envoyaient et recevaient des messages, et le réseau sur lequel ils envoyaient ces messages.
Quoi d'autre à lire
- Janet Abbate, Inventer Internet (1999)
- Katie Hafner et Matthew Lyon, Là où les sorciers veillent tard (1996)
- Leonard Kleinrock, « An Early History of the Internet », IEEE Communications Magazine (août 2010)
- Arthur Norberg et Julie O'Neill, Transformer la technologie informatique : traitement de l'information pour le Pentagone, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine : JCR Licklider et la révolution qui a rendu l'informatique personnelle (2001)
Source: habr.com