Shema računalne mreže ARPA iz lipnja 1967. Prazna kružnica - računalna s dijeljenjem pristupa, kružnica s crtom - terminal za jednog korisnika
Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- Povijest interneta
Do kraja 1966. godine s financijama ARPA pokrenuo je projekt povezivanja više računala u jedinstveni sustav, inspiriran idejom "» .
Odgovornost za provedbu projekta Taylor je prenio u sposobne ruke . U narednoj godini, Roberts je donio nekoliko kritično važnih odluka koje će kasnije utjecati na tehničku arhitekturu i kulturu ARPANET-a i njegovih sljedbenika, u nekim slučajevima čak i desetljećima. Prva odluka po važnosti, iako ne po hronologiji, bila je određivanje mehanizma usmjeravanja poruka od jednog računala do drugog.
Problem
Ako računalo A želi poslati poruku računalu B, kako ta poruka može pronaći put od jednog do drugog? U teoriji, može se omogućiti svakom čvoru mreže da komunicira sa svim ostalima, povezujući fizičkim kablovima svaki čvor s svakim. Da bi komunicirao s B, računalo A jednostavno šalje poruku putem izlaznog kabela koji ga povezuje s B. Takvu mrežu nazivamo potpuno povezanim. Međutim, pri bilo kojoj značajnoj veličini mreže, takav pristup brzo postaje nepraktičan, budući da se broj veza povećava kao kvadrat broja čvorova (ako budemo točni, kao (n² - n) / 2).
Stoga je potreban način izgradnje rute poruke koja bi, po dolasku poruke na međučvor, mogla poslati dalje prema odredištu. Početkom 1960-ih bila su poznata dva osnovna pristupa za rješavanje ovog zadatka. Prvi - metoda prebacivanja poruka putem "pohrane i prijenosa". Ovaj pristup koristila je telegrafska sustava. Kada je poruka stizala na međučvor, privremeno su je pohranjivali (obično u obliku papirića) dok se ne ukaže prilika da je prenesu dalje prema odredištu, ili u još jedan međučvor koji se nalazi bliže odredištu.
Kasnije se pojavio telefon, što je zahtijevalo novi pristup. Kašnjenje od nekoliko minuta nakon svake izjave izrečene putem telefona, koju je trebalo dešifrirati i prenijeti na odredište, ostavljalo bi dojam razgovora sa sugovornikom koji se nalazi na Marsu. Umjesto toga, telefon je koristio uslugu prebacivanja kanala. Osoba koja zove započinjala je svaki poziv slanjem posebne poruke koja označava kome želi nazvati. Isprva su to radili razgovarajući s operaterom, a kasnije birajući broj koji je obrađivala automatska oprema na preklopniku. Operater ili oprema su uspostavljali posebno električno spojenje između pozivatelja i pozvane strane. U slučaju međugradskih poziva, moglo je biti potrebno nekoliko iteracija, koje su povezivale poziv putem više preklopnika. Nakon uspostavljanja veze, mogao je početi sam razgovor, a veza se održavala sve dok jedna od strana nije prekinula, spuštajući slušalicu.
Digitalna komunikacija, koja je odlučeno koristiti u ARPANET-u za povezivanje računala, radila je po shemi , te je koristila osobine i telegrapha i telefona. S jedne strane, poruke s podacima prenosile su se u posebnim paketima, kao kod telegrapha, a ne u obliku neprekidnih razgovora na telefonu. Međutim, te poruke mogle su biti različitih veličina za različite svrhe, od konzolnih komandi dužine nekoliko znakova do velikih datoteka s podacima koje se prenose s jednog računala na drugo. Ako su datoteke kasnile na putu, nitko se nije žalio. No, udaljena interaktivnost zahtijevala bi brzu reakciju poput telefonskog poziva.
Jedna važna razlika između računalnih mreža s jedne strane i telefona s telegrafom s druge strane bila je osjetljivost na greške u podacima koje obrađuju računala. Promjena ili gubitak jednog znaka u telegramu ili nestanak dijela riječi u telefonskom razgovoru teško bi mogli ozbiljno poremetiti komunikaciju između dvije osobe. No, ako bi šum na liniji promijenio jedan jedini bit iz 0 u 1 u naredbi koja se šalje na udaljeno računalo, to bi moglo potpuno promijeniti značenje te naredbe. Stoga je bilo nužno provjeriti svaku poruku na greške i ponovo je poslati u slučaju njihovog otkrivanja. Takvi bi ponovni prijenosi bili previše skupi za velike poruke, a vjerojatnost nastanka grešaka u njima bila je veća, jer su se dulje prijenosile.
Rješenje ovog problema došlo je zahvaljujući dva neovisna događaja koja su se dogodila 1960., no od njih, onaj koji se pojavio kasnije, prvo je primijetio Larry Roberts i ARPA.
Sastanak
U jesen 1967. Roberts je stigao u Gatlinburg, Tennessee, zbog šumovitih vrhova Great Smoky Mountains kako bi dostavio dokument koji opisuje ARPA-ine planove za implementaciju mreže. Već gotovo godinu dana radio je u uredu za tehnologije obrade informacija (Information Processing Technology Office, IPTO), no mnogi detalji projekta mreže još su uvijek bili prilično nejasni, uključujući i rješavanje problema usmjeravanja. Osim nejasnih spominjanja blokova i njihovih veličina, jedina referenca na to u radu Roberta bila je kratka i nejasna primjedba na samom kraju: "Izgleda da je nužno zadržati povremeno korištenu komunikacijsku liniju radi dobivanja odgovora u vremenu od jedne desete do jedne sekunde, potrebnih za interaktivni rad. To je vrlo skupo s obzirom na resurse mreže, i osim ako ne dobijemo mogućnost bržih poziva, preusmjeravanje poruka i koncentracija postat će vrlo važne za sudionike mreže." Očigledno, do tog trenutka Roberts još nije odlučio hoće li se odustati od pristupa koji je koristio u suradnji s Tomom Marillom 1965. godine, odnosno povezivanja računala putem komutirane telefonske mreže putem automatskog biranja.
Na istom simpoziju bio je prisutan i drugi čovjek, s mnogo bolje osmišljenom idejom rješavanja problema usmjeravanja u mrežama podataka. Roger Scantlebury prešao je Atlantik, stigavši iz Britanske nacionalne fizičke laboratorije (British National Physical Laboratory, NPL) sa svojim izlaganjem. Scantlebury je odveo Robertsa u stranu nakon njegovog izlaganja i ispričao mu svoju ideju. . Ovu tehnologiju razvio je njegov šef u NPL-u, Donald Davies. U SAD-u, postignuća i povijest Daviesa su slabo poznati, iako je na jesen 1967. godine Daviesova grupa iz NPL-a, najmanje, bila godinu dana ispred ARPA-e sa svojim idejama.
Davies, kao i mnogi rani pioniri elektroničkih računala, po obrazovanju je bio fizičar. Diplomirao je na Imperial Collegeu u Londonu 1943. godine u dobi od 19 godina, i ubrzo je primljen u tajni program razvoja nuklearnog oružja pod kodnim imenom . Tamo je vodio grupu kalkulantica koje su koristile mehaničke i električne kalkulatore za brzo rješavanje numeričkih zadataka povezanih s nuklearnom fuzijom (njegov vođa bio je , njemački fizičar emigrant koji je do tada već počeo prenositi tajne nuklearnog oružja u SSSR). Nakon rata, od matematičara Johna Womersleya čuo je za projekt koji je on vodio u NPL-u – to je bilo stvaranje elektroničkog računala koje bi trebalo obavljati sve iste proračune mnogo većom brzinom. nazvano je ACE, 'automatskom računalnom mašinom'.
Davis je uhvatio tu ideju i zaposlio se u NPL što je brže mogao. Doprinoseći detaljnom projektu i stvaranju računala ACE, ostao je duboko uključen u područje računalnih mašina kao vođa istraživanja u NPL-u. Godine 1965. dogodilo se da je bio u Sjedinjenim Državama na profesionalnom sastanku vezanom za njegov rad, i iskoristio je tu priliku da posjeti nekoliko velikih baza računalnih sustava s dijeljenjem vremena kako bi vidio o čemu se radi. U britanskoj računalnoj sredini, dijeljenje vremena u američkom smislu interaktivnog zajedničkog korištenja računala od strane više korisnika nije bilo poznato. Umjesto toga, za njih je dijeljenje vremena značilo raspodjelu opterećenja računala između nekoliko programa za obradu podataka (tako da, na primjer, jedan program radi dok je drugi zauzet čitanjem s trake). Kasnije će se ova opcija nazvati višekratnim programiranjem.
Davisova putovanja odvela su ga do Project MAC na MIT-u, JOSS Projecta od RAND Corporation u Kaliforniji, i do Dartmouth sustava dijeljenja vremena u New Hampshireu. Na povratku kući, jedan od njegovih kolega predložio je održavanje seminara o zajedničkom korištenju kako bi britanskoj zajednici predstavio nove tehnologije koje su naučili u SAD-u. Davis je pristao i ugostio mnoge ključne figure američkog računalnog područja, uključujući (kreatora „sustava dijeljenja vremena kompatibilnog” na MIT-u) i samog Larryja Robertsa.
Tijekom seminara (ili možda odmah nakon) Davisa je oduševila ideja da se filozofija dijeljenja vremena može primijeniti i na komunikacijske linije računala, a ne samo na sama računala. Računala s dijeljenjem vremena dodjeljuju svakom korisniku mali dio procesorskog vremena, a zatim se prebacuju na drugog, stvarajući iluziju da svaki korisnik ima vlastito interaktivno računalo. Na sličan način, rezanjem svake poruke na komade standardne veličine, koje je Davis nazvao „paketima“, jedna komunikacijska linija može se dijeliti među mnogim računalima ili korisnicima jednog računala. Štoviše, to bi riješilo sve aspekte prijenosa podataka za koje su telefonski i telegrafski preklopnici bili slabo prilagođeni. Korisnik koji radi s interaktivnim terminalom, šalje kratke naredbe i prima kratke odgovore, neće biti blokiran prenosom velike datoteke, jer će se taj prijenos raspodijeliti na brojne pakete. Svaka šteta u takvim velikim porukama pogodila bi samo jedan paket, koji se lako može ponovno poslati za dovršavanje poruke.
Davis je svoje ideje opisao u neobjavljenom radu iz 1966. godine, „Pr prijedlog za digitalnu mrežu komunikacija“. U to su vrijeme najnaprednije telefonske mreže bile na rubu računalizacije preklopnika, a Davis je predložio ugradnju paketske komutacije u novu generaciju telefonske mreže, stvarajući jedinstvenu širokopojasnu komunikacijsku mrežu sposobnu za zadovoljavanje raznih zahtjeva, od jednostavnih telefonskih poziva do daljinskog pristupa računalima. Do tada je Davisa unaprijeđen na upravitelja NPL-a, a formirao je tim za digitalnu komunikaciju pod vodstvom Scantleburya kako bi realizirao svoj projekt i stvorio radnu demonstracijsku verziju.
U godini koja je prethodila konferenciji u Gatlinburgu, tim iz Skantlberija radio je na svim detaljima stvaranja mreže s preklapanjem paketa. Odbitak jednog čvora mogao se preživjeti pomoću adaptivnog usmjeravanja, sposobnog raditi s više putanja do odredišta, a odbitak pojedinog paketa mogao se riješiti ponovnom slanjem. Simulacija i analiza su pokazale da je optimalna veličina paketa 1000 bajtova – ako se napravi znatno manji, troškovi propusnosti linija za metapodatke u zaglavlju bit će preveliki, a ako bude prevelik – vrijeme odziva za interaktivne korisnike će se često povećavati zbog većih poruka.
Rad Skantlberija obuhvaćao je takve detalje kao što su format paketa…
…i analizu utjecaja veličina paketa na kašnjenja u mreži.
U međuvremenu, potraga Davisa i Skantlberija dovela je do otkrivanja detaljnih istraživačkih radova koje je napravio drugi Amerikanac, koji je došao do slične ideje nekoliko godina prije njih. No, istovremeno , inženjer-električar iz RAND Corporation, uopće nije razmišljao o potrebama korisnika računala s višekratnim dijeljenjem vremena. RAND je bio analitički centar koji je radio na novcu ministarstva obrane SAD-a u Santa Monici, Kalifornija, osnovan nakon Drugog svjetskog rata za dugoročno planiranje i analizu strateških problema za vojne potrebe. Cilj Barana bio je udaljiti nuklearni rat stvaranjem vrlo pouzdane vojne komunikacijske mreže koja bi mogla preživjeti čak i masovne nuklearne napade. Takva mreža učinila bi preventivni udar SSSR-a manje privlačnim, jer bi bilo vrlo teško uništiti mogućnost SAD-a da uzvrati udar na nekoliko osjetljivih točaka. Za to je Baran predložio sustav koji bi razlomio poruke na ono što je nazvao blokovima poruka, koje bi se neovisno prenosile kroz mrežu čvorova veze s redundancijom veza, a zatim ponovno sastavljale na krajnjoj točki.
ARPA je imala pristup opsežnim Beranovim izveštajima za RAND, međutim, pošto oni nisu bili povezani s interaktivnim računarima, njihova važnost za ARPANET nije bila očigledna. Čini se da ih Roberts i Taylor nisu primetili. Umesto toga, kao rezultat jedne slučajne susret, Scantlebury je sve predstavio Robertsu na tanjiru: dobro osmišljen mehanizam preklapanja, primenljivost na zadatak stvaranja interaktivnih računarskih mreža, referentni materijali od RANDA, čak i naziv 'paket'. Rad NPL-a je takođe uverio Robertsa da su za organizaciju dobre propusnosti potrebne veće brzine, pa je ažurirao svoje planove na komunikacione linije od 50 Kbit/s. Osnovni deo problema usmeravanja rešen je za stvaranje ARPANET-a.
Istina, postoji i druga verzija o pojavi ideje o preklapanju paketa. Roberts je kasnije tvrdio da je već imao slične misli u glavi, zahvaljujući radu svog kolege, Lena Kleinrocka, koji je navodno opisao ovu koncepciju još 1962. godine u svojoj doktorskoj disertaciji o komunikacionim mrežama. Međutim, iz ovog rada je neverovatno teško izvući sličnu ideju, a pored toga nisam mogao da pronađem nikakve druge potvrde ove verzije.
Mreže koje nisu postojale
Kao što vidimo, celo dve ekipe su prešle ARPA-u u razvoju preklapanja paketa, tehnologije koja se ispostavila tako efikasnom da se danas koristi kao osnova gotovo svih komunikacija. Zašto je ARPANET postao prva značajna mreža koja je koristila ovu tehnologiju?
Sve se svodi na organizacione nijanse. ARPA nije imala zvanično odobrenje za izgradnju komunikacione mreže, ali je imala veliki broj već postojećih istraživačkih centara sa svojim računarima, kultura 'slobodnog' ponašanja pod kojom praktično niko nije brinuo, i čitave brda novca. Prvobitni zahtev Taylora iz 1966. godine za sredstva za stvaranje ARPANET-a iznosio je $1 milion, a Roberts je nastavio da troši toliko svake godine od 1969. pa nadalje za stvaranje i rada ove mreže. Za ARPA-u, ovakvi iznosi su bili sitni, pa niko od njegovih nadredjenih nije brinuo o tome šta Roberts radi, sve dok se to moglo nekako povezati sa potrebama nacionalne odbrane.
Behran u RAND-u nije imao ni resurse, ni autoritet da išta poduzme. Njegov rad bio je isključivo istraživački i analitički, a mogao se, ako se želi, primijeniti na obranu. 1965. RAND je zaista preporučio njegovu Air Force sistem, a oni su se složili s održivošću projekta. Međutim, njegova realizacija pala je na teret agencije za obrambene komunikacije, koja nije bila posebno upućena u digitalne komunikacije. Behran je uvjerio vodstvo u RAND-u da je bolje povući ovu ponudu nego dopustiti da se realizira na loš način i uništi reputaciju distribuirane digitalne komunikacije.
Davis kao voditelj NPL-a imao je znatno veću moć od Behrana, ali manji proračun od ARPA-e, a nije imao ni uspostavljenu društvenu i tehničku mrežu istraživačkih računala. Uspio je izraditi prototip lokalne mreže s prebacivanjem paketa (imao je samo jedan čvor, ali mnogo terminala) u NPL-u krajem 1960-ih, s skromnim proračunom od 120.000 funti tijekom tri godine. ARPANET je trošio otprilike polovicu tog iznosa godišnje za funkcioniranje i održavanje svakog od mnogih čvorova mreže, isključujući početna ulaganja u hardver i softver. Organizacija koja je mogla stvoriti velikoprometnu britansku mrežu s prebacivanjem paketa bila je britanska pošta, koja je upravljala telekomunikacijskim mrežama u zemlji, osim izravne poštanske usluge. Daviesu je uspjelo zainteresirati nekoliko utjecajnih dužnosnika svojim idejama o objedinjeno digitalnoj mreži nacionalnog opsega, no promijeniti smjer takvog ogromnog sustava bilo je izvan njegovih mogućnosti.
Licklider je, kombinirajući sreću i planiranje, pronašao savršenu stakleniku gdje bi mogao procvjetati njegov međugalaktički mrežni sustav. Međutim, ne može se tvrditi da je sve, osim prebacivanja paketa, ovisilo o novcu. I izvedba ideje igralo je ulogu. Štoviše, duh ARPANET-a oblikovala su i nekoliko drugih važnih odluka u fazi projektiranja. Stoga ćemo dalje razmotriti kako je odgovornost bila raspoređena između računala koja su slala i primala poruke, te mreže kojom su te poruke slane.
Što još pročitati
- Janet Abbate, Izumiranje interneta (1999)
- Katie Hafner i Matthew Lyon, Gdje čarobnjaci ostaju budni dugo (1996)
- Leonard Kleinrock, “Rana povijest interneta,” IEEE Communications Magazine (kolovoz 2010)
- Arthur Norberg i Julie O’Neill, Transformacija računalne tehnologije: Obrada informacija za Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, Stroj snova: J.C.R. Licklider i revolucija koja je učinila računalstvo ličnim (2001)
Izvor: habr.com
