Dijagram računalne mreže ARPA za lipanj 1967. Prazan krug je računalo sa zajedničkim pristupom, krug s linijom je terminal za jednog korisnika
Ostali članci u seriji:
- Povijest releja
- Povijest elektroničkih računala
- Povijest tranzistora
- povijest interneta
Do kraja 1966 novcem ARPA-e pokrenuo je projekt povezivanja mnogih računala u jedan sustav, inspiriran idejom “» .
Taylor je prenio odgovornost za izvedbu projekta u sposobne ruke . U godini koja je uslijedila, Roberts je donio nekoliko kritičnih odluka koje će odjeknuti kroz tehničku arhitekturu i kulturu ARPANET-a i njegovih nasljednika, u nekim slučajevima i desetljećima koja dolaze. Prva odluka po važnosti, iako ne i kronološki, bila je određivanje mehanizma za usmjeravanje poruka s jednog računala na drugo.
problem
Ako računalo A želi poslati poruku računalu B, kako ta poruka može pronaći put od jednog do drugog? U teoriji, možete dopustiti svakom čvoru u komunikacijskoj mreži da komunicira sa svakim drugim čvorom povezivanjem svakog čvora sa svakim čvorom fizičkim kabelima. Za komunikaciju s B, računalo A će jednostavno poslati poruku duž odlaznog kabela koji ga povezuje s B. Takva se mreža naziva isprepletena mreža. Međutim, za bilo koju značajnu veličinu mreže, ovaj pristup brzo postaje nepraktičan jer se broj veza povećava kao kvadrat broja čvorova (kao (n2 - n)/2 da budemo precizni).
Stoga je potreban neki način konstruiranja rute poruke koja bi, po dolasku poruke u međučvor, poslala dalje do cilja. Početkom šezdesetih godina prošlog stoljeća postojala su dva osnovna pristupa rješavanju ovog problema. Prva je metoda pohranjivanja i prosljeđivanja za prebacivanje poruka. Ovaj pristup koristio je telegrafski sustav. Kada je poruka stigla do posrednog čvora, tamo je privremeno pohranjena (obično u obliku papirnate vrpce) dok se ne može prenijeti dalje do cilja ili do drugog posrednog centra koji se nalazi bliže cilju.
Zatim se pojavio telefon i bio je potreban novi pristup. Kašnjenje od nekoliko minuta nakon svake izgovorene telefonske riječi, koju je trebalo dešifrirati i prenijeti na odredište, davalo bi osjećaj razgovora sa sugovornikom koji se nalazi na Marsu. Umjesto toga, telefon je koristio preklapanje krugova. Pozivatelj je svaki poziv započinjao slanjem posebne poruke u kojoj je naznačeno koga želi nazvati. Najprije su to činili razgovarajući s operaterom, a zatim birajući broj, koji je automatska oprema na centrali obrađivala. Operater ili oprema uspostavili su namjensku električnu vezu između pozivatelja i pozvane strane. U slučaju međugradskih poziva, to bi moglo zahtijevati nekoliko ponavljanja povezivanja poziva preko više sklopki. Nakon što je veza uspostavljena, sam razgovor je mogao započeti, a veza je trajala sve dok je jedna od strana nije prekinula spuštanjem slušalice.
Digitalna komunikacija, koju je odlučeno koristiti u ARPANET-u za povezivanje računala koja rade prema shemi , koristio je značajke i telegrafa i telefona. S jedne strane, podatkovne poruke su se prenosile u zasebnim paketima, kao na telegrafu, a ne kao kontinuirani razgovori na telefonu. Međutim, te poruke mogu biti različitih veličina za različite svrhe, od konzolnih naredbi dužine nekoliko znakova do velikih podatkovnih datoteka koje se prenose s jednog računala na drugo. Ako su datoteke kasnile u prijenosu, nitko se na to nije žalio. Ali daljinska interaktivnost zahtijevala je brz odgovor, poput telefonskog poziva.
Jedna važna razlika između računalnih podatkovnih mreža s jedne strane i telefona i telegrafa s druge strane bila je osjetljivost na pogreške u podacima koje strojevi obrađuju. Promjena ili gubitak tijekom prijenosa jednog znaka u telegramu ili nestanak dijela riječi u telefonskom razgovoru teško da bi mogao ozbiljnije poremetiti komunikaciju dvoje ljudi. Ali ako bi šum na liniji prebacio jedan bit s 0 na 1 u naredbi poslanoj udaljenom računalu, mogao bi potpuno promijeniti značenje naredbe. Stoga je svaku poruku trebalo provjeriti ima li pogrešaka i ponovno poslati ako su pronađene. Takvo ponavljanje bilo bi preskupo za velike poruke i vjerojatnije je da će uzrokovati pogreške jer im je trebalo više vremena za prijenos.
Rješenje ovog problema došlo je kroz dva neovisna događaja koja su se dogodila 1960. godine, ali onaj koji je došao kasnije prvi su primijetili Larry Roberts i ARPA.
Sastanak
U jesen 1967. Roberts je stigao u Gatlinburg, Tennessee, iza šumovitih vrhova Great Smoky Mountains, kako bi dostavio dokument koji opisuje mrežne planove ARPA-e. Radio je u Uredu za tehnologiju obrade informacija (IPTO) gotovo godinu dana, ali su mnogi detalji mrežnog projekta još uvijek bili vrlo nejasni, uključujući rješenje problema s usmjeravanjem. Osim nejasnih referenci na blokove i njihove veličine, jedina referenca na to u Robertsovom radu bila je kratka i izbjegavajuća primjedba na samom kraju: “Čini se da je potrebno održavati povremeno korištenu komunikacijsku liniju za dobivanje odgovora u jednoj desetini prema jedan. drugi put potreban za interaktivni rad. To je vrlo skupo u smislu mrežnih resursa, i ako ne budemo mogli brže telefonirati, prebacivanje poruka i koncentracija postat će vrlo važni za sudionike mreže.” Očito, do tada Roberts još nije odlučio hoće li odustati od pristupa koji je koristio s Tomom Marrillom 1965. godine, odnosno povezivanja računala putem komutirane telefonske mreže pomoću autodiala.
Slučajno je na istom simpoziju bio prisutan još jedan s puno boljom idejom za rješavanje problema usmjeravanja u podatkovnim mrežama. Roger Scantlebury prešao je Atlantik, stigavši iz Britanskog nacionalnog fizikalnog laboratorija (NPL) s izvješćem. Scantlebury je nakon njegova izvješća odveo Robertsa u stranu i ispričao mu svoju ideju. . Ovu tehnologiju razvio je njegov šef u NPL-u, Donald Davis. U Sjedinjenim Državama su Davisova postignuća i povijest slabo poznati, iako je u jesen 1967. Davisova grupa u NPL-u svojim idejama bila barem godinu dana ispred ARPA-e.
Davis je, kao i mnogi rani pioniri elektroničkog računalstva, po obrazovanju bio fizičar. Diplomirao je na Imperial Collegeu u Londonu 1943. u dobi od 19 godina i odmah je unovačen u tajni program nuklearnog oružja kodnog naziva . Tamo je nadzirao tim ljudskih kalkulatora koji su koristili mehaničke i električne kalkulatore za brzu izradu numeričkih rješenja problema povezanih s nuklearnom fuzijom (njegov nadzornik bio je , njemački fizičar iseljenik koji je u to vrijeme već počeo prenositi tajne nuklearnog oružja u SSSR). Nakon rata od matematičara Johna Womersleya čuo je za projekt koji je vodio u NPL-u – radilo se o stvaranju elektroničkog računala koje je iste izračune trebalo izvoditi znatno većom brzinom. nazvan ACE, "automatski računalni stroj".
Davis je prihvatio ideju i potpisao ugovor s NPL-om što je brže mogao. Nakon što je doprinio detaljnom dizajnu i konstrukciji ACE računala, ostao je duboko uključen u područje računarstva kao voditelj istraživanja u NPL-u. Godine 1965. slučajno je bio u SAD-u na stručnom skupu vezanom uz njegov rad i iskoristio je priliku da posjeti nekoliko velikih računalnih stranica za dijeljenje vremena kako bi vidio oko čega se diže tolika strka. U britanskom računalnom okruženju dijeljenje vremena u američkom smislu interaktivnog dijeljenja računala između više korisnika bilo je nepoznato. Umjesto toga, dijeljenje vremena značilo je raspodjelu radnog opterećenja računala između nekoliko programa za skupnu obradu (tako da bi, na primjer, jedan program radio dok je drugi bio zauzet čitanjem trake). Tada će se ova opcija zvati multiprogramiranje.
Davisovo lutanje dovelo ga je do projekta MAC na MIT-u, projekta JOSS u RAND Corporationu u Kaliforniji i Dartmouth Time Sharing Systema u New Hampshireu. Na putu kući, jedan od njegovih kolega predložio je održavanje radionice o dijeljenju kako bi se britanska zajednica educirala o novim tehnologijama koje su naučili u SAD-u. Davis se složio i ugostio mnoge od vodećih osoba u američkom računalnom polju, uključujući (tvorac “Interoperable Time Sharing System” na MIT-u) i sam Larry Roberts.
Tijekom seminara (ili možda odmah nakon toga), Davisu je sinula ideja da se filozofija dijeljenja vremena može primijeniti na računalne komunikacijske linije, a ne samo na sama računala. Računala s dijeljenjem vremena svakom korisniku daju mali dio CPU vremena, a zatim se prebacuju na drugo, dajući svakom korisniku iluziju da ima vlastito interaktivno računalo. Isto tako, rezanjem svake poruke u dijelove standardne veličine, koje je Davis nazvao "paketima", jedan komunikacijski kanal može se dijeliti između više računala ili korisnika jednog računala. Štoviše, riješio bi sve aspekte prijenosa podataka za koje telefonske i telegrafske sklopke nisu bile prikladne. Korisnik koji upravlja interaktivnim terminalom koji šalje kratke naredbe i prima kratke odgovore neće biti blokiran velikim prijenosom datoteka jer će prijenos biti razbijen u mnogo paketa. Svako oštećenje u tako velikim porukama utjecat će na jedan paket, koji se lako može ponovno poslati kako bi se poruka dovršila.
Davis je opisao svoje ideje u neobjavljenom radu iz 1966., "Prijedlog za digitalnu komunikacijsku mrežu". U to su vrijeme najnaprednije telefonske mreže bile na rubu kompjutorizacije komutatora, a Davis je predložio ugradnju komutacije paketa u telefonsku mrežu sljedeće generacije, stvarajući jedinstvenu širokopojasnu komunikacijsku mrežu sposobnu opsluživati različite zahtjeve, od jednostavnih telefonskih poziva do udaljenih pristup računalima. Do tada je Davis unaprijeđen u upravitelja NPL-a i osnovao je grupu za digitalne komunikacije pod vodstvom Scantleburyja kako bi implementirao svoj projekt i napravio radni demo.
U godini koja je prethodila konferenciji u Gatlinburgu, Scantleburyjev tim razradio je sve detalje stvaranja paketno komutirane mreže. Kvar jednog čvora mogao bi se preživjeti adaptivnim usmjeravanjem koje bi moglo obraditi više putanja do odredišta, a kvar jednog paketa mogao bi se riješiti ponovnim slanjem. Simulacija i analiza rekla je da bi optimalna veličina paketa bila 1000 bajtova - ako je učinite puno manjom, tada će potrošnja propusnosti linija za metapodatke u zaglavlju biti prevelika, puno veća - a vrijeme odgovora za interaktivne korisnike će se povećati prečesto zbog velikih poruka .
Scantleburyjev rad uključivao je detalje poput formata paketa...
...i analiza utjecaja veličine paketa na latenciju mreže.
U međuvremenu, Davisova i Scantleburyjeva potraga dovela je do otkrića detaljnih istraživačkih radova drugog Amerikanca koji je nekoliko godina prije njih došao na sličnu ideju. Ali u isto vrijeme , inženjer elektrotehnike u RAND Corporation, uopće nije razmišljao o potrebama korisnika računala koji dijele vrijeme. RAND je bio think tank koji je financiralo Ministarstvo obrane u Santa Monici, Kalifornija, stvoren nakon Drugog svjetskog rata kako bi omogućio dugoročno planiranje i analizu strateških problema za vojsku. Baranov cilj bio je odgoditi nuklearni rat stvaranjem vrlo pouzdane vojne komunikacijske mreže sposobne preživjeti čak i nuklearni napad velikih razmjera. Takva mreža učinila bi preventivni udar SSSR-a manje privlačnim, jer bi bilo vrlo teško uništiti sposobnost SAD-a da kao odgovor udari na više osjetljivih točaka. Da bi to učinio, Baran je predložio sustav koji razbija poruke u ono što je on nazvao blokovima poruka koji se mogu neovisno prenijeti preko mreže redundantnih čvorova i zatim sastaviti zajedno na krajnjoj točki.
ARPA je imala pristup Baranovim opsežnim izvješćima za RAND, ali budući da nisu bila povezana s interaktivnim računalima, njihova važnost za ARPANET nije bila očita. Roberts i Taylor ih, očito, nikad nisu primijetili. Umjesto toga, kao rezultat jednog slučajnog susreta, Scantlebury je sve predao Robertsu na srebrnom pladnju: dobro osmišljen mehanizam za prebacivanje, primjenjivost na problem stvaranja interaktivnih računalnih mreža, referentne materijale iz RAND-a, pa čak i naziv "paket". Rad NPL-a također je uvjerio Robertsa da će za dobar kapacitet biti potrebne veće brzine, pa je svoje planove nadogradio na veze od 50 Kbps. Da bi se stvorio ARPANET, temeljni dio problema usmjeravanja je riješen.
Istina, postoji još jedna verzija podrijetla ideje o prebacivanju paketa. Roberts je kasnije tvrdio da je već imao slične misli u glavi, zahvaljujući radu svog kolege, Lena Kleinrocka, koji je taj koncept navodno opisao još 1962. godine, u svojoj doktorskoj disertaciji o komunikacijskim mrežama. Međutim, nevjerojatno je teško izvući takvu ideju iz ovog djela, a osim toga, nisam mogao pronaći nijedan drugi dokaz za ovu verziju.
Mreže koje nikad nisu postojale
Kao što vidimo, dva su tima bila ispred ARPA-e u razvoju komutacije paketa, tehnologije koja se pokazala toliko učinkovitom da je sada temelj gotovo svih komunikacija. Zašto je ARPANET bio prva značajna mreža koja ga je koristila?
Sve je u organizacijskim suptilnostima. ARPA nije imala službeno dopuštenje za stvaranje komunikacijske mreže, ali postojao je velik broj postojećih istraživačkih centara s vlastitim računalima, kulturom "slobodnog" morala koja je bila praktički bez nadzora i brdama novca. Taylorov izvorni zahtjev iz 1966. za sredstva za stvaranje ARPANET-a zahtijevao je milijun dolara, a Roberts je nastavio trošiti toliko svake godine od 1. nadalje kako bi pokrenuo mrežu. U isto vrijeme, za ARPA-u je takav novac bio sitniš, pa se nitko od njegovih šefova nije brinuo što Roberts radi s njim, sve dok se nekako mogao povezati s potrebama nacionalne obrane.
Baran u RAND-u nije imao ni moć ni ovlasti da bilo što učini. Njegov je rad bio isključivo istraživački i analitički te se po želji mogao primijeniti na obranu. Godine 1965. RAND je zapravo preporučio svoj sustav zračnim snagama, koje su se složile da je projekt održiv. Ali njegova provedba pala je na pleća Agencije za obrambene komunikacije, a oni se nisu posebno razumjeli u digitalne komunikacije. Baran je uvjerio svoje nadređene u RAND-u da bi bilo bolje povući ovaj prijedlog nego dopustiti da se ikako provede i uništi ugled distribuiranih digitalnih komunikacija.
Davis je kao šef NPL-a imao mnogo veću moć od Barana, ali manji proračun od ARPA-e, a nije imao gotovu društvenu i tehničku mrežu istraživačkih računala. Uspio je stvoriti prototip lokalne paketno komutirane mreže (postojao je samo jedan čvor, ali mnogo terminala) u NPL-u kasnih 1960-ih, sa skromnim proračunom od £120 tijekom tri godine. ARPANET je godišnje trošio otprilike polovicu tog iznosa na rad i održavanje na svakom od brojnih čvorova mreže, isključujući početna ulaganja u hardver i softver. Organizacija sposobna stvoriti britansku mrežu za komutaciju paketa velikih razmjera bila je Britanska pošta, koja je upravljala telekomunikacijskim mrežama u zemlji, osim samom poštanskom službom. Davis je uspio zainteresirati nekoliko utjecajnih dužnosnika svojim idejama o jedinstvenoj digitalnoj mreži na nacionalnoj razini, ali nije uspio promijeniti smjer ovako golemog sustava.
Licklider je kombinacijom sreće i planiranja pronašao savršeni staklenik u kojem bi njegova međugalaktička mreža mogla cvjetati. Pritom se ne može reći da se sve osim komutacije paketa svelo na novac. Izvedba ideje također je odigrala ulogu. Štoviše, nekoliko drugih važnih dizajnerskih odluka oblikovalo je duh ARPANET-a. Stoga ćemo dalje pogledati kako je odgovornost raspodijeljena između računala koja su slala i primala poruke i mreže preko koje su te poruke slala.
Što još čitati
- Janet Abbate, Izmišljanje interneta (1999.)
- Katie Hafner i Matthew Lyon, Gdje čarobnjaci ostaju budni do kasno (1996.)
- Leonard Kleinrock, “An Early History of the Internet,” 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 iz snova: JCR Licklider i revolucija koja je učinila računalstvo osobnim (2001.)
Izvor: www.habr.com