Az ARPA számítógépes hálózatának sémája 1967 júniusában. Üres kör – osztott hozzáférésű számítógép, kör vonallal – egyfelhasználós terminál.
További cikksorozatok:
- A relék története
- Az elektronikus számítógépek története
- A tranzisztor története
- Az internet története
1966 végére. Az ARPA finanszírozásával indították el a több számítógép egyesítésére irányuló projektet, ihletet merítve a "» .
A projekt végrehajtásáért Taylor a tehetséges kezébe adta át a felelősséget. . A következő évben Roberts több kritikus döntést hozott, amelyek később hatással lesznek az ARPANET technikai architektúrájára és kultúrájára, bizonyos esetekben akár évtizedekre is. Az első döntés, bár nem időbeli sorrendben, a megoldás megállapítása volt, amely arra vonatkozott, hogy az üzenetek hogyan kerülnek egyik számítógépről a másikra.
Probléma
Ha az A számítógép üzenetet szeretne küldeni a B számítógépnek, hogyan találja meg az üzenet az útját egyikből a másikba? Elméletileg meg lehetne engedni, hogy a hálózati csomópontok mindegyike kommunikáljon az összes többi csomóponttal, fizikailag minden csomópontot összekötve. Az A számítógép egyszerűen elküldi az üzenetet az B-vel összekötő kimenő kábelén. Ezt a hálózatot teljességgel összekötött hálózatnak nevezik. Azonban bármilyen számottevő hálózat esetén ez a megközelítés gyorsan megvalósíthatatlanná válik, mivel a kapcsolatok száma a csomópontok számának négyzetével nő (pontosan, ez a (n2 - n) / 2).
Ezért szükség van egy módszerre az üzenet útvonalának felépítésére, amely az üzenet megérkezése után átirányítja azt a következő célhoz. Az 1960-as évek elejére már két alapvető megközelítést ismertünk az ilyen feladatok megoldására. Az első - az üzenetek tárolás és továbbítás módszere. Ezt a megközelítést a távíró rendszer használta. Amikor az üzenet megérkezett egy közbenső csomópontba, ideiglenesen ott tárolták (általában papírszalagon), amíg lehetőség nem nyílt arra, hogy továbbítsák a célnak, vagy egy másik közbenső pontnak, amely közelebb van a célhoz.
Ezután megjelent a telefon, és új megközelítésre volt szükség. A telefonon tett minden kijelentés után következő néhány perces késedelem, amelyet dekódolni és a megfelelő helyre továbbítani kellett, olyan érzést keltett, mintha egy marslakóval beszélgetnénk. Ezzel szemben a telefon vonalkapcsolást használt. A hívó minden hívást egy külön üzenet küldésével kezdett, amely megjelölte, hogy kinek szeretne telefonálni. Eleinte ezt az üzenetet egy operátornak mondták el, később pedig a számot automatikus berendezés kezelte a kapcsolóban. Az operátor vagy a berendezés egy dedikált elektromos kapcsolatot hozott létre a hívó és a hívott fél között. Hosszú távú hívások esetén ez több iterációt igényelhetett, amely a hívást több kapcsolón keresztül összekapcsolta. A kapcsolat létrejötte után megkezdődött a beszélgetés, és a kapcsolat addig maradt fenn, amíg az egyik fél le nem tette a telefont.
A digitális kommunikáció, amelyet az ARPANET-en a számítógépek összekapcsolására választottak, a következő séma szerint , ötvözte a távíró és a telefon jellemzőit. Egyrészt az adatokat egyedi csomagokban továbbították, akárcsak a távírón, nem pedig folyamatos beszélgetések formájában a telefonon. Ezek az üzenetek különböző méretűek lehettek különböző célokra, a néhány karakterből álló konzolparancsoktól kezdve egészen a nagy adatfájlokig, amelyeket egyik számítógépről a másikra továbbítottak. Ha a fájlok késlekedtek az úton, senki sem panaszkodott. De a távoli interaktivitás gyors reagálást igényelt, mint egy telefonhívás során.
A fontos különbség a számítógépes adatkommunikációs hálózatok és a telefon, valamint a távíró között a gépek által feldolgozott adatok hibáira való érzékenység volt. Egy karakter megváltozása vagy elvesztése a táviratban, vagy egy szó egy részének eltűnése a telefonbeszélgetésből aligha zavarhatta meg két ember kommunikációját. De ha a vonalon zaj váltotta át az egyetlen bitet 0-ról 1-re a távoli számítógépnek küldött parancsban, az teljesen megváltoztathatta a parancs jelentését. Ezért minden üzenetet ellenőrizni kellett a hibák miatt, és újra kellett küldeni, ha hibát észleltek. Ezek a visszaküldések túlságosan költségesek lettek volna nagy üzenetek esetén, mivel a hibák valószínűsége magasabb volt azoknál, mivel hosszabb ideig tartottak a küldéseik.
A probléma megoldása két független eseménynek volt köszönhető, melyek 1960-ban történt, azonban a későbbi eseményt először Larry Roberts és az ARPA vette észre.
Találkozó
1967 őszén Roberts Gatlinburgba, Tennessee-be érkezett az erdővel borított Great Smoky Mountains csúcsaihoz, hogy átadja a dokumentumot, amely az ARPA hálózattelepítési terveit tartalmazta. Már közel egy éve dolgozott az Információfeldolgozási Technológiai Irodában (IPTO), de a hálózati projekt sok részlete még mindig homályos volt, beleértve a routing problémáját is. A blokkok és azok méreteinek homályos említései mellett az egyetlen utalás a Roberts munkájában egy rövid és kerülő megjegyzés volt a végén: „Szükségszerűnek tűnik fenntartani a rendszeresen használt kommunikációs vonalat a válaszok megszerzése érdekében 0,1-1 másodpercen belül, amely az interaktív munkához szükséges. Ez nagyon erőforrás-igényes a hálózat szempontjából, és ha nem tudunk gyorsabb hívásra lehetőséget találni, akkor az üzenetek váltása és a koncentráció nagyon fontosak lesznek a hálózati résztvevők számára.” Nyilvánvaló volt, hogy addigra Roberts még nem döntötte el, hogy lemond-e az 1965-ben Tom Marriellel közösen használt megközelítésről, azaz a számítógépek összekapcsolásáról a telefonhálózaton keresztül.
Egy másik személy is jelen volt ugyanazon a szimpóziumon, aki sokkal átgondoltabb ötlettel rendelkezett az adatátviteli hálózatok routing problémájának megoldására. Roger Scantlebury átrepülte az Atlanti-óceánt, és a British National Physical Laboratory (NPL) képviseletében érkezett az előadásával. Scantlebury félrevonta Robertst az előadása után, és elmondta neki az ötletét. . Ezt a technológiát az NPL vezetője, Donald Davies fejlesztette ki. Az Egyesült Államokban Davies eredményei és története alig ismertek, pedig 1967 őszén Davies NPL-beli csapata legalább egy évvel megelőzte az ARPA ötleteit.
Davies, mint sok korai elektronikus számítógépek pionírja, fizikusként végzett. 1943-ban 19 évesen diplomázott az Imperial College-ban Londonban, és azonnal felvették egy titkos nukleáris fegyverfejlesztési programba, amelyet a következő kódnévvel láttak el: . Ott egy számológépekkel dolgozó csapatot irányított, akik mechanikus és elektromos számológépeket használtak, hogy gyorsan numerikus megoldásokat adjanak a nukleáris fúzióval kapcsolatos feladatokra. A csoport vezetője volt , egy német származású fizikust, aki addigra már titkokat átadott a nukleáris fegyverekről a Szovjetuniónak. A háború után John Womersley matematikustól hallott egy projektről, amelyet az NPL-ben irányított – ez egy elektronikus számítógép létrehozása volt, amely ugyanezeket a számításokat sokkal nagyobb sebességgel végezte volna el. ACE-nek, azaz "Automatikus Számítási Gépe" nevezték.
Davis megragadta ezt az ötletet, és úgy gyorsan felvették az NPL-hez. Hozzájárulva a részletes projekthez és az ACE számítógép létrehozásához, mélyen érintett maradt a számítógépes gépek területén, mint az NPL kutatási vezetője. 1965-ben úgy történt, hogy az Egyesült Államokban volt egy szakmai találkozón, amely a munkájával kapcsolatos, és ezt a lehetőséget felhasználva meglátogatott néhány jelentős időmegosztó számítógépközpontot, hogy lássa, miről is van szó. A brit számítástechnikai környezetben az időmegosztás az amerikai értelemben, a számítógép több felhasználó általi interaktív megosztása nem volt ismeretes. Ehelyett náluk az időmegosztás a számítógép terhelésének elosztását jelentette több batch feldolgozó program között (például, hogy az egyik program működjön, míg a másik éppen az adathordozóról olvas). Ezt az opciót később multitaskingnak fogják nevezni.
Davis kalandozásai a MIT Project MAC-jához, a RAND Corporation JOSS Project-jéhez Kaliforniában és a Dartmouth időmegosztó rendszeréhez vezettek New Hampshire-ben. Hazafelé az egyik kollégája javasolta, hogy tartsanak egy szemináriumot a megosztásról, hogy tájékoztassák a brit közösséget az új technológiákról, amelyeket az Egyesült Államokban tanultak. Davis egyetértett, és vendégül látta az amerikai számítástechnikai terület számos vezető alakját, beleértve (aki a MIT „időmegosztó rendszert” alkotta) és magát Larry Robertst.
A szeminárium alatt (vagy esetleg közvetlenül utána) Davis-t lenyűgözte az ötlet, hogy az időmegosztás filozófiáját a számítógépek közötti kapcsolatokra is lehet alkalmazni, nemcsak magukra a számítógépekre. Az időmegosztó számítógépek minden felhasználónak egy kis időt adnak a processzoridőből, majd átkapcsolnak egy másikra, így minden felhasználónak illúziót teremtve, hogy saját interaktív számítógépük van. Hasonló módon, ha minden üzenetet standard méretű darabokra, amelyeket Davis „csomagoknak” nevezett, vágnak, egy kapcsolatot sok számítógép vagy ugyanazon számítógép felhasználói között lehet megosztani. Ráadásul ez minden adatátviteli problémát megoldana, amelyekre a telefonos és távíró késleltetők nem voltak alkalmasak. Az interaktív terminállal dolgozó felhasználó, aki rövid parancsokat küld és rövid válaszokat kap, nem fog megrekedni egy nagy fájl átvitele miatt, mivel ezt az átvitelt sok csomagra osztják. Bármilyen sérülés az ilyen nagyságú üzenetekben csak az egyes csomagokat érintheti, amelyeket könnyen újra lehet küldeni az üzenet befejezéséhez.
Davis az ötleteit egy 1966-os meg nem jelent munkában, az "Ajánlás egy digitális kommunikációs hálózat számára" című írásában fejtette ki. Ekkoriban a legfejlettebb telefonhálózatok a kapcsolók számítógépesítésének küszöbén álltak, és Davis azt javasolta, hogy az új generációs telefonhálózatba építsenek be csomagkapcsolást, létrehozva így egy egységes szélessávú kommunikációs hálózatot, amely különböző kéréseket képes kielégíteni, a legegyszerűbb telefonhívásoktól kezdve a távoli számítógépekhez való hozzáférésig. Akkorra Davis-t NPL vezetővé nevezték ki, és egy digitális kommunikációs csoportot alakított Scantlebury irányítása alatt az ő projektjének megvalósítására és egy működő bemutató verzió létrehozására.
Az Gatlinburg-i konferenciát megelőző év során a Scantlbury csapata kidolgozta a csomagkapcsolású hálózat létrehozásának minden részletét. Egy csomópont leállása alkalmazkodó útvonalas tervezés segítségével átvészelhető, amely képes több útvonalat is kezelni a célhelyhez, míg egy adott csomag leállását újraküldéssel lehetett megoldani. A szimuláció és az elemzés arra a következtetésre jutott, hogy az optimális csomagméret 1000 bájt lesz – ha ennél jóval kisebb, a vonalak sávszélességének költsége a fejléceken túlságosan megugrik; ha viszont túl nagy, akkor a válaszidő az interaktív felhasználók számára túl gyakran nő az extra nagy üzenetek miatt.
A Scantlbury munkájában olyan részletek szerepeltek, mint a csomagformátum…
…és a csomagméretek késleltetésre gyakorolt hatásának elemzése.
Eközben Davis és a Scantlbury keresései részletes kutatási munkákra világítottak rá, amelyeket egy másik amerikai készített, aki néhány évvel korábban hasonló ötletet fogalmazott meg. De eközben , a RAND Corporation villamosmérnöke, egyáltalán nem gondolt a időmegosztó számítógépek felhasználói igényeire. A RAND egy elemző központ volt, amely az Egyesült Államok Védelmi Minisztériumának finanszírozásával működött Santa Monicában, Kaliforniában, és a második világháború után alakult meg, hogy hosszú távú tervezést és elemzést végezzen stratégiai problémákban a katonai igények számára. Baran célja az volt, hogy távol tartsa a nukleáris háborút egy olyan megbízható katonai kommunikációs hálózat létrehozásával, amely képes túlélni még a nagyszabású nukleáris támadást is. Egy ilyen hálózat lehetővé tette volna, hogy a Szovjetunió előzetes csapása kevésbé vonzó legyen, mivel rendkívül nehéz volna elpusztítani az Egyesült Államok képességét arra, hogy több érzékeny pontot célba vegyen. Ehhez Baran egy olyan rendszert javasolt, amely az üzeneteket üzenetblokkokra bontotta, amelyeket függetlenül lehetett továbbítani a csomóponti hálózaton, redundáns kapcsolatokkal, majd végül egyesítve a végső ponton.
Az ARPA hozzáféréssel rendelkezett Baran átfogó jelentéseihez a RAND számára, azonban mivel ezek nem kapcsolódtak interaktív számítógépekhez, az ARPANET számára nem volt nyilvánvaló a jelentőségük. Roberts és Taylor valószínűleg észre sem vették őket. Ehelyett egy véletlenszerű találkozó során Scantlebury mindent tálcán kínált Robertsnak: jól átgondolt kapcsolási mechanizmus, alkalmazhatóság az interaktív számítógépes hálózatok létrehozásához, a RAND-tól származó hivatkozási anyagok, sőt még a „csomag” elnevezés is. Az NPL munkája is megerősítette Robertst abban, hogy a megfelelő sávszélesség biztosítása érdekében magasabb sebességekre van szükség, ezért terveit 50 Kbit/s-os kommunikációs vonalakra frissítette. Az ARPANET létrehozásához a routing alapvető problémáját megoldották.
Valóban van egy másik verzió a csomagkapcsolás ötletének megjelenéséről. Roberts később azt állította, hogy már voltak hasonló gondolatai, kollégája, Len Kleinrock munkájának köszönhetően, aki állítólag ezt a koncepciót már 1962-ben leírta a távközlési hálózatokról szóló doktori disszertációjában. Azonban ebből a munkából hihetetlenül nehéz hasonló ötletet kiolvasni, és nem találtam más megerősítést erről a verzióról.
Hálózatok, amelyek nem léteztek
Mint láthatjuk, két csapat megelőzte az ARPA-t a csomagkapcsolás fejlesztésében, amely technológia annyira hatékony volt, hogy ma már gyakorlatilag minden kommunikáció alapját képezi. Miért lett mégis az ARPANET az első jelentős hálózat, amely ezt alkalmazta?
Mindez az szervezeti finomságokban rejlik. Az ARPA-nak nem volt hivatalos engedélye egy kommunikációs hálózat létrehozására, azonban rengeteg már meglévő kutatóközpont volt saját számítógépeivel, a „szabad” szokások kultúrája, amelyet gyakorlatilag senki sem figyelt, és hatalmas mennyiségű pénz. Taylor 1966-os kezdeti kérésében az ARPANET létrehozására 1 millió dollár összegű támogatást kért, és Roberts évről évre, 1969-től kezdve ennyit költött a hálózat létrehozására és működtetésére. Az ARPA számára ez a pénz apróságnak számított, ezért senki nem aggódott amiatt, hogy Roberts mit csinál vele, amíg azt valahogyan a nemzeti védelem szükségleteihez lehetett kapcsolni.
Behrnnek a RAND-nál nem voltak se lehetőségeik, se hatalmuk ahhoz, hogy bármit tegyenek. A munkája tisztán kutatási és elemző jellegű volt, amelyet igény esetén a védelemhez is lehetett alkalmazni. 1965-ben a RAND valóban ajánlotta a légierejének a rendszerét, és azok egyetértettek a projekt életképességével. De a megvalósítás a védelmi kommunikációs ügynökségre hárult, ahol nem igazán értettek a digitális kommunikációhoz. Behrn meggyőzte a RAND vezetését, hogy ezt a javaslatot jobb elvinni, mint hagyni, hogy bárhogyan megvalósítsák, és ezzel tönkretegyék a váltakozó digitális kommunikáció hírnevét.
Davis, mint az NPL vezetője, sokkal nagyobb hatalommal bírt, mint Behrn, de szigorúbb költségvetéssel rendelkezett, mint az ARPA, és nem volt kész társadalmi és technikai hálózata a kutatási számítógépekből. Sikerült egy helyi csomagkapcsolású hálózat prototípusát létrehoznia az NPL-ben az 1960-as évek végén, mindössze 120 000 fontos költségvetéssel három év alatt. Az ARPANET körülbelül ennek a felének megfelelő összeget költött évente a hálózat sok csomópontjának működtetésére és fenntartására, kizárva az eredeti hardver- és szoftverberuházásokat. A brit posta volt az az ügynökség, amely képes lett volna létrehozni egy nagyszabású brit csomagkapcsolású hálózatot, mivel ők irányították az ország telekommunikációs hálózatait, a közvetlen posta forgalmon kívül. Davidsonak sikerült néhány befolyásos tisztviselőt meggyőznie ötleteivel egy egyesített digitális hálózatról, de egy ilyen hatalmas rendszer irányvonalának megváltoztatása nem volt a hatáskörében.
Licklider, a szerencse és a tervezés ötvözésével, megtalálta azt a csodálatos üvegházat, ahol virágzásra készülhetett a galaktikus hálózata. Nem állítható azonban, hogy minden, ami a csomagkapcsolás mellett történt, pénz kérdése volt. A téma végrehajtása is jelentős szerepet játszott. Sőt, az ARPANET szellemét néhány más fontos döntés is meghatározta a tervezési szakaszban. Ezért továbbiakban megvizsgáljuk, hogyan oszlott meg a felelősség a számítógépek között, amelyek üzeneteket küldtek és fogadtak, és a hálózaton, amelyen ezeket az üzeneteket elküldték.
Mit olvass még
- Janet Abbate, Az internet feltalálása (1999)
- Katie Hafner és Matthew Lyon, A varázslók későn ébren (1996)
- Leonard Kleinrock, “An Early History of the Internet,” IEEE Communications Magazine (August 2010)
- Arthur Norberg és Julie O’Neill, A számítógép-technológia átalakítása: Információfeldolgozás a Pentagon számára, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, Az álomgép: J.C.R. Licklider és a forradalom, amely a számítógépes használatot személyessé tette (2001)
Forrás: habr.com
