היסטוריית אינטרנט: ARPANET - חבילה

דיאגרמת רשת מחשבים ARPA ליוני 1967. מעגל ריק הוא מחשב עם גישה משותפת, מעגל עם קו הוא מסוף למשתמש אחד

מאמרים נוספים בסדרה:

• היסטוריה של הממסר
  • שיטה של ​​"העברת מידע מהירה", או לידתו של ממסר
  • סופר ארוך טווח
  • גלווניזם
  • יזמים
  • והנה, סוף סוף, הממסר
  • טלגרף מדבר
  • פשוט תתחבר
  • הדור הנשכח של מחשבי ממסר
  • עידן אלקטרוני
• היסטוריה של מחשבים אלקטרוניים
  • פרולוג
  • עֲנָק
  • ENIAC
  • מהפכה אלקטרונית
• היסטוריה של הטרנזיסטור
  • מגשש את דרכך בחושך
  • מכור המלחמה
  • המצאה מחדש מרובה
• היסטוריית אינטרנט
  • רשת עמוד השדרה
  • דעיכה, חלק 1
  • דעיכה, חלק 2
  • פתיחת אינטראקטיביות
  • הרחבת האינטראקטיביות
  • ARPANET - הלידה
  • ARPANET - חבילה
  • ARPANET - רשת משנה
  • מחשב כמכשיר תקשורת
  • היסטוריה של האינטרנט: עבודה באינטרנט

עד סוף 1966 רוברט טיילור בכסף של ARPA, הוא השיק פרויקט לחיבור מחשבים רבים למערכת אחת, בהשראת הרעיון "רשת אינטרגלקטית» ג'וזף קרל רובנט ליקלידר.

טיילור העבירה את האחריות על ביצוע הפרויקט לידיים יכולות לארי רוברטס. בשנה שלאחר מכן, רוברטס קיבל מספר החלטות קריטיות שיהדהדו לאורך הארכיטקטורה הטכנית והתרבות של ARPANET וממשיכיה, במקרים מסוימים לעשורים הבאים. ההחלטה הראשונה בחשיבותה, אם כי לא בכרונולוגיה, הייתה קביעת מנגנון לניתוב הודעות ממחשב אחד למשנהו.

בעיה

אם מחשב א' רוצה לשלוח הודעה למחשב ב', איך הודעה זו יכולה למצוא את דרכה מאחד לשני? בתיאוריה, אתה יכול לאפשר לכל צומת ברשת תקשורת לתקשר עם כל צומת אחר על ידי חיבור כל צומת לכל צומת באמצעות כבלים פיזיים. כדי לתקשר עם B, מחשב A פשוט ישלח הודעה לאורך הכבל היוצא המחבר אותו ל-B. רשת כזו נקראת רשת רשת. עם זאת, עבור כל גודל רשת משמעותי, גישה זו הופכת במהירות ללא מעשית ככל שמספר החיבורים גדל ככל שהריבוע של מספר הצמתים (כ-(n2 - n)/2 ליתר דיוק).

לכן, נדרשת דרך כלשהי לבניית נתיב הודעה, אשר עם הגעת ההודעה לצומת הביניים, תשלח אותה הלאה אל היעד. בתחילת שנות ה-1960, היו שתי גישות בסיסיות לפתרון בעיה זו. הראשון הוא שיטת אחסן והעברה של החלפת הודעות. גישה זו שימשה את מערכת הטלגרף. כאשר הגיעה הודעה לצומת ביניים, היא אוחסנה שם באופן זמני (בדרך כלל בצורת סרט נייר) עד שניתן היה להעביר אותה הלאה אל המטרה, או למרכז ביניים אחר שנמצא קרוב יותר למטרה.

ואז הגיע הטלפון ונדרשת גישה חדשה. עיכוב של מספר דקות לאחר כל התבטאות בטלפון, שהיה צריך להיות מפוענח ולשדר ליעדה, ייתן תחושה של שיחה עם בן שיח שנמצא על מאדים. במקום זאת, הטלפון השתמש במיתוג מעגלים. המתקשר החל כל שיחה בשליחת הודעה מיוחדת המציינת למי הוא רוצה להתקשר. תחילה הם עשו זאת על ידי דיבור עם המפעיל, ולאחר מכן חיוג למספר, שעובד על ידי ציוד אוטומטי במרכזייה. המפעיל או הציוד יצרו חיבור חשמלי ייעודי בין המתקשר לבין המתקשר. במקרה של שיחות למרחקים ארוכים, הדבר עשוי לדרוש מספר איטרציות לחיבור השיחה באמצעות מתגים מרובים. לאחר יצירת הקשר, השיחה עצמה יכלה להתחיל, והקשר נשאר עד שאחד הצדדים קטע אותה בניתוק.

תקשורת דיגיטלית, שבה הוחלט להשתמש ב-ARPANET לחיבור מחשבים הפועלים לפי התוכנית חלוקת זמן, השתמשו בתכונות הן של הטלגרף והן של הטלפון. מצד אחד, הודעות נתונים הועברו במנות נפרדות, כמו בטלגרף, ולא כשיחות רצופות בטלפון. עם זאת, הודעות אלו יכולות להיות בגדלים שונים למטרות שונות, מפקודות מסוף באורך של מספר תווים, ועד לקבצי נתונים גדולים המועברים ממחשב אחד למשנהו. אם התיקים התעכבו במעבר, אף אחד לא התלונן על כך. אבל אינטראקטיביות מרחוק דרשה תגובה מהירה, כמו שיחת טלפון.

הבדל חשוב אחד בין רשתות נתונים מחשבים מחד, לבין הטלפון והטלגרף מאידך, היה הרגישות לשגיאות בנתונים המעובדים על ידי המכונות. שינוי או אובדן במהלך שידור של תו אחד במברק, או היעלמות של חלק ממילה בשיחת טלפון בקושי עלולים לשבש באופן רציני את התקשורת של שני אנשים. אבל אם הרעש בקו העביר ביט בודד מ-0 ל-1 בפקודה שנשלחה למחשב מרוחק, זה יכול לשנות לחלוטין את משמעות הפקודה. לכן, כל הודעה הייתה צריכה להיבדק לאיתור שגיאות ולהתרעם אם נמצאו כאלה. שידורים חוזרים כאלה יהיו יקרים מדי עבור הודעות גדולות וסביר יותר שיגרמו לשגיאות מכיוון שלקח להם זמן רב יותר לשדר.

הפתרון לבעיה זו הגיע דרך שני אירועים בלתי תלויים שקרו ב-1960, אבל זה שהגיע אחר כך הבחינו תחילה על ידי לארי רוברטס ו-ARPA.

פגישה

בסתיו 1967, רוברטס הגיע לגטלינבורג, טנסי, מעבר לפסגות המיוערות של הרי המעושן הגדול, כדי להעביר מסמך המתאר את תוכניות הרשת של ARPA. הוא עבד במשרד טכנולוגיית עיבוד המידע (IPTO) במשך כמעט שנה, אבל רבים מהפרטים של פרויקט הרשת עדיין היו מעורפלים מאוד, כולל הפתרון לבעיית הניתוב. מלבד התייחסויות מעורפלות לבלוקים ולגדלים שלהם, ההתייחסות היחידה אליו בעבודתו של רוברטס הייתה הערה קצרה ומתחמקת ממש בסוף: "נראה שיש צורך לשמור על קו תקשורת בשימוש לסירוגין כדי לקבל תגובות בעשירית לאחד. פעם שניה נדרשת לפעולה אינטראקטיבית. זה מאוד יקר במונחים של משאבי רשת, ואם לא נוכל לבצע שיחות מהר יותר, החלפת הודעות וריכוז יהפכו חשובים מאוד עבור משתתפי הרשת". ברור שבאותו זמן, רוברטס עדיין לא החליט אם לנטוש את הגישה שבה השתמש עם טום מריל ב-1965, כלומר, חיבור מחשבים דרך רשת הטלפון המתחלפת באמצעות חיוג אוטומטי.

במקרה, אדם אחר נכח באותו סימפוזיון עם רעיון הרבה יותר טוב לפתרון בעיית הניתוב ברשתות נתונים. רוג'ר סקנטלברי חצה את האוקיינוס ​​האטלנטי, והגיע מהמעבדה הפיזית הלאומית הבריטית (NPL) עם דיווח. סקנטלברי לקח את רוברטס הצידה לאחר הדיווח שלו וסיפר לו על הרעיון שלו. מיתוג מנות. טכנולוגיה זו פותחה על ידי הבוס שלו ב-NPL, דונלד דייוויס. בארצות הברית, ההישגים וההיסטוריה של דייוויס ידועים בקושי, אם כי בסתיו 1967 הקבוצה של דייוויס ב-NPL הקדימה לפחות שנה את ARPA ברעיונותיה.

דייוויס, כמו חלוצים מוקדמים רבים של המחשוב האלקטרוני, היה פיזיקאי בהכשרתו. הוא סיים את לימודיו באימפריאל קולג' בלונדון ב-1943 בגיל 19 ומיד גויס לתוכנית נשק גרעיני סודית בשם הקוד סגסוגות צינור. שם הוא פיקח על צוות של מחשבונים אנושיים שהשתמשו במחשבונים מכניים וחשמליים כדי לייצר במהירות פתרונות מספריים לבעיות הקשורות להיתוך גרעיני (הממונה עליו היה אמיל יוליוס קלאוס פוקס, פיזיקאי גרמני גולה שבאותו זמן כבר החל להעביר את סודות הנשק הגרעיני לברית המועצות). לאחר המלחמה הוא שמע מהמתמטיקאי ג'ון וומרסלי על פרויקט שהוביל ב-NPL - זה היה יצירת מחשב אלקטרוני שאמור לבצע את אותם חישובים במהירות הרבה יותר גבוהה. מחשב עיצב אלן טיורינג נקרא ACE, "מנוע מחשוב אוטומטי".

דייויס קפץ על הרעיון וחתם על NPL מהר ככל שיכול. לאחר שתרם לתכנון ולבנייה המפורטים של מחשב ה-ACE, הוא נשאר מעורב עמוק בתחום המחשוב כמוביל מחקר ב-NPL. בשנת 1965 הוא במקרה בארה"ב לפגישה מקצועית הקשורה לעבודתו וניצל את ההזדמנות לבקר בכמה אתרי מחשב גדולים לשיתוף זמן כדי לראות על מה כל המהומה. בסביבת המחשוב הבריטית, שיתוף זמן במובן האמריקאי של שיתוף אינטראקטיבי של מחשב על ידי מספר משתמשים לא היה ידוע. במקום זאת, חלוקת זמן פירושה חלוקת עומס העבודה של המחשב בין מספר תוכנות לעיבוד אצווה (כך, למשל, תוכנה אחת תעבוד בעוד אחרת עסוקה בקריאת קלטת). אז אפשרות זו תיקרא ריבוי תכנות.

נדודיו של דייויס הובילו אותו לפרויקט MAC ב-MIT, לפרויקט JOSS בתאגיד RAND בקליפורניה ולמערכת שיתוף הזמן של דארטמות' בניו המפשייר. בדרך הביתה, אחד מעמיתיו הציע לערוך סדנה בנושא שיתוף כדי לחנך את הקהילה הבריטית על הטכנולוגיות החדשות שהם למדו עליהן בארה"ב. דייויס הסכים, ואירח רבות מהדמויות המובילות בתחום המחשוב האמריקאי, כולל פרננדו חוסה קורבאטו (יוצר "מערכת שיתוף הזמן הדדית" ב-MIT) ולארי רוברטס עצמו.

במהלך הסמינר (או אולי מיד לאחר מכן), דייויס נדהם מהרעיון שניתן ליישם את פילוסופיית שיתוף הזמן על קווי תקשורת מחשבים, לא רק על המחשבים עצמם. מחשבי שיתוף זמן נותנים לכל משתמש נתח קטן של זמן מעבד ואז עוברים לאחר, מה שמעניק לכל משתמש אשליה שיש לו מחשב אינטראקטיבי משלו. כמו כן, על ידי חיתוך כל הודעה לחתיכות בגודל סטנדרטי, שדיוויס כינה "מנות", ערוץ תקשורת יחיד יכול להיות משותף בין מחשבים רבים או משתמשים של מחשב יחיד. יתרה מכך, זה יפתור את כל ההיבטים של העברת נתונים שעבורם מתגי טלפון וטלגרף לא מתאימים. משתמש המפעיל מסוף אינטראקטיבי השולח פקודות קצרות ומקבל תשובות קצרות לא ייחסם על ידי העברת קבצים גדולה מכיוון שההעברה תתחלק למנות רבות. כל שחיתות בהודעות כה גדולות תשפיע על חבילה בודדת, אותה ניתן בקלות לשדר מחדש כדי להשלים את ההודעה.

דייויס תיאר את רעיונותיו במאמר שלא פורסם משנת 1966, "הצעה לרשת תקשורת דיגיטלית". באותה תקופה, רשתות הטלפון המתקדמות ביותר היו על סף מחשוב מתגים, ודיוויס הציע להטמיע מיתוג מנות לרשת הטלפון של הדור הבא, וליצור רשת תקשורת אחת בפס רחב המסוגלת לשרת מגוון של בקשות, החל משיחות טלפון פשוטות ועד מרחוק. גישה למחשבים. עד אז, דייויס קודם למנהל NPL והקים קבוצת תקשורת דיגיטלית תחת Scantlebury כדי ליישם את הפרויקט שלו וליצור הדגמה עובדת.

בשנה שקדמה לוועידת Gatlinburg, הצוות של Scantlebury עבד על כל הפרטים של יצירת רשת עם מיתוג מנות. ניתן לשרוד כשל בצומת בודד על ידי ניתוב אדפטיבי שיכול לטפל במספר נתיבים ליעד, וניתן לטפל בכשל של מנה בודדת על ידי שליחתה מחדש. סימולציה וניתוח אמרו שגודל החבילה האופטימלי יהיה 1000 בתים - אם תקטין אותו בהרבה, אז צריכת רוחב הפס של הקווים למטא נתונים בכותרת תהיה גדולה מדי, הרבה יותר - וזמן התגובה למשתמשים אינטראקטיביים יגדל לעתים קרובות מדי בגלל הודעות גדולות.

עבודתו של סקנטלברי כללה פרטים כגון פורמט החבילה...

...וניתוח ההשפעה של גדלי מנות על זמן האחזור של הרשת.

בינתיים, החיפוש של דייוויס וסקנטלברי הוביל לגילוי מאמרי מחקר מפורטים שנעשו על ידי אמריקאי אחר שהגה רעיון דומה מספר שנים לפניהם. אבל באותו זמן פול בארן, מהנדס חשמל בתאגיד RAND, לא חשב כלל על הצרכים של משתמשי מחשבים המחלקים זמן. RAND היה צוות חשיבה במימון משרד ההגנה בסנטה מוניקה, קליפורניה, שנוצר לאחר מלחמת העולם השנייה כדי לספק תכנון וניתוח לטווח ארוך של בעיות אסטרטגיות עבור הצבא. מטרתו של ברן הייתה לעכב מלחמה גרעינית על ידי יצירת רשת תקשורת צבאית אמינה ביותר המסוגלת לשרוד אפילו מתקפה גרעינית בקנה מידה גדול. רשת כזו תהפוך מתקפת מנע של ברית המועצות לפחות אטרקטיבית, שכן יהיה קשה מאוד להרוס את היכולת של ארה"ב לפגוע במספר נקודות רגישות בתגובה. לשם כך, ברן הציע מערכת שפרצה הודעות למה שהוא כינה בלוקי הודעות שניתן להעביר באופן עצמאי על פני רשת של צמתים מיותרים ולאחר מכן להרכיב אותם בנקודת הקצה.

ל-ARPA הייתה גישה לדוחות הרבים של ברן עבור RAND, אך מכיוון שהם לא היו קשורים למחשבים אינטראקטיביים, חשיבותם ל-ARPANET לא הייתה ברורה. רוברטס וטיילור, כנראה, מעולם לא שמו לב אליהם. במקום זאת, כתוצאה מפגישה מקרית אחת, סקנטלברי העביר את הכל לרוברטס על מגש כסף: מנגנון מיתוג מעוצב היטב, ישימות לבעיית יצירת רשתות מחשבים אינטראקטיביות, חומרי עזר מ-RAND ואפילו השם "חבילה". העבודה של NPL גם שכנעה את רוברטס שיהיה צורך במהירויות גבוהות יותר כדי לספק קיבולת טובה, אז הוא שדרג את התוכניות שלו לקישורים של 50 Kbps. כדי ליצור את ARPANET, חלק מהותי מבעיית הניתוב נפתר.

נכון, יש גרסה נוספת למקור הרעיון של מיתוג מנות. מאוחר יותר טען רוברטס שכבר היו לו מחשבות דומות בראשו, הודות לעבודתו של עמיתו, לן קליינרוק, שתיאר לכאורה את המושג עוד ב-1962, בעבודת הדוקטורט שלו על רשתות תקשורת. עם זאת, קשה להפליא לחלץ רעיון כזה מעבודה זו, וחוץ מזה, לא הצלחתי למצוא שום ראיה אחרת לגרסה זו.

רשתות שמעולם לא היו קיימות

כפי שאנו יכולים לראות, שני צוותים הקדימו את ARPA בפיתוח מיתוג מנות, טכנולוגיה שהוכחה כל כך יעילה שהיא עומדת כעת בבסיס כמעט כל התקשורת. מדוע הייתה ARPANET הרשת המשמעותית הראשונה שהשתמשה בה?

הכל עניין של דקויות ארגוניות. ל-ARPA לא הייתה הרשאה רשמית ליצור רשת תקשורת, אבל היו מספר רב של מרכזי מחקר קיימים עם מחשבים משלהם, תרבות של מוסר "חופשי" שהיה כמעט ללא פיקוח והרים של כסף. בקשתו המקורית של טיילור משנת 1966 לכספים ליצירת ARPANET דרשה מיליון דולר, ורוברטס המשיכה להוציא כל כך הרבה מדי שנה מ-1 ואילך כדי להפעיל את הרשת. יחד עם זאת, עבור ARPA, כסף כזה היה כסף קטן, אז אף אחד מהבוסים שלו לא דאג למה שרוברטס עושה איתו, כל עוד אפשר היה לקשור אותו איכשהו לצורכי ההגנה הלאומית.

לברן ב-RAND לא הייתה הכוח ולא הסמכות לעשות דבר. עבודתו הייתה חקרנית ואנליטית בלבד, וניתן היה ליישם אותה להגנה אם תרצה בכך. בשנת 1965, RAND למעשה המליץ ​​על המערכת שלו לחיל האוויר, שהסכים שהפרויקט בר קיימא. אבל יישומו נפל על כתפיה של סוכנות התקשורת הביטחונית, והם לא הבינו במיוחד בתקשורת דיגיטלית. ברן שכנע את הממונים עליו ב-RAND שעדיף למשוך את ההצעה הזו מאשר לאפשר לה בכל מקרה ליישם ולהרוס את המוניטין של תקשורת דיגיטלית מבוזרת.

לדיוויס, כראש NPL, היה הרבה יותר כוח מברן, אבל תקציב מצומצם יותר מ-ARPA, ולא הייתה לו רשת חברתית וטכנית מוכנה של מחשבי מחקר. הוא הצליח ליצור אב-טיפוס של רשת מיתוג מנות מקומית (היה רק ​​צומת אחד, אבל מסופים רבים) ב-NPL בסוף שנות ה-1960, עם תקציב צנוע של 120 פאונד במשך שלוש שנים. ARPANET הוציאה מדי שנה כמחצית מהסכום הזה על תפעול ותחזוקה בכל אחד מהצמתים הרבים של הרשת, לא כולל השקעות ראשוניות בחומרה ובתוכנה. הארגון המסוגל ליצור רשת מיתוג מנות בריטית בקנה מידה גדול היה משרד הדואר הבריטי, שניהל את רשתות התקשורת במדינה, למעט שירות הדואר עצמו. דייויס הצליח לעניין כמה פקידים משפיעים עם הרעיונות שלו לרשת דיגיטלית מאוחדת בקנה מידה ארצי, אבל הוא לא הצליח לשנות את הכיוון של מערכת ענקית כזו.

ליקלידר, באמצעות שילוב של מזל ותכנון, מצא את החממה המושלמת שבה הרשת הבין-גלקטית שלו יכולה לפרוח. יחד עם זאת, אי אפשר לומר שהכל פרט למעבר מנות הסתכם בכסף. גם לביצוע הרעיון היה תפקיד. יתרה מכך, מספר החלטות עיצוביות חשובות אחרות עיצבו את רוח ARPANET. לכן, בהמשך נבחן כיצד התחלקה האחריות בין המחשבים ששלחו וקבלו הודעות, והרשת שעליה הם שלחו את ההודעות הללו.

מה עוד לקרוא

• ג'נט אבאטה, המצאת האינטרנט (1999)
• קייטי האפנר ומתיו ליון, איפה הקוסמים נשארים ערים מאוחר (1996)
• לאונרד קליינרוק, "היסטוריה מוקדמת של האינטרנט", מגזין IEEE Communications (אוגוסט 2010)
• ארתור נורברג וג'ולי אוניל, שינוי טכנולוגיית המחשב: עיבוד מידע עבור הפנטגון, 1962-1986 (1996)
• מ. מיטשל ולדרופ, מכונת החלומות: JCR Licklider והמהפכה שהפכה את המחשוב לאישי (2001)

מקור: www.habr.com