🥇インターネットの歴史: ARPANET - パッケージ

1967 年 XNUMX 月の ARPA コンピュータネットワーク図。空の円は共有アクセスを持つコンピュータ、線のある円は XNUMX 人のユーザー用の端末

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1966年末までにロバート・テイラー ARPA のお金を使って、彼は「」というアイデアに触発されて、多数のコンピューターを単一のシステムに接続するプロジェクトを立ち上げました。銀河間ネットワーク» ジョセフ・カール・ロブネット・リックライダー.

テイラーはプロジェクトの実行責任を有能な手に移譲したラリー・ロバーツ。翌年、ロバーツ氏はいくつかの重要な決定を下しました。これらの決定は、ARPANET とその後継者の技術アーキテクチャと文化全体に影響を及ぼし、場合によっては今後数十年にわたって影響を与えることになりました。時系列ではありませんが、重要な最初の決定は、あるコンピューターから別のコンピューターにメッセージをルーティングするメカニズムを決定することでした。

問題

コンピューター A がコンピューター B にメッセージを送信したい場合、そのメッセージはどのようにしてコンピューター B からコンピューター B へ送信されるのでしょうか? 理論的には、各ノードを物理ケーブルですべてのノードに接続することで、通信ネットワーク内のすべてのノードが他のすべてのノードと通信できるようにすることができます。コンピュータ A は、B と通信するために、B に接続する発信ケーブルに沿ってメッセージを送信するだけです。このようなネットワークはメッシュネットワークと呼ばれます。ただし、ネットワークサイズが大きくなると、接続数がノード数の 2 乗 (正確には (n2 - n)/XNUMX) に応じて増加するため、このアプローチはすぐに実用的ではなくなります。

したがって、中間ノードにメッセージが到着すると、それをさらにターゲットに送信する、メッセージルートを構築する何らかの方法が必要になります。 1960 年代初頭、この問題を解決するには XNUMX つの基本的なアプローチがありました。 XNUMX つ目は、メッセージスイッチングのストアアンドフォワード方式です。このアプローチは電信システムで使用されました。メッセージが中間ノードに到着すると、さらにターゲット、またはターゲットに近い別の中間センターに送信できるようになるまで、メッセージはそこに (通常は紙テープの形で) 一時的に保管されます。

その後、電話が登場し、新しいアプローチが必要になりました。電話での各発言の後に数分の遅延があり、それを解読して宛先に送信する必要があるため、火星にいる対話者と会話しているような感覚が得られます。代わりに、電話は回線交換を使用しました。発信者は、電話をかけたい相手を示す特別なメッセージを送信することで各通話を開始しました。まずオペレーターと会話し、次に番号をダイヤルすることでこれが行われ、その番号は交換機の自動装置によって処理されました。オペレータまたは機器は、発信者と着信者の間に専用の電気接続を確立しました。長距離通話の場合、複数の交換機を介して通話を接続することを数回繰り返す必要がある場合があります。接続が確立されると、会話自体が開始され、一方が電話を切って中断するまで接続は維持されました。

スキームに従って動作するコンピュータを接続するためにARPANETで使用することが決定されたデジタル通信時間を共有する、電信と電話の両方の機能を使用しました。一方で、データメッセージは、電話での連続した会話としてではなく、電信のように個別のパケットで送信されました。ただし、これらのメッセージは、数文字の長さのコンソールコマンドから、あるコンピュータから別のコンピュータに転送される大きなデータファイルに至るまで、目的に応じて異なるサイズになる可能性があります。ファイルの転送が遅れても、誰もそれについて文句を言う人はいませんでした。しかし、リモートでの双方向性には、電話のような素早い応答が必要でした。

一方のコンピュータデータネットワークと他方の電話や電信との重要な違いの 0 つは、機械によって処理されるデータのエラーに対する感度です。電報の送信中に 1 文字が変更または消失したり、電話での会話で単語の一部が消失したりしても、XNUMX 人のコミュニケーションが重大に中断されることはほとんどありません。しかし、回線上のノイズによって、リモートコンピュータに送信されたコマンドの XNUMX ビットが XNUMX から XNUMX に切り替わった場合、コマンドの意味が完全に変わってしまう可能性があります。したがって、各メッセージにエラーがないかチェックし、エラーが見つかった場合は再送信する必要がありました。このようなリプレイは、大きなメッセージにはコストがかかりすぎ、送信に時間がかかるためエラーが発生する可能性が高くなります。

この問題の解決策は、1960 年に起こった XNUMX つの独立した出来事によってもたらされましたが、その後に起こった出来事は、ラリー・ロバーツと ARPA によって最初に注目されました。

ミーティング

1967 年の秋、ロバーツは ARPA のネットワーク計画を説明する文書を届けるために、グレートスモーキー山脈の森林に覆われた山頂の向こうからテネシー州ガトリンバーグに到着しました。彼は情報処理技術局 (IPTO) で 1965 年近く働いていましたが、ルーティング問題の解決策を含め、ネットワークプロジェクトの詳細の多くはまだ非常に曖昧でした。ロバーツの著作の中でブロックとそのサイズについてのあいまいな言及を除けば、それへの唯一の言及は、最後の最後に書かれた簡潔で回避的な発言だけだった。 XNUMX 回目は対話型操作に必要です。これはネットワークリソースの点で非常に高価であり、より高速に通話できなければ、ネットワーク参加者にとってメッセージの切り替えと集中が非常に重要になります。」明らかに、その時までにロバーツは、XNUMX 年にトム・マリルとともに使用したアプローチ、つまり自動ダイヤルを使用して交換電話網経由でコンピュータを接続するアプローチを放棄するかどうかをまだ決定していませんでした。

偶然にも、データネットワークにおけるルーティングの問題を解決するための、より優れたアイデアを持った別の人が同じシンポジウムに出席していました。ロジャー・スキャントルベリーは大西洋を渡り、英国国立物理研究所（NPL）から報告書を携えて到着した。スカントルベリーは報告の後、ロバーツを脇に連れて行き、自分のアイデアについて話した。パケット交換。このテクノロジーは、NPL の上司であるドナルドデイビスによって開発されました。米国ではデイビスの功績と歴史はあまり知られていないが、1967 年の秋には NPL のデイビスのグループがそのアイデアで少なくとも XNUMX 年は ARPA よりも先を行っていた。

デイビスは、多くの電子コンピューティングの初期の先駆者と同様に、訓練を受けた物理学者でした。彼は 1943 年に 19 歳でインペリアルカレッジロンドンを卒業し、すぐにコードネームで呼ばれる秘密核兵器計画に参加することを認められました。チューブ合金。そこで彼は、機械式および電気式の計算機を使用して、核融合に関連する問題に対する数値解を迅速に導き出す人間の計算機チームを監督しました (彼の監督者はエミール・ジュリアス・クラウス・フックス、ドイツの海外駐在物理学者で、その時までにすでに核兵器の秘密をソ連に移転し始めていました）。戦後、彼は数学者のジョン・ウーマーズリーから、彼がNPLで主導していたプロジェクトについて聞いた。それは、同じ計算をより高速に実行することになっていた電子コンピューターの作成だった。アラン・チューリングが設計したコンピューター ACE、「自動計算エンジン」と呼ばれます。

デイビスはそのアイデアに飛びつき、できるだけ早く NPL と契約しました。 ACE コンピュータの詳細設計と構築に貢献した彼は、NPL の研究リーダーとしてコンピューティング分野に深く関わり続けました。 1965 年、彼はたまたま自分の仕事に関連する専門的な会議のため米国に滞在しており、この機会を利用して、大騒ぎが何であったかを確認するためにいくつかの大きなタイムシェアリングコンピュータサイトを訪問しました。英国のコンピューティング環境では、複数のユーザーによるコンピュータのインタラクティブな共有という米国の意味でのタイムシェアリングは知られていませんでした。代わりに、タイムシェアリングとは、コンピュータのワークロードを複数のバッチ処理プログラムに分散することを意味しました (たとえば、あるプログラムがテープの読み取りで忙しい間、別のプログラムが動作するように)。このオプションはマルチプログラミングと呼ばれます。

デイビスの放浪は、彼を MIT のプロジェクト MAC、カリフォルニアのランド研究所の JOSS プロジェクト、そしてニューハンプシャーのダートマスタイムシェアリングシステムに導きました。帰り道、彼の同僚の一人が、英国のコミュニティに米国で学んだ新しいテクノロジーを教育するために、共有に関するワークショップを開催することを提案しました。デイビスはこれに同意し、以下を含むアメリカのコンピューティング分野の主要人物の多くをもてなしました。フェルナンド・ホセ・コルバト（MITの「相互運用可能なタイムシェアリングシステム」の作成者）とラリー・ロバーツ自身。

セミナー中 (あるいはその直後)、デイビスは、タイムシェアリングの哲学がコンピュータ自体だけでなく、コンピュータ通信回線にも適用できるという考えに衝撃を受けました。タイムシェアリングコンピュータは、各ユーザーに CPU 時間の小さな部分を与え、その後別のコンピュータに切り替えることで、各ユーザーに自分専用の対話型コンピュータがあるかのような錯覚を与えます。同様に、各メッセージをデイビスが「パケット」と呼んだ標準サイズの断片に分割することにより、単一の通信チャネルを多数のコンピュータまたは単一コンピュータのユーザー間で共有できます。さらに、電話交換機や電信交換機が不向きだったデータ伝送のあらゆる側面を解決するでしょう。対話型端末を操作しているユーザーが短いコマンドを送信し、短い応答を受信する場合、転送は多数のパケットに分割されるため、大きなファイル転送によってブロックされることはありません。このような大きなメッセージの破損は単一のパケットに影響を与えるため、簡単に再送信してメッセージを完成させることができます。

デイビスは、1966 年の未発表論文「デジタル通信ネットワークの提案」で自身のアイデアを説明しました。当時、最先端の電話ネットワークは交換機のコンピュータ化を目前に控えており、デイビスはパケット交換を次世代の電話ネットワークに組み込んで、単純な電話から遠隔通話まで、さまざまな要求に対応できる単一のブロードバンド通信ネットワークを構築することを提案しました。コンピューターへのアクセス。その時までに、デイビスは NPL のマネージャーに昇進し、プロジェクトを実行して実用的なデモを作成するために、スキャントルベリーの下にデジタルコミュニケーショングループを設立しました。

ガトリンバーグ会議に至るまでの 1000 年間、Scantlebury のチームはパケット交換ネットワークの構築に関する詳細をすべて検討しました。単一ノードの障害は、宛先までの複数のパスを処理できる適応ルーティングによって生き残ることができ、単一のパケット障害は再送信することで対処できます。シミュレーションと分析によると、最適なパケットサイズは XNUMX バイトです。これを大幅に小さくすると、ヘッダー内のメタデータの行による帯域幅の消費が非常に多くなり、対話型ユーザーの応答時間が増加します。メッセージが大きいため、頻繁に発生します。

Scantlebury の作業には、パッケージ形式などの詳細が含まれていました。

...そしてパケットサイズがネットワーク遅延に及ぼす影響の分析。

一方、デイビスとスキャントルベリーの調査により、彼らの数年前に同様のアイデアを思いついた別のアメリカ人によって行われた詳細な研究論文が発見されました。しかし同時にポール・ベランランド研究所の電気技術者である彼は、タイムシェアリングコンピュータユーザーのニーズについてまったく考えていませんでした。 RAND は、カリフォルニア州サンタモニカにある国防総省の資金提供を受けたシンクタンクで、第二次世界大戦後、軍の戦略的問題の長期計画と分析を提供するために設立されました。バランの目標は、大規模な核攻撃にも耐えることができる信頼性の高い軍事通信ネットワークを構築することで、核戦争を遅らせることであった。このようなネットワークはソ連による先制攻撃の魅力を低下させるだろう。なぜなら、それに応じて複数の敏感な地点を攻撃する米国の能力を破壊するのは非常に困難だからである。これを実現するために、バラン氏は、メッセージをメッセージブロックと呼ぶものに分割し、冗長ノードのネットワークを介して個別に送信し、エンドポイントで組み立てることができるシステムを提案しました。

ARPA は Baran の RAND 向けの膨大なレポートにアクセスできましたが、それらは対話型コンピューターに関連していなかったので、ARPANET にとっての重要性は明らかではありませんでした。ロバーツとテイラーはどうやらそれらに気付かなかったらしい。その代わりに、一度の偶然の出会いの結果、スキャントルベリーは、適切に設計されたスイッチング機構、対話型コンピュータネットワークの作成問題への適用性、RAND からの参考資料、そして「パッケージ」という名前に至るまで、すべてを銀の大皿に乗せてロバーツに手渡しました。また、NPL の取り組みにより、十分な容量を提供するにはより高速な速度が必要であると Roberts 氏は確信し、計画を 50 Kbps リンクにアップグレードしました。 ARPANET を作成するために、ルーティング問題の基本的な部分が解決されました。

確かに、パケット交換のアイデアの起源には別のバージョンがあります。ロバーツ氏は後に、同僚のレン・クラインロック氏の研究のおかげで、すでに同様の考えが頭の中にあったと主張した。彼は1962年に通信ネットワークに関する博士論文でその概念を説明したとされる。しかし、この作品からそのようなアイデアを抽出することは非常に困難であり、その上、このバージョンに関する他の証拠は見つかりませんでした。

存在しなかったネットワーク

ご覧のとおり、XNUMX つのチームが ARPA よりも先にパケットスイッチングの開発を行っていました。パケットスイッチングは非常に効果的であることが証明されており、現在ではほぼすべての通信の基礎となっています。 ARPANET が最初にそれを使用した重要なネットワークになったのはなぜですか?

それはすべて組織の機密性に関するものです。 ARPA には通信ネットワークを構築するための正式な許可はありませんでしたが、独自のコンピューターを備えた多数の既存の研究センター、事実上監視されていない「自由な」道徳の文化、そして山のような資金がありました。テイラーが 1966 年に ARPANET を構築するための資金を求めた当初の要求には 1 万ドルが必要で、ロバーツは 1969 年以降、ネットワークを立ち上げて稼働させるために毎年その額を使い続けました。同時に、ARPAにとって、そのような資金は小銭に過ぎず、それが何らかの形で国防の必要に結び付けられる限り、ロバーツがその資金で何をしているのかを上司の誰も心配しませんでした。

RANDのバランには何もする力も権限もなかった。彼の研究は純粋に探索的かつ分析的なものであり、必要に応じて防御に応用することができました。 1965 年に、ランドは実際に空軍に彼のシステムを推薦し、空軍はプロジェクトが実行可能であることに同意しました。しかし、その実施は国防通信庁の肩にかかっており、彼らはデジタル通信を特に理解していませんでした。バランはランド大学の上司に、この提案をとにかく実行して分散型デジタル通信の評判を台無しにするよりは、撤回する方が良いと説得した。

NPLの所長としてのデイビスはバランよりもはるかに大きな権限を持っていたが、予算はARPAよりも厳しく、研究用コンピューターの既製の社会的および技術的ネットワークを持っていなかった。彼は 1960 年代後半に、120 年間で 000 万ポンドという控えめな予算で、NPL でプロトタイプのローカルパケット交換ネットワーク (ノードは XNUMX つしかありませんでしたが、多数の端末がありました) を作成することに成功しました。 ARPANET は、ハードウェアとソフトウェアへの初期投資を除き、その金額の約半分をネットワークの多くのノードのそれぞれの運用と保守に年間費やしていました。英国の大規模なパケット交換ネットワークを構築できる組織は英国郵便局であり、郵便事業自体を除いて国内の電気通信ネットワークを管理していました。デイビスは、全国規模の統一デジタルネットワークに関するアイデアで、数人の有力な役人の興味を引くことができましたが、このような巨大なシステムの方向性を変えることはできませんでした。

リックライダーは、運と計画の組み合わせにより、彼の銀河系ネットワークが繁栄できる完璧な温室を見つけました。同時に、パケット交換以外のすべてがお金に帰着したとは言えません。アイデアの実行も役割を果たしました。さらに、他のいくつかの重要な設計上の決定が ARPANET の精神を形作りました。したがって、次に、メッセージを送受信したコンピューターと、メッセージの送信に使用したネットワークの間で責任がどのように分散されたかを見ていきます。

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ジャネット・アベート、インターネットの発明 (1999)
ケイティ・ハフナーとマシュー・ライアン、魔法使いたちが夜更かしする場所 (1996)
レナード・クラインロック、「インターネットの初期の歴史」、IEEE Communications Magazine (2010 年 XNUMX 月)
アーサー・ノーバーグとジュリー・オニール、コンピュータ技術の変革: 国防総省の情報処理、1962 ～ 1986 年 (1996)
M. ミッチェルウォルドロップ、『ドリームマシン: JCR リックライダーとコンピューティングをパーソナルにした革命』 (2001)

出所： habr.com

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