🥇인터넷의 역사: ARPANET - 패키지

1967년 XNUMX월의 ARPA 컴퓨터 네트워크 다이어그램. 빈 원은 공유 액세스가 가능한 컴퓨터이고, 선이 있는 원은 한 명의 사용자를 위한 터미널입니다.

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올해의 1966이 끝날 무렵 로버트 테일러 ARPA 자금으로 그는 "라는 아이디어에서 영감을 받아 많은 컴퓨터를 단일 시스템으로 연결하는 프로젝트를 시작했습니다.은하간 네트워크» 조셉 칼 롭넷 리클라이더.

Taylor는 프로젝트 실행에 대한 책임을 유능한 사람에게 넘겼습니다. 래리 로버츠. 다음 해에 Roberts는 ARPANET과 그 후속 제품의 기술 아키텍처와 문화 전체에 영향을 미칠 수 있는 몇 가지 중요한 결정을 내렸습니다. 경우에 따라 향후 수십 년 동안 영향을 미칠 수도 있습니다. 연대순은 아니지만 중요한 첫 번째 결정은 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 메시지를 라우팅하는 메커니즘을 결정하는 것이었습니다.

문제

컴퓨터 A가 컴퓨터 B에 메시지를 보내려고 한다면 해당 메시지가 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 어떻게 전달될 수 있습니까? 이론적으로는 물리적 케이블을 사용하여 각 노드를 다른 모든 노드에 연결함으로써 통신 네트워크의 모든 노드가 다른 모든 노드와 통신하도록 허용할 수 있습니다. B와 통신하기 위해 컴퓨터 A는 B에 연결되는 나가는 케이블을 따라 메시지를 보냅니다. 이러한 네트워크를 메시 네트워크라고 합니다. 그러나 상당한 네트워크 크기의 경우 연결 수가 노드 수의 제곱(정확하게는 (n2 - n)/2)만큼 증가하므로 이 접근 방식은 금방 실용적이지 않게 됩니다.

따라서 메시지 경로를 구성하는 몇 가지 방법이 필요하며, 이는 중간 노드에 메시지가 도착하면 해당 메시지를 대상으로 더 보냅니다. 1960년대 초에는 이 문제를 해결하기 위한 두 가지 기본 접근 방식이 있었습니다. 첫 번째는 메시지 전환의 저장 및 전달 방법입니다. 이 접근 방식은 전신 시스템에서 사용되었습니다. 메시지가 중간 노드에 도착하면 대상 또는 대상에 더 가까운 다른 중간 센터로 전송될 수 있을 때까지 해당 메시지는 일반적으로 종이 테이프 형태로 임시로 저장됩니다.

그러다가 전화가 등장했고 새로운 접근 방식이 필요했습니다. 해독하여 목적지로 전송해야 하는 전화를 통한 각 발언 후 몇 분의 지연은 화성에 있는 대담자와 대화하는 느낌을 줄 것입니다. 대신 전화기는 회선 교환을 사용했습니다. 발신자는 자신이 전화하고 싶은 사람을 나타내는 특별한 메시지를 보내 각 통화를 시작했습니다. 먼저 교환원과 대화한 다음 전화번호를 눌러 이 작업을 수행했는데, 이 번호는 교환기의 자동 장비에 의해 처리되었습니다. 교환원이나 장비는 발신자와 수신자 사이에 전용 전기 연결을 설정했습니다. 장거리 통화의 경우 여러 스위치를 통해 통화를 연결하는 여러 번의 반복이 필요할 수 있습니다. 연결이 설정되면 대화 자체가 시작될 수 있으며 당사자 중 한 명이 전화를 끊어 중단할 때까지 연결은 유지됩니다.

계획에 따라 작동하는 컴퓨터를 연결하기 위해 ARPANET에서 사용하기로 결정된 디지털 통신 시간 공유, 전신과 전화의 기능을 모두 사용했습니다. 한편, 데이터 메시지는 전화를 통한 지속적인 대화가 아닌 전신처럼 별도의 패킷으로 전송되었습니다. 그러나 이러한 메시지는 여러 문자 길이의 콘솔 명령부터 한 컴퓨터에서 다른 컴퓨터로 전송되는 대용량 데이터 파일에 이르기까지 다양한 목적에 따라 크기가 다를 수 있습니다. 파일 전송이 지연되더라도 이에 대해 불평하는 사람은 아무도 없었습니다. 그러나 원격 상호 작용에는 전화 통화와 같은 빠른 응답이 필요했습니다.

컴퓨터 데이터 네트워크와 전화 및 전신 간의 중요한 차이점 중 하나는 기계가 처리하는 데이터의 오류에 대한 민감도였습니다. 전보에서 한 문자가 전송되는 동안 변경되거나 손실되거나, 전화 대화에서 단어의 일부가 사라져도 두 사람의 의사소통이 심각하게 중단될 수는 없습니다. 그러나 회선의 소음이 원격 컴퓨터로 전송된 명령에서 단일 비트를 0에서 1로 전환하면 명령의 의미가 완전히 바뀔 수 있습니다. 따라서 각 메시지에 오류가 있는지 확인하고 오류가 발견되면 다시 보내야 했습니다. 이러한 재생은 대용량 메시지의 경우 비용이 너무 많이 들고 전송하는 데 시간이 더 오래 걸리기 때문에 오류가 발생할 가능성이 더 컸습니다.

이 문제에 대한 해결책은 1960년에 발생한 두 가지 독립적인 사건을 통해 나왔지만 나중에 나온 사건은 Larry Roberts와 ARPA에 의해 먼저 발견되었습니다.

회의

1967년 가을, Roberts는 ARPA의 네트워크 계획을 설명하는 문서를 전달하기 위해 그레이트 스모키 산맥(Great Smoky Mountains)의 숲이 우거진 봉우리 너머에서 테네시주 개틀린버그에 도착했습니다. 그는 거의 1965년 동안 IPTO(정보 처리 기술 사무국)에서 근무했지만 라우팅 문제에 대한 해결책을 포함하여 네트워크 프로젝트의 세부 사항 중 많은 부분이 여전히 매우 모호했습니다. 블록과 그 크기에 대한 모호한 언급 외에도 Roberts의 작업에서 이에 대한 유일한 언급은 마지막에 간략하고 회피적인 발언이었습니다. 대화형 작업을 위해서는 두 번째 시간이 필요합니다. 이는 네트워크 리소스 측면에서 매우 비용이 많이 들고, 통화를 더 빠르게 할 수 없다면 메시지 전환과 집중은 네트워크 참여자에게 매우 중요해질 것입니다.” 분명히 그때까지 Roberts는 XNUMX년에 Tom Marrill과 함께 사용했던 접근 방식, 즉 자동 다이얼을 사용하여 교환 전화 네트워크를 통해 컴퓨터를 연결하는 접근 방식을 포기할지 여부를 아직 결정하지 않았습니다.

우연히도 같은 심포지엄에 데이터 네트워크의 라우팅 문제를 해결하기 위한 훨씬 더 나은 아이디어를 가진 다른 사람이 참석했습니다. Roger Scantlebury는 보고서를 가지고 영국 국립 물리 연구소(NPL)에서 대서양을 건너 도착했습니다. Scantlebury는 보고서를 작성한 후 Roberts를 옆으로 데려가 그의 아이디어에 대해 이야기했습니다. 패킷 스위칭. 이 기술은 NPL의 상사인 Donald Davis가 개발했습니다. 미국에서는 데이비스의 업적과 역사는 잘 알려져 있지 않지만, 1967년 가을 NPL의 데이비스 그룹은 아이디어 면에서 ARPA보다 최소 XNUMX년 앞서 있었습니다.

전자 컴퓨팅의 많은 초기 개척자들과 마찬가지로 데이비스도 훈련을 받은 물리학자였습니다. 그는 1943년 19세의 나이로 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)을 졸업하고 즉시 코드명이라는 비밀 핵무기 프로그램에 합류했습니다. 튜브 합금. 그곳에서 그는 핵융합과 관련된 문제에 대한 수치적 해결책을 신속하게 도출하기 위해 기계 및 전기 계산기를 사용하는 인간 계산기 팀을 감독했습니다. 에밀 율리우스 클라우스 푹스, 그 당시 이미 핵무기의 비밀을 소련으로 이전하기 시작한 독일 국외 물리학 자). 전쟁이 끝난 후 그는 수학자 John Womersley로부터 자신이 NPL에서 주도하고 있던 프로젝트에 대해 들었습니다. 그것은 훨씬 더 빠른 속도로 동일한 계산을 수행하는 전자 컴퓨터를 만드는 것이었습니다. 앨런 튜링이 디자인한 컴퓨터 ACE, "자동 컴퓨팅 엔진"이라고 불립니다.

Davis는 아이디어에 뛰어들어 가능한 한 빨리 NPL에 서명했습니다. ACE 컴퓨터의 세부 설계 및 구축에 기여한 그는 NPL의 연구 리더로서 컴퓨팅 분야에 깊이 관여했습니다. 1965년에 그는 자신의 업무와 관련된 전문가 회의를 위해 우연히 미국에 있었고, 그 기회를 이용해 여러 개의 대규모 시간 공유 컴퓨터 사이트를 방문하여 모든 소란이 무엇인지 확인했습니다. 영국의 컴퓨팅 환경에서는 여러 사용자가 컴퓨터를 대화식으로 공유한다는 미국식 의미의 시간 공유가 알려지지 않았습니다. 대신, 시간 공유는 컴퓨터의 작업량을 여러 일괄 처리 프로그램에 분산시키는 것을 의미합니다. 예를 들어 한 프로그램은 테이프를 읽는 동안 다른 프로그램은 작동할 수 있습니다. 그러면 이 옵션을 다중 프로그래밍이라고 합니다.

데이비스의 방황은 그를 MIT의 MAC 프로젝트, 캘리포니아 RAND Corporation의 JOSS 프로젝트, 뉴햄프셔의 Dartmouth Time Sharing System으로 이끌었습니다. 집으로 돌아가는 길에 그의 동료 중 한 명이 미국에서 배운 신기술에 대해 영국 사회에 교육하기 위해 공유에 관한 워크숍을 열 것을 제안했습니다. Davis는 이에 동의하고 다음을 포함하여 미국 컴퓨팅 분야의 많은 주요 인물을 초대했습니다. 페르난도 호세 코르바토 (MIT의 "상호 운용 가능한 시간 공유 시스템" 창시자) 및 Larry Roberts 자신.

세미나 도중(또는 직후) 데이비스는 시간 공유 철학이 컴퓨터 자체뿐만 아니라 컴퓨터 통신 회선에도 적용될 수 있다는 생각에 충격을 받았습니다. 시간 공유 컴퓨터는 각 사용자에게 약간의 CPU 시간을 제공한 다음 다른 사용자로 전환하여 각 사용자가 자신만의 대화형 컴퓨터를 갖고 있다는 착각을 불러일으킵니다. 마찬가지로 각 메시지를 데이비스가 "패킷"이라고 부르는 표준 크기의 조각으로 자르면 단일 통신 채널을 여러 컴퓨터 또는 단일 컴퓨터 사용자 간에 공유할 수 있습니다. 더욱이 이는 전화 및 전신 스위치가 적합하지 않은 데이터 전송의 모든 측면을 해결할 것입니다. 짧은 명령을 보내고 짧은 응답을 받는 대화형 터미널을 작동하는 사용자는 전송이 여러 패킷으로 분할되기 때문에 대용량 파일 전송으로 인해 차단되지 않습니다. 이러한 큰 메시지의 손상은 단일 패킷에 영향을 미치므로 메시지를 완성하기 위해 쉽게 재전송될 수 있습니다.

Davis는 미발표된 1966년 논문 "디지털 통신 네트워크에 대한 제안"에서 자신의 아이디어를 설명했습니다. 당시 가장 발전된 전화망은 스위치의 컴퓨터화 직전에 있었고 Davis는 차세대 전화망에 패킷 스위칭을 내장하여 간단한 전화 통화부터 원격 통화까지 다양한 요청을 처리할 수 있는 단일 광대역 통신 네트워크를 만들 것을 제안했습니다. 컴퓨터에 대한 액세스. 그때까지 Davis는 NPL의 관리자로 승진했으며 Scantlebury에 디지털 커뮤니케이션 그룹을 구성하여 프로젝트를 구현하고 작업 데모를 만들었습니다.

Gatlinburg 회의가 열리기 전 해에 Scantlebury 팀은 패킷 교환 네트워크를 만드는 데 필요한 모든 세부 사항을 작업했습니다. 단일 노드 오류는 대상에 대한 여러 경로를 처리할 수 있는 적응형 라우팅을 통해 살아남을 수 있으며, 단일 패킷 오류는 이를 다시 전송하여 처리할 수 있습니다. 시뮬레이션 및 분석에 따르면 최적의 패킷 크기는 1000바이트입니다. 훨씬 더 작게 만들면 헤더에 있는 메타데이터 라인의 대역폭 소비가 너무 많아지고 대화형 사용자의 응답 시간이 늘어납니다. 큰 메시지로 인해 너무 자주 발생합니다.

Scantlebury의 작업에는 패키지 형식과 같은 세부 사항이 포함되었습니다.

...패킷 크기가 네트워크 대기 시간에 미치는 영향을 분석합니다.

한편, Davis와 Scantlebury의 검색은 그들보다 몇 년 전에 비슷한 아이디어를 생각해낸 또 다른 미국인이 수행한 상세한 연구 논문을 발견하게 되었습니다. 하지만 동시에 폴 베란RAND Corporation의 전기 엔지니어인 는 시간을 공유하는 컴퓨터 사용자의 요구 사항에 대해 전혀 생각하지 않았습니다. RAND는 제XNUMX차 세계대전 이후 군대의 전략적 문제에 대한 장기 계획 및 분석을 제공하기 위해 창설된 캘리포니아주 산타모니카에 있는 국방부 자금 지원 싱크탱크였습니다. Baran의 목표는 대규모 핵 공격에도 살아남을 수 있는 신뢰성이 높은 군사 통신 네트워크를 만들어 핵전쟁을 지연시키는 것이었습니다. 그러한 네트워크는 소련의 선제 공격을 덜 매력적으로 만들 것입니다. 왜냐하면 이에 대응하여 여러 민감한 지점을 공격하는 미국의 능력을 파괴하는 것이 매우 어렵기 때문입니다. 이를 위해 Baran은 메시지를 중복 노드 네트워크를 통해 독립적으로 전송된 다음 엔드포인트에서 함께 조립할 수 있는 메시지 블록으로 나누는 시스템을 제안했습니다.

ARPA는 RAND에 대한 Baran의 방대한 보고서에 접근할 수 있었지만 대화형 컴퓨터와 관련이 없었기 때문에 ARPANET에 대한 중요성은 분명하지 않았습니다. Roberts와 Taylor는 분명히 그들을 눈치 채지 못했습니다. 대신, 한 번의 우연한 만남의 결과로 Scantlebury는 잘 설계된 전환 메커니즘, 대화형 컴퓨터 네트워크 생성 문제에 대한 적용 가능성, RAND의 참고 자료, 심지어 "패키지"라는 이름까지 모든 것을 Roberts에게 은쟁반에 담아 전달했습니다. NPL의 작업은 또한 Roberts에게 좋은 용량을 제공하려면 더 빠른 속도가 필요하다는 점을 확신시켜 자신의 계획을 50Kbps 링크로 업그레이드했습니다. ARPANET을 생성하기 위해 라우팅 문제의 근본적인 부분이 해결되었습니다.

사실, 패킷 스위칭 아이디어의 또 다른 기원이 있습니다. Roberts는 나중에 통신 네트워크에 관한 박사 학위 논문에서 1962년에 이 개념을 설명한 것으로 알려진 동료 Len Kleinrock의 작업 덕분에 이미 비슷한 생각을 머릿속에 가지고 있다고 주장했습니다. 그러나 이 작품에서 그러한 아이디어를 추출하는 것은 엄청나게 어렵고, 게다가 이 버전에 대한 다른 증거를 찾을 수 없습니다.

존재하지 않았던 네트워크

보시다시피 두 팀은 매우 효과적인 것으로 입증되어 이제 거의 모든 통신의 기초가 되는 기술인 패킷 교환 개발에서 ARPA보다 앞서 있었습니다. ARPANET이 이를 사용한 최초의 중요한 네트워크인 이유는 무엇입니까?

그것은 조직의 미묘함에 관한 것입니다. ARPA는 통신 네트워크를 만들 수 있는 공식적인 허가를 받지는 못했지만 자체 컴퓨터를 갖춘 기존 연구 센터가 많았고 실질적으로 감독되지 않는 '자유로운' 도덕 문화와 막대한 돈이 있었습니다. ARPANET을 만들기 위한 자금에 대한 Taylor의 원래 1966년 요청에는 1만 달러가 필요했고 Roberts는 네트워크를 구축하고 실행하기 위해 1969년부터 매년 그만큼의 금액을 계속 지출했습니다. 동시에 ARPA의 경우 그러한 돈은 작은 잔돈이었기 때문에 그의 상사 중 어느 누구도 그것이 국방의 필요에 연결될 수 있는 한 로버츠가 그 돈으로 무엇을 하고 있는지 걱정하지 않았습니다.

RAND의 Baran은 아무것도 할 수 있는 권한도 권위도 없었습니다. 그의 작업은 순전히 탐구적이고 분석적이었고 원할 경우 방어에 적용될 수 있었습니다. 1965년에 RAND는 실제로 자신의 시스템을 공군에 추천했고 공군은 이 프로젝트가 실행 가능하다는 데 동의했습니다. 그러나 그 구현은 국방 통신국의 어깨에 맡겨졌고 그들은 디지털 통신을 특별히 이해하지 못했습니다. Baran은 RAND의 상사에게 이 제안이 어떻게든 구현되도록 허용하고 분산 디지털 통신의 명성을 망치는 것보다 이 제안을 철회하는 것이 더 낫다고 확신했습니다.

NPL의 수장인 데이비스는 Baran보다 훨씬 더 많은 권한을 갖고 있었지만 ARPA보다 예산이 더 제한되어 있었고 연구용 컴퓨터로 구성된 사회적, 기술적 네트워크도 이미 갖춰져 있지 않았습니다. 그는 1960년대 후반에 NPL에서 120년에 걸쳐 £000의 적당한 예산으로 프로토타입 로컬 패킷 교환 네트워크(노드가 하나뿐이지만 터미널은 많았음)를 만드는 데 성공했습니다. ARPANET은 하드웨어 및 소프트웨어에 대한 초기 투자를 제외하고 네트워크의 많은 노드 각각에 대한 운영 및 유지 관리에 연간 금액의 약 절반을 지출했습니다. 영국의 대규모 패킷 교환 네트워크를 구축할 수 있는 조직은 우편 서비스 자체를 제외한 영국의 통신 네트워크를 관리하는 영국 우체국이었습니다. 데이비스는 전국적 규모의 통합 디지털 네트워크에 대한 아이디어로 여러 영향력 있는 관리들의 관심을 끌었지만 그러한 거대한 시스템의 방향을 바꿀 수는 없었습니다.

Licklider는 행운과 계획을 결합하여 은하계 네트워크가 번성할 수 있는 완벽한 온실을 찾았습니다. 그렇다고 패킷 스위칭을 제외한 모든 것이 돈으로 귀결됐다고 할 수는 없다. 아이디어의 실행도 중요한 역할을했습니다. 게다가 몇 가지 다른 중요한 설계 결정이 ARPANET의 정신을 형성했습니다. 따라서 다음에는 메시지를 보내고 받는 컴퓨터와 이러한 메시지를 보낸 네트워크 간에 책임이 어떻게 분배되는지 살펴보겠습니다.

또 무엇을 읽을까

Janet Abbate, 인터넷 발명(1999)
케이티 하프너(Katie Hafner)와 매튜 리온(Where Wizards Stay Up Late)(1996)
Leonard Kleinrock, "인터넷의 초기 역사", IEEE Communications Magazine(2010년 XNUMX월)
Arthur Norberg 및 Julie O'Neill, 컴퓨터 기술 혁신: 국방부를 위한 정보 처리, 1962-1986(1996)
M. Mitchell Waldrop, 드림 머신: JCR Licklider와 컴퓨팅을 개인화한 혁명(2001)

출처 : habr.com

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