ARPA-computernetwerkdiagram voor juni 1967. Een lege cirkel is een computer met gedeelde toegang, een cirkel met een lijn is een terminal voor één gebruiker
Andere artikelen in de serie:
- Geschiedenis van het relais
- Geschiedenis van elektronische computers
- Geschiedenis van de transistor
- Internetgeschiedenis
Tegen eind 1966 met ARPA-geld lanceerde hij een project om veel computers met elkaar in één systeem te verbinden, geïnspireerd door het idee “» .
Taylor droeg de verantwoordelijkheid voor de uitvoering van het project over aan bekwame handen . In het jaar dat volgde nam Roberts een aantal cruciale beslissingen die een weerklank zouden vinden in de technische architectuur en cultuur van ARPANET en zijn opvolgers, in sommige gevallen zelfs decennialang. De eerste beslissing qua belangrijkheid, hoewel niet qua chronologie, was het vaststellen van een mechanisme voor het routeren van berichten van de ene computer naar de andere.
probleem
Als computer A een bericht naar computer B wil sturen, hoe kan dat bericht dan zijn weg vinden van de een naar de ander? In theorie zou je elk knooppunt in een communicatienetwerk kunnen laten communiceren met elk ander knooppunt door elk knooppunt met fysieke kabels met elk knooppunt te verbinden. Om met B te communiceren, stuurt computer A eenvoudigweg een bericht langs de uitgaande kabel die hem met B verbindt. Zo'n netwerk wordt een mesh-netwerk genoemd. Voor elke significante netwerkomvang wordt deze aanpak echter al snel onpraktisch omdat het aantal verbindingen toeneemt met het kwadraat van het aantal knooppunten (als (n2 - n)/2 om precies te zijn).
Daarom is er een manier nodig om een berichtenroute te construeren, die, bij aankomst van het bericht op het tussenliggende knooppunt, het verder naar het doel zou sturen. Begin jaren zestig waren er twee basisbenaderingen om dit probleem op te lossen. De eerste is de store-and-forward-methode voor het schakelen tussen berichten. Deze aanpak werd gebruikt door het telegraafsysteem. Wanneer een bericht op een tussenliggend knooppunt arriveerde, werd het daar tijdelijk opgeslagen (meestal in de vorm van een papieren rompslomp) totdat het verder naar het doel kon worden verzonden, of naar een ander tussencentrum dat dichter bij het doel lag.
Toen kwam de telefoon en was een nieuwe aanpak nodig. Een vertraging van enkele minuten na elke uiting via de telefoon, die moest worden ontcijferd en naar de bestemming moest worden verzonden, zou het gevoel geven van een gesprek met een gesprekspartner op Mars. In plaats daarvan gebruikte de telefoon circuitschakeling. De beller begon elk gesprek door een speciaal bericht te sturen waarin hij aangaf wie hij wilde bellen. Dit deden ze eerst door met de telefoniste te praten en vervolgens een nummer te bellen, dat door automatische apparatuur op de telefooncentrale werd verwerkt. De operator of de apparatuur bracht een speciale elektrische verbinding tot stand tussen de beller en de gebelde partij. In het geval van langeafstandsgesprekken kan dit meerdere iteraties vereisen, waarbij de oproep via meerdere schakelaars wordt verbonden. Zodra de verbinding tot stand was gebracht, kon het gesprek zelf beginnen, en de verbinding bleef bestaan totdat een van de partijen deze onderbrak door op te hangen.
Digitale communicatie, waarvoor werd besloten om in ARPANET te gebruiken om computers met elkaar te verbinden die volgens het schema werken , gebruikte functies van zowel de telegraaf als de telefoon. Enerzijds werden databerichten in afzonderlijke pakketten verzonden, zoals bij de telegraaf, in plaats van als continue gesprekken aan de telefoon. Deze berichten kunnen echter verschillende afmetingen hebben voor verschillende doeleinden, van consoleopdrachten met een lengte van verschillende tekens tot grote gegevensbestanden die van de ene computer naar de andere worden overgedragen. Als bestanden onderweg vertraging opliepen, klaagde niemand erover. Maar interactiviteit op afstand vereiste een snelle reactie, zoals een telefoontje.
Een belangrijk verschil tussen computerdatanetwerken enerzijds en de telefoon en telegraaf anderzijds was de gevoeligheid voor fouten in de gegevens die door de machines werden verwerkt. Een verandering of verlies tijdens de overdracht van één karakter in een telegram, of het verdwijnen van een deel van een woord in een telefoongesprek, kon de communicatie van twee mensen nauwelijks ernstig verstoren. Maar als ruis op de lijn één bit van 0 naar 1 zou schakelen in een commando dat naar een externe computer werd gestuurd, zou dit de betekenis van het commando volledig kunnen veranderen. Daarom moest elk bericht worden gecontroleerd op fouten en opnieuw worden verzonden als er fouten werden gevonden. Dergelijke herhalingen zouden te duur zijn voor grote berichten en zouden eerder fouten veroorzaken omdat de verzending ervan langer duurde.
De oplossing voor dit probleem kwam door twee onafhankelijke gebeurtenissen die plaatsvonden in 1960, maar de gebeurtenis die later kwam, werd als eerste opgemerkt door Larry Roberts en ARPA.
Hij schudde
In de herfst van 1967 arriveerde Roberts in Gatlinburg, Tennessee, van achter de beboste toppen van de Great Smoky Mountains, om een document af te leveren waarin de netwerkplannen van ARPA werden beschreven. Hij werkte al bijna een jaar bij het Information Processing Technology Office (IPTO), maar veel details van het netwerkproject waren nog steeds erg vaag, inclusief de oplossing voor het routeringsprobleem. Afgezien van vage verwijzingen naar blokken en hun afmetingen, was de enige verwijzing ernaar in het werk van Roberts een korte en ontwijkende opmerking helemaal aan het einde: “Het lijkt noodzakelijk om een intermitterend gebruikte communicatielijn te onderhouden om antwoorden te verkrijgen in de een tiende tot één tweede keer nodig voor interactieve bediening. Dit is erg duur in termen van netwerkbronnen, en tenzij we sneller kunnen bellen, zullen het wisselen van berichten en de concentratie erg belangrijk worden voor netwerkdeelnemers.” Het was duidelijk dat Roberts tegen die tijd nog niet had besloten of hij de aanpak die hij in 1965 met Tom Marrill had gevolgd, zou opgeven, namelijk het verbinden van computers via het geschakelde telefoonnetwerk met behulp van automatisch kiezen.
Toevallig was op hetzelfde symposium iemand anders aanwezig met een veel beter idee om het routeringsprobleem in datanetwerken op te lossen. Roger Scantlebury stak de Atlantische Oceaan over en arriveerde met een rapport van het British National Physical Laboratory (NPL). Scantlebury nam Roberts na zijn rapport apart en vertelde hem over zijn idee. . Deze technologie is ontwikkeld door zijn baas bij NPL, Donald Davis. In de Verenigde Staten zijn de prestaties en geschiedenis van Davis slecht bekend, hoewel Davis' groep bij NPL in de herfst van 1967 met zijn ideeën minstens een jaar voorliep op ARPA.
Davis was, net als veel vroege pioniers op het gebied van elektronisch computergebruik, een natuurkundige van opleiding. Hij studeerde in 1943 op 19-jarige leeftijd af aan het Imperial College London en werd onmiddellijk gerekruteerd voor een geheim kernwapenprogramma met de codenaam . Daar hield hij toezicht op een team van menselijke rekenmachines die mechanische en elektrische rekenmachines gebruikten om snel numerieke oplossingen te bedenken voor problemen die verband hielden met kernfusie (zijn supervisor was , een Duitse buitenlandse natuurkundige die tegen die tijd al begonnen was de geheimen van kernwapens over te dragen aan de USSR). Na de oorlog hoorde hij van wiskundige John Womersley over een project dat hij leidde bij NPL: het creëren van een elektronische computer die dezelfde berekeningen met een veel hogere snelheid zou moeten uitvoeren. genaamd ACE, "automatische computerengine".
Davis sprong op het idee en tekende zo snel mogelijk bij NPL. Nadat hij had bijgedragen aan het gedetailleerde ontwerp en de constructie van de ACE-computer, bleef hij als onderzoeksleider bij NPL nauw betrokken op het gebied van computergebruik. In 1965 was hij toevallig in de VS voor een professionele bijeenkomst die verband hield met zijn werk en maakte van de gelegenheid gebruik om verschillende grote time-sharing-computersites te bezoeken om te zien waar het allemaal om draaide. In de Britse computeromgeving was time sharing in de Amerikaanse betekenis van interactief delen van een computer door meerdere gebruikers onbekend. In plaats daarvan betekende het delen van tijd het verdelen van de werklast van de computer over verschillende batchverwerkingsprogramma's (zodat bijvoorbeeld het ene programma zou werken terwijl het andere bezig was met het lezen van tape). Deze optie wordt dan multiprogrammering genoemd.
Davis' omzwervingen brachten hem naar Project MAC bij MIT, het JOSS Project bij de RAND Corporation in Californië en het Dartmouth Time Sharing System in New Hampshire. Op weg naar huis stelde een van zijn collega's voor om een workshop over delen te houden om de Britse gemeenschap voor te lichten over de nieuwe technologieën waarover ze in de VS hadden geleerd. Davis was het daarmee eens en ontving veel van de leidende figuren op het Amerikaanse computergebied, waaronder (maker van het “Interoperable Time Sharing System” bij MIT) en Larry Roberts zelf.
Tijdens het seminar (of misschien onmiddellijk daarna) werd Davis getroffen door het idee dat de time-sharing-filosofie kon worden toegepast op computercommunicatielijnen, en niet alleen op de computers zelf. Time-sharing-computers geven elke gebruiker een klein deel van de CPU-tijd en schakelen vervolgens over naar een andere, waardoor elke gebruiker de illusie krijgt dat hij zijn eigen interactieve computer heeft. Op dezelfde manier kan, door elk bericht in stukken van standaardgrootte te knippen, die Davis 'pakketten' noemde, een enkel communicatiekanaal worden gedeeld tussen veel computers of gebruikers van een enkele computer. Bovendien zou het alle aspecten van datatransmissie oplossen waarvoor telefoon- en telegraafschakelaars niet geschikt waren. Een gebruiker die een interactieve terminal bedient en korte opdrachten verzendt en korte antwoorden ontvangt, zal niet worden geblokkeerd door een grote bestandsoverdracht, omdat de overdracht in veel pakketten zal worden opgesplitst. Elke beschadiging in zulke grote berichten heeft gevolgen voor één enkel pakketje, dat gemakkelijk opnieuw kan worden verzonden om het bericht te voltooien.
Davis beschreef zijn ideeën in een ongepubliceerd artikel uit 1966, "Proposal for a Digital Communications Network." In die tijd stonden de meest geavanceerde telefoonnetwerken op het punt om schakelaars te automatiseren, en Davis stelde voor om packet-switching in te bedden in het telefoonnetwerk van de volgende generatie, waardoor één enkel breedbandcommunicatienetwerk ontstond dat in staat was een verscheidenheid aan verzoeken te verwerken, van eenvoudige telefoongesprekken tot telefonie. toegang tot computers. Tegen die tijd was Davis gepromoveerd tot manager van NPL en vormde hij een digitale communicatiegroep onder Scantlebury om zijn project te implementeren en een werkende demo te creëren.
In het jaar voorafgaand aan de conferentie in Gatlinburg werkte het team van Scantlebury alle details uit voor het creëren van een pakketgeschakeld netwerk. Een fout in een enkel knooppunt zou kunnen worden overleefd door adaptieve routering die meerdere paden naar een bestemming zou kunnen verwerken, en een enkele pakketfout zou kunnen worden verholpen door deze opnieuw te verzenden. Simulatie en analyse gaven aan dat de optimale pakketgrootte 1000 bytes zou zijn - als je het veel kleiner maakt, zal het bandbreedteverbruik van de regels voor metadata in de header te veel zijn, veel meer - en zal de responstijd voor interactieve gebruikers toenemen te vaak vanwege grote berichten.
Het werk van Scantlebury omvatte details zoals het pakketformaat ...
...en analyse van de impact van pakketgroottes op de netwerklatentie.
Ondertussen leidde de zoektocht van Davis en Scantlebury tot de ontdekking van gedetailleerde onderzoeksdocumenten van een andere Amerikaan die enkele jaren eerder met een soortgelijk idee was gekomen. Maar op het zelfde moment , een elektrotechnisch ingenieur bij de RAND Corporation, had helemaal niet nagedacht over de behoeften van timesharing-computergebruikers. RAND was een door het Ministerie van Defensie gefinancierde denktank in Santa Monica, Californië, opgericht na de Tweede Wereldoorlog om langetermijnplanning en analyse van strategische problemen voor het leger te verzorgen. Het doel van Baran was om een nucleaire oorlog uit te stellen door een zeer betrouwbaar militair communicatienetwerk te creëren dat zelfs een grootschalige nucleaire aanval kon overleven. Een dergelijk netwerk zou een preventieve aanval van de USSR minder aantrekkelijk maken, omdat het erg moeilijk zou zijn om het vermogen van de VS om als reactie hierop meerdere gevoelige punten aan te vallen, te vernietigen. Om dit te doen stelde Baran een systeem voor dat berichten opsplitste in wat hij berichtblokken noemde, die onafhankelijk over een netwerk van redundante knooppunten konden worden verzonden en vervolgens op het eindpunt konden worden samengevoegd.
ARPA had toegang tot Barans omvangrijke rapporten voor RAND, maar aangezien deze geen verband hielden met interactieve computers, was het belang ervan voor het ARPANET niet duidelijk. Roberts en Taylor hebben ze blijkbaar nooit opgemerkt. In plaats daarvan overhandigde Scantlebury, als resultaat van een toevallige ontmoeting, alles aan Roberts op een presenteerblaadje: een goed ontworpen schakelmechanisme, toepasbaarheid op het probleem van het creëren van interactieve computernetwerken, referentiemateriaal van RAND, en zelfs de naam ‘pakket’. Het werk van NPL overtuigde Roberts er ook van dat hogere snelheden nodig zouden zijn om goede capaciteit te bieden, dus verbeterde hij zijn plannen naar 50 Kbps-verbindingen. Om het ARPANET te creëren, werd een fundamenteel onderdeel van het routeringsprobleem opgelost.
Toegegeven, er is een andere versie van de oorsprong van het idee van pakketschakeling. Roberts beweerde later dat hij al soortgelijke gedachten in zijn hoofd had, dankzij het werk van zijn collega Len Kleinrock, die het concept naar verluidt in 1962 beschreef in zijn proefschrift over communicatienetwerken. Het is echter ongelooflijk moeilijk om zo'n idee uit dit werk te halen, en bovendien kon ik geen ander bewijs voor deze versie vinden.
Netwerken die nooit hebben bestaan
Zoals we kunnen zien, liepen twee teams ARPA voor bij de ontwikkeling van pakketschakeling, een technologie die zo effectief is gebleken dat deze nu ten grondslag ligt aan bijna alle communicatie. Waarom was ARPANET het eerste belangrijke netwerk dat er gebruik van maakte?
Het draait allemaal om organisatorische subtiliteiten. ARPA had geen officiële toestemming om een communicatienetwerk aan te leggen, maar er waren wel een groot aantal bestaande onderzoekscentra met hun eigen computers, een cultuur van ‘vrije’ moraal waar vrijwel geen toezicht op bestond, en bergen geld. Taylor's oorspronkelijke verzoek uit 1966 om geld voor de oprichting van het ARPANET vereiste $ 1 miljoen, en Roberts bleef vanaf 1969 elk jaar dat bedrag uitgeven om het netwerk operationeel te krijgen. Tegelijkertijd was dergelijk geld voor ARPA een klein wisselgeld, dus geen van zijn bazen maakte zich zorgen over wat Roberts ermee deed, zolang het maar op de een of andere manier gekoppeld kon worden aan de behoeften van de nationale defensie.
Baran bij RAND had noch de macht, noch de autoriteit om iets te doen. Zijn werk was puur verkennend en analytisch en kon desgewenst worden toegepast op de verdediging. In 1965 adviseerde RAND zijn systeem zelfs aan de luchtmacht, die het ermee eens was dat het project levensvatbaar was. Maar de implementatie ervan viel op de schouders van het Defense Communications Agency, en zij begrepen niet bepaald digitale communicatie. Baran overtuigde zijn superieuren bij RAND ervan dat het beter zou zijn dit voorstel in te trekken dan het hoe dan ook ten uitvoer te leggen en de reputatie van gedistribueerde digitale communicatie te ruïneren.
Davis had als hoofd van de NPL veel meer macht dan Baran, maar een krapper budget dan ARPA, en hij beschikte niet over een kant-en-klaar sociaal en technisch netwerk van onderzoekscomputers. Eind jaren zestig slaagde hij erin om bij NPL een prototype van een lokaal pakketgeschakeld netwerk (er was slechts één knooppunt, maar veel terminals) te creëren, met een bescheiden budget van £ 1960 over drie jaar. ARPANET besteedde jaarlijks ongeveer de helft van dat bedrag aan exploitatie en onderhoud op elk van de vele knooppunten van het netwerk, exclusief initiële investeringen in hardware en software. De organisatie die in staat was een grootschalig Brits pakketgeschakeld netwerk te creëren was het British Post Office, dat de telecommunicatienetwerken in het land beheerde, met uitzondering van de postdienst zelf. Davis slaagde erin verschillende invloedrijke functionarissen te interesseren voor zijn ideeën voor een verenigd digitaal netwerk op nationale schaal, maar hij slaagde er niet in de richting van zo'n enorm systeem te veranderen.
Licklider vond, door een combinatie van geluk en planning, de perfecte kas waar zijn intergalactische netwerk kon floreren. Tegelijkertijd kan niet worden gezegd dat alles behalve pakketschakeling neerkomt op geld. Ook de uitvoering van het idee speelde een rol. Bovendien vormden verschillende andere belangrijke ontwerpbeslissingen de geest van ARPANET. Daarom zullen we nu bekijken hoe de verantwoordelijkheid werd verdeeld tussen de computers die berichten verzonden en ontvangen, en het netwerk waarover ze deze berichten stuurden.
Wat nog te lezen?
- Janet Abbate, Het internet uitvinden (1999)
- Katie Hafner en Matthew Lyon, waar tovenaars laat opblijven (1996)
- Leonard Kleinrock, “Een vroege geschiedenis van het internet”, IEEE Communications Magazine (augustus 2010)
- Arthur Norberg en Julie O'Neill, Transforming Computer Technology: Informatieverwerking voor het Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine: JCR Licklider en de revolutie die computergebruik persoonlijk maakte (2001)
Bron: www.habr.com