ARPA datanettverksdiagram for juni 1967. En tom sirkel er en datamaskin med delt tilgang, en sirkel med en linje er en terminal for én bruker
Andre artikler i serien:
- Historien til stafetten
- Elektroniske datamaskiners historie
- Transistorens historie
- Internett-historie
Innen utgangen av 1966 med ARPA-penger lanserte han et prosjekt for å koble mange datamaskiner til et enkelt system, inspirert av ideen "» .
Taylor overførte ansvaret for gjennomføringen av prosjektet til dyktige hender . I året som fulgte tok Roberts flere kritiske avgjørelser som ville gi gjenklang gjennom den tekniske arkitekturen og kulturen til ARPANET og dets etterfølgere, i noen tilfeller i flere tiår fremover. Den første avgjørelsen av betydning, selv om den ikke var i kronologi, var bestemmelsen av en mekanisme for å dirigere meldinger fra en datamaskin til en annen.
problem
Hvis datamaskin A ønsker å sende en melding til datamaskin B, hvordan kan den meldingen finne veien fra den ene til den andre? I teorien kan du la hver node i et kommunikasjonsnettverk kommunisere med annenhver node ved å koble hver node til hver node med fysiske kabler. For å kommunisere med B vil datamaskin A ganske enkelt sende en melding langs den utgående kabelen som kobler den til B. Et slikt nettverk kalles et mesh-nettverk. Imidlertid, for enhver betydelig nettverksstørrelse, blir denne tilnærmingen raskt upraktisk ettersom antall tilkoblinger øker med kvadratet på antall noder (som (n2 - n)/2 for å være nøyaktig).
Derfor kreves det en eller annen måte å konstruere en meldingsrute på, som ved ankomst av meldingen til den mellomliggende noden vil sende den videre til målet. På begynnelsen av 1960-tallet var det to grunnleggende tilnærminger for å løse dette problemet. Den første er lagre-og-send-metoden for meldingsbytte. Denne tilnærmingen ble brukt av telegrafsystemet. Når en melding ankom en mellomnode, ble den midlertidig lagret der (vanligvis i form av et papirbånd) inntil den kunne sendes videre til målet, eller til et annet mellomsenter plassert nærmere målet.
Så kom telefonen og en ny tilnærming måtte til. En forsinkelse på flere minutter etter hver ytring over telefonen, som måtte dechiffreres og overføres til bestemmelsesstedet, ville gi følelsen av en samtale med en samtalepartner lokalisert på Mars. I stedet brukte telefonen kretsbytte. Innringeren startet hver samtale med å sende en spesiell melding som angir hvem han ønsket å ringe. Først gjorde de dette ved å snakke med operatøren, og deretter slå et nummer, som ble behandlet av automatisk utstyr på sentralbordet. Operatøren eller utstyret etablerte en dedikert elektrisk forbindelse mellom den som ringer og den som ringer. Ved langdistansesamtaler kan dette kreve flere iterasjoner som kobler samtalen gjennom flere brytere. Når forbindelsen var opprettet, kunne selve samtalen begynne, og forbindelsen forble til en av partene avbrøt den ved å legge på.
Digital kommunikasjon, som det ble besluttet å bruke i ARPANET for å koble til datamaskiner som fungerer i henhold til ordningen , brukte funksjoner til både telegrafen og telefonen. På den ene siden ble datameldinger overført i separate pakker, som på telegrafen, i stedet for som kontinuerlige samtaler på telefon. Disse meldingene kan imidlertid være av forskjellig størrelse for forskjellige formål, fra konsollkommandoer med flere tegn i lengde, til store datafiler som overføres fra en datamaskin til en annen. Hvis filene ble forsinket under transporten, var det ingen som klaget på det. Men ekstern interaktivitet krevde et raskt svar, som en telefonsamtale.
En viktig forskjell mellom datanettverk på den ene siden, og telefon og telegraf på den andre, var følsomheten for feil i dataene som behandles av maskinene. En endring eller tap under overføring av ett tegn i et telegram, eller forsvinningen av en del av et ord i en telefonsamtale kan neppe alvorlig forstyrre kommunikasjonen til to personer. Men hvis støy på linjen byttet en enkelt bit fra 0 til 1 i en kommando sendt til en ekstern datamaskin, kan det fullstendig endre betydningen av kommandoen. Derfor måtte hver melding sjekkes for feil og sendes på nytt hvis noen ble funnet. Slike repriser ville være for dyre for store meldinger og var mer sannsynlig å forårsake feil fordi de tok lengre tid å sende.
Løsningen på dette problemet kom gjennom to uavhengige hendelser som skjedde i 1960, men den som kom senere ble først lagt merke til av Larry Roberts og ARPA.
møte
Høsten 1967 ankom Roberts Gatlinburg, Tennessee, fra hinsides de skogkledde toppene i Great Smoky Mountains, for å levere et dokument som beskrev ARPAs nettverksplaner. Han hadde jobbet i Information Processing Technology Office (IPTO) i nesten ett år, men mange av detaljene i nettverksprosjektet var fortsatt svært vage, inkludert løsningen på rutingproblemet. Bortsett fra vage referanser til blokker og deres størrelser, var den eneste referansen til det i Roberts arbeid en kort og unnvikende bemerkning helt til slutt: «Det synes nødvendig å opprettholde en intermitterende brukt kommunikasjonslinje for å få svar i en tiendedel til en. andre gang kreves for interaktiv drift. Dette er veldig dyrt med tanke på nettverksressurser, og med mindre vi kan ringe raskere, vil meldingsbytte og konsentrasjon bli veldig viktig for nettverksdeltakere.» På det tidspunktet hadde Roberts tydeligvis ennå ikke bestemt seg for om han skulle forlate tilnærmingen han hadde brukt med Tom Marrill i 1965, det vil si å koble datamaskiner gjennom telefonnettverket med automatisk oppringing.
Tilfeldigvis var en annen person til stede på samme symposium med en mye bedre idé for å løse problemet med ruting i datanettverk. Roger Scantlebury krysset Atlanterhavet og ankom fra British National Physical Laboratory (NPL) med en rapport. Scantlebury tok Roberts til side etter rapporten og fortalte ham om ideen hans. . Denne teknologien ble utviklet av sjefen hans ved NPL, Donald Davis. I USA er Davis' prestasjoner og historie dårlig kjent, selv om høsten 1967 var Davis' gruppe ved NPL minst ett år foran ARPA med sine ideer.
Davis, som mange tidlige pionerer innen elektronisk databehandling, var fysiker av utdannelse. Han ble uteksaminert fra Imperial College London i 1943 i en alder av 19 og ble umiddelbart akseptert i et hemmelig atomvåpenprogram med kodenavn . Der ledet han et team av menneskelige kalkulatorer som brukte mekaniske og elektriske kalkulatorer for raskt å produsere numeriske løsninger på problemer knyttet til kjernefysisk fusjon (hans veileder var , en tysk utlandsfysiker som på den tiden allerede hadde begynt å overføre hemmelighetene til atomvåpen til USSR). Etter krigen hørte han fra matematikeren John Womersley om et prosjekt han ledet ved NPL – det var opprettelsen av en elektronisk datamaskin som skulle utføre de samme beregningene i mye høyere hastighet. kalt ACE, "automatic computing engine".
Davis hoppet på ideen og signerte med NPL så raskt han kunne. Etter å ha bidratt til den detaljerte designen og konstruksjonen av ACE-datamaskinen, forble han dypt involvert i databehandlingsfeltet som forskningsleder ved NPL. I 1965 var han tilfeldigvis i USA for et profesjonelt møte knyttet til arbeidet hans og benyttet anledningen til å besøke flere store datanettsteder for tidsdeling for å se hva alt oppstyret handlet om. I det britiske datamiljøet var tidsdeling i amerikansk forstand av interaktiv deling av en datamaskin av flere brukere ukjent. I stedet betydde tidsdeling å fordele datamaskinens arbeidsmengde mellom flere batchbehandlingsprogrammer (slik at for eksempel ett program ville fungere mens et annet var opptatt med å lese bånd). Da vil dette alternativet kalles multiprogrammering.
Daviss vandringer førte ham til Project MAC ved MIT, JOSS-prosjektet ved RAND Corporation i California, og Dartmouth Time Sharing System i New Hampshire. På vei hjem foreslo en av hans kolleger å holde en workshop om deling for å utdanne det britiske samfunnet om de nye teknologiene de hadde lært om i USA. Davis var enig, og var vert for mange av de ledende skikkelsene i det amerikanske databehandlingsfeltet, inkludert (skaper av "Interoperable Time Sharing System" ved MIT) og Larry Roberts selv.
Under seminaret (eller kanskje rett etter) ble Davis slått av ideen om at tidsdelingsfilosofi kunne brukes på datakommunikasjonslinjer, ikke bare på selve datamaskinene. Tidsdelingsdatamaskiner gir hver bruker en liten del av CPU-tiden og bytter deretter til en annen, noe som gir hver bruker en illusjon av å ha sin egen interaktive datamaskin. På samme måte kan en enkelt kommunikasjonskanal deles mellom mange datamaskiner eller brukere av en enkelt datamaskin ved å kutte hver melding i standardstørrelser, som Davis kalte "pakker". Dessuten ville det løse alle aspekter ved dataoverføring som telefon- og telegrafsvitsjer var dårlig egnet til. En bruker som betjener en interaktiv terminal som sender korte kommandoer og mottar korte svar, vil ikke bli blokkert av en stor filoverføring fordi overføringen vil bli delt opp i mange pakker. Enhver korrupsjon i slike store meldinger vil påvirke en enkelt pakke, som enkelt kan sendes på nytt for å fullføre meldingen.
Davis beskrev ideene sine i et upublisert papir fra 1966, "Proposal for a Digital Communications Network." På den tiden var de mest avanserte telefonnettverkene på grensen til å datastyre brytere, og Davis foreslo å bygge inn pakkesvitsj i neste generasjons telefonnettverk, og skape et enkelt bredbåndskommunikasjonsnettverk som er i stand til å betjene en rekke forespørsler, fra enkle telefonsamtaler til eksterne. tilgang til datamaskiner. Da hadde Davis blitt forfremmet til manager for NPL og dannet en digital kommunikasjonsgruppe under Scantlebury for å implementere prosjektet hans og lage en fungerende demo.
I året før Gatlinburg-konferansen utarbeidet Scantleburys team alle detaljene for å lage et pakkesvitsjet nettverk. En enkelt nodefeil kan overleves ved adaptiv ruting som kan håndtere flere stier til en destinasjon, og en enkelt pakkefeil kan håndteres ved å sende den på nytt. Simulering og analyse sa at den optimale pakkestørrelsen ville være 1000 byte - hvis du gjør den mye mindre, vil båndbreddeforbruket til linjene for metadata i overskriften bli for mye, mye mer - og responstiden for interaktive brukere vil øke for ofte på grunn av store meldinger.
Scantleburys arbeid inkluderte detaljer som pakkeformatet ...
...og analyse av virkningen av pakkestørrelser på nettverksforsinkelse.
I mellomtiden førte Davis og Scantleburys søk til oppdagelsen av detaljerte forskningsartikler utført av en annen amerikaner som hadde kommet opp med en lignende idé flere år før dem. Men samtidig , en elektroingeniør ved RAND Corporation, hadde ikke tenkt i det hele tatt på behovene til tidsdelingsdatabrukere. RAND var en forsvarsdepartementet-finansiert tenketank i Santa Monica, California, opprettet etter andre verdenskrig for å gi langsiktig planlegging og analyse av strategiske problemer for militæret. Barans mål var å utsette atomkrig ved å skape et svært pålitelig militært kommunikasjonsnettverk som var i stand til å overleve selv et storstilt atomangrep. Et slikt nettverk vil gjøre et forebyggende angrep fra USSR mindre attraktivt, siden det ville være svært vanskelig å ødelegge USAs evne til å angripe flere sensitive punkter som svar. For å gjøre dette foreslo Baran et system som brøt meldinger inn i det han kalte meldingsblokker som kunne overføres uavhengig over et nettverk av redundante noder og deretter settes sammen ved endepunktet.
ARPA hadde tilgang til Barans omfangsrike rapporter for RAND, men siden de ikke var relatert til interaktive datamaskiner, var deres betydning for ARPANET ikke åpenbar. Roberts og Taylor la tilsynelatende aldri merke til dem. I stedet, som et resultat av et tilfeldig møte, overrakte Scantlebury alt til Roberts på et sølvfat: en veldesignet byttemekanisme, anvendelighet på problemet med å lage interaktive datanettverk, referansemateriale fra RAND og til og med navnet "pakke." NPLs arbeid overbeviste også Roberts om at høyere hastigheter ville være nødvendig for å gi god kapasitet, så han oppgraderte planene sine til 50 Kbps-koblinger. For å lage ARPANET ble en grunnleggende del av rutingproblemet løst.
Riktignok er det en annen versjon av opprinnelsen til ideen om pakkeveksling. Roberts hevdet senere at han allerede hadde lignende tanker i hodet, takket være arbeidet til hans kollega, Len Kleinrock, som angivelig beskrev konseptet tilbake i 1962, i sin doktoravhandling om kommunikasjonsnettverk. Det er imidlertid utrolig vanskelig å trekke ut en slik idé fra dette arbeidet, og dessuten kunne jeg ikke finne noen andre bevis for denne versjonen.
Nettverk som aldri har eksistert
Som vi kan se, var to team foran ARPA i utviklingen av pakkesvitsjing, en teknologi som har vist seg så effektiv at den nå ligger til grunn for nesten all kommunikasjon. Hvorfor var ARPANET det første betydelige nettverket som brukte det?
Alt handler om organisatoriske finesser. ARPA hadde ingen offisiell tillatelse til å opprette et kommunikasjonsnettverk, men det var et stort antall eksisterende forskningssentre med egne datamaskiner, en kultur med "fri" moral som var praktisk talt uten tilsyn, og fjell med penger. Taylors opprinnelige forespørsel fra 1966 om midler til å lage ARPANET krevde 1 million dollar, og Roberts fortsatte å bruke så mye hvert år fra 1969 og fremover for å få nettverket i gang. På samme tid, for ARPA, var slike penger småpenger, så ingen av sjefene hans bekymret seg for hva Roberts gjorde med dem, så lenge de på en eller annen måte kunne være knyttet til behovene til nasjonalt forsvar.
Baran ved RAND hadde verken makt eller myndighet til å gjøre noe. Arbeidet hans var rent utforskende og analytisk, og kunne brukes til forsvar om ønskelig. I 1965 anbefalte RAND faktisk systemet sitt til Luftforsvaret, som var enig i at prosjektet var levedyktig. Men implementeringen falt på skuldrene til Forsvarets kommunikasjonsbyrå, og de forsto ikke særlig digital kommunikasjon. Baran overbeviste sine overordnede i RAND om at det ville være bedre å trekke dette forslaget tilbake enn å la det bli implementert uansett og ødelegge omdømmet til distribuert digital kommunikasjon.
Davis, som leder for NPL, hadde mye mer makt enn Baran, men et mer begrenset budsjett enn ARPA, og han hadde ikke et ferdiglaget sosialt og teknisk nettverk av forskningsdatamaskiner. Han klarte å lage en prototype lokalt pakkesvitsjet nettverk (det var bare en node, men mange terminaler) ved NPL på slutten av 1960-tallet, med et beskjedent budsjett på £120 000 over tre år. ARPANET brukte omtrent halvparten av dette beløpet årlig på drift og vedlikehold på hver av nettverkets mange noder, unntatt innledende investeringer i maskinvare og programvare. Organisasjonen som var i stand til å skape et storstilt britisk pakkesvitsjenettverk var det britiske postkontoret, som administrerte telekommunikasjonsnettverkene i landet, bortsett fra selve posttjenesten. Davis klarte å interessere flere innflytelsesrike tjenestemenn med ideene sine for et enhetlig digitalt nettverk i nasjonal skala, men han klarte ikke å endre retningen til et så stort system.
Licklider, gjennom en kombinasjon av flaks og planlegging, fant det perfekte drivhuset der hans intergalaktiske nettverk kunne blomstre. Samtidig kan det ikke sies at alt unntatt pakkeveksling kom ned til penger. Gjennomføringen av ideen spilte også en rolle. Dessuten formet flere andre viktige designbeslutninger ånden til ARPANET. Derfor skal vi deretter se på hvordan ansvaret ble fordelt mellom datamaskinene som sendte og mottok meldinger, og nettverket de sendte disse meldingene over.
Hva annet å lese
- Janet Abbate, Inventing the Internet (1999)
- Katie Hafner og Matthew Lyon, Where Wizards Stay Up Late (1996)
- Leonard Kleinrock, "An Early History of the Internet," IEEE Communications Magazine (august 2010)
- Arthur Norberg og Julie O'Neill, Transforming Computer Technology: Information Processing for the Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, Drømmemaskinen: J.C.R. Licklider og revolusjonen som gjorde databehandling personlig (2001)
Kilde: www.habr.com