Internettets historie: ARPANET – subnett

Andre artikler i serien:

• Historien om relé
  • Metoden for «rask overføring av informasjon», eller fødselen av relé
  • Langdistanseskriver
  • Galvanisme
  • Entreprenører
  • Endelig er reléet her
  • Talende telegraf
  • Bare koble sammen
  • Det glemte generasjonen av relédatamaskiner
  • Den elektroniske æra
• Historien om elektroniske datamaskiner
  • Prolog
  • Koloss
  • ENIAC
  • Den elektroniske revolusjonen
• Historien om transistoren
  • Søker i mørket
  • Fra krigens smeltedigel
  • Hyppig nyskapning
• Historien om internett
  • Støttenettverk
  • Oppløsning, del 1
  • Oppløsning, del 2
  • Å åpne interaktivitet
  • Å utvide interaktivitet
  • ARPANET – fødselen
  • ARPANET – pakke
  • ARPANET – delnett
  • Datamaskinen som kommunikasjonsenhet
  • Internettets historie: Internett-samarbeid

Ved hjelp av ARPANET planla Robert Taylor og Larry Roberts å forene mange forskjellige forskningsinstitusjoner, hver med sin egen datamaskin, som de hadde fullt ansvar for programvare og maskinvare. Men programvaren og utstyret til selve nettet befant seg i en uklar mellomstilling, og tilhørte ikke noen av disse stedene. I perioden fra 1967 til 1968 måtte Roberts, lederen for nettverksprosjektet ved kontoret for informasjonsteknologi (Information Processing Technology Office, IPTO), bestemme hvem som skulle bygge og vedlikeholde nettet, og hvor grensene mellom nettverket og instituttene skulle gå.

Kretser

Problemet med å strukturere nettet var minst like politisk som teknisk. Forskningslederne ved ARPA-forskningssenterne var generelt motvillige til ideen om ARPANET. Noen viste tydelig mangel på vilje til noen gang å bli med på nettet; få av dem var entusiastiske. Hvert senter ville måtte legge betydelig arbeid i å la andre bruke sin svært dyre og sjeldne datamaskin. Å gi tilgang viste åpenbare ulemper (tap av verdifull ressurs), mens de potensielle fordelene forble usikre og vage.

Den samme skepsisen mot felles tilgang til ressurser sanket nettverksprosjektet ved University of California, Los Angeles, for noen år siden. Men i dette tilfellet hadde ARPA mange flere innflytelsesmuligheter, da de direkte betalte for alle disse verdifulle datamaskinressursene, og fortsatte å ha kontroll over alle pengeflytninger knyttet til forskningsprogrammene deres. Og selv om det ikke ble fremsatt direkte trusler, og det ikke ble sagt noe «ellers», var situasjonen krystallklar – på en eller annen måte skulle ARPA bygge sitt nettverk for å forene maskiner som, i praksis, fortsatt tilhørte dem.

Øyeblikket kom under møtet med veiledere i Et Arbor i Michigan, våren 1967. Roberts presenterte sin plan for å lage et nettverk som koblet sammen forskjellige datamaskiner i hvert av sentrene. Han erklærte at hver veileder ville sørge for at sitt lokale datamaskin fikk spesialisert nettverksprogramvare, som ville bli brukt til å ringe til andre datamaskiner gjennom telefonnettverket (dette var før Roberts kjente til ideen). pakkeveksling). Svaret var debatt og frykt. Blant de minst villige til å dra nytte av denne ideen var de største sentrene, hvor store prosjekter ble finansiert av IPTO, med MIT som det mest fremtredende. Forskere fra MIT, som svømte i penger fra utviklingen av Project MAC-tidsdeling og laboratoriet for kunstig intelligens, så ingen fordeler ved å dele sine hardt opptjente ressurser med tilfeldige folk fra vest.

Og, uavhengig av sin status, hadde hvert senter sine egne ideer. Hver og en hadde sine unike programmer og utstyr, og det var vanskelig å forstå hvordan de engang kunne etablere en enkel forbindelse seg imellom, for ikke å snakke om ekte samarbeid. Bare det å skrive og kjøre nettverksprogrammer for sin maskin ville ta betydelig tid og datakraft.

Ironisk, men allikevel bemerkelsesverdig passende, var det faktum at løsningen på disse sosiale og tekniske problemene, tatt av Roberts, kom fra Wes Clark, en person som mislikte både tidsdeling og nettverk. Clark, en tilhenger av den donquijoteske ideen om å gi hver person en personlig datamaskin, hadde absolutt ikke tenkt å dele datakraft med noen, og holdt sitt eget campus, Washington University i St. Louis, langt borte fra ARPANET i mange år. Derfor er det ikke overraskende at det nettverksprosjektet han utviklet, ikke la betydelig belastning på datakildene til hvert av sentrene, og ikke krevde av hver av dem å bruke ressurser på å skape spesialprogramvare.

Clark proposed to place a mini-computer in each of the centers, handling all functions directly related to the network. Each center only needed to figure out how to connect to its local assistant (later called message interface processors, or IMP), which would then send the message along the required route to reach the corresponding IMP at the receiving end. Essentially, he suggested that ARPA distribute additional free computers to each center, which would take on much of the network's resources. At a time when computers were still rare and very expensive, this proposal was bold. However, mini-computers began to emerge, costing only a few tens of thousands of dollars instead of several hundred, making the proposal fundamentally feasible (in the end, each IMP cost $45,000, or about $314,000 in today's money).

The approach using IMPs, alleviating the concerns of scientific managers about the network load on their computing capabilities, also addressed another political problem for ARPA. Unlike other projects at the time, the network was not confined to a single research center with a single director in charge. Moreover, ARPA did not have the capacity to independently create and manage a large-scale technical project. It would have to hire outside companies for that. The presence of IMPs established a clear division of responsibility between the externally managed network and the locally controlled computer. The contractor would oversee the IMPs and everything between them, while the centers would remain responsible for the equipment and software on their own computers.

IMP

After that, Roberts needed to choose a contractor. The old-fashioned approach of Licklider to lure proposals from a favored researcher directly was not suitable in this case. The project needed to be put out for public bidding, like any other government contract.

Først i juli 1968 klarte Roberts å få på plass de endelige detaljene i anbudet. Det hadde gått omtrent et halvt år siden den siste tekniske brikken i puslespillet ble lagt på plass, da systemet for pakkeformidling ble presentert på konferansen i Gatlinburg. De to største datamaskinprodusentene, Control Data Corporation (CDC) og International Business Machines (IBM), trakk seg umiddelbart, ettersom de ikke hadde rimelige minidatamaskiner som kunne fungere som IMP.

Honeywell DDP-516

Blant de gjenværende deltakerne valgte flertallet den nye datamaskinen DDP-516 fra Honeywell, selv om noen vurderte Digital PDP-8. Honeywell-alternativet var spesielt attraktivt, ettersom det hadde en I/O-grensesnitt spesialdesignet for sanntidssystemer, for applikasjoner som styring av industrielle enheter. For kommunikasjon var det selvfølgelig nødvendig med tilsvarende presisjon – hvis datamaskinen ikke klarte å fange opp en innkommende melding mens den var opptatt med annet arbeid, fikk den ikke en ny sjanse.

Mot slutten av året, etter å ha tenkt nøye over Raytheon-kandidaturet, ga Roberts oppdraget til et voksende firma i Cambridge, grunnlagt av Bolt, Beranek og Newman. Stamtavlen for interaktive beregninger var på det tidspunktet blitt ekstremt innviklet, og Roberts kunne lett bli beskyldt for å være partisk i valget av BBN. Licklider introduserte interaktive beregninger i BBN før han ble den første direktøren for IPTO, sådde frøene til sitt intergalaktiske nettverk og oppdro folk som Roberts. Uten Licks innflytelse ville verken ARPA eller BBN vært interessert i eller i stand til å håndtere ARPANET-prosjektet. Videre kom en viktig del av teamet som BBN samlet for å lage nettverket basert på IMP, direkte eller indirekte fra Lincoln-laboratoriene: Frank Hart (teamleder), Dave Walden, Will Crowther og Severo Ornstein. Det var i laboratoriene at Roberts selv var på doktorgradsstudier, og det var der et tilfeldig møte mellom Lick og Wes Clark ga ham interesse for interaktive datamaskiner.

Men, sjølv om denne situasjonen kan ha sett ut som en konspirasjon, var BBN-teamet faktisk godt tilpasset for sanntidsarbeid, akkurat som Honeywell 516. I Lincoln arbeidet de med datamaskiner koblet til radarsystemer – et annet eksempel på en anvendelse der data ikke venter til datamaskinen er klar. Hart, for eksempel, jobbet med Whirlwind-datamaskinen som student på 1950-tallet, ble med i SAGE-prosjektet, og tilbrakte totalt 15 år i Lincoln-laboratoriene. Ornstein arbeidet med SAGEs kryssprotokoll som overførte data fra radarsporing fra en datamaskin til en annen, og senere med LINC utviklet av Wes Clark, en datamaskin designet for å hjelpe forskere direkte i laboratoriet ved å jobbe med data i sanntid. Crowther, nå mest kjent som forfatteren av tekstspill, Colossal Cave Adventure, brukte ti år på å utvikle systemer for sanntid, inkludert den eksperimentelle terminalen i Lincoln, en mobil satellittkommunikasjonsstasjon med en liten datamaskin som styrte antennen og behandlet innkommende signaler.

IMP-teamet hos BBN. Frank Hart – mannen i sentrum i eldre alder. Ornstein står til høyre, ved siden av Crowther.

IMP var ansvarlig for å forstå og håndtere ruting og levering av meldinger fra én datamaskin til en annen. En datamaskin kunne sende opptil 8000 byte om gangen til en lokal IMP, sammen med adressen til mottakeren. Deretter delte IMP opp meldingen i mindre pakker som ble sendt uavhengig til mål-IMP-en gjennom linjer som støttet en hastighet på 50 kbit/s, leid fra AT&T. Den mottakende IMP samlet meldingen bit for bit og leverte den til sin datamaskin. Hver IMP hadde et bord hvor den sporet hvilken av sine naboer som hadde den raskeste ruten til enhver mulig destinasjon. Dette ble dynamisk oppdatert basert på informasjon mottatt fra disse naboene, inkludert informasjon om at naboen var utilgjengelig (i slike tilfeller ble forsinkelsen for sending i den retningen betraktet som uendelig). For å oppfylle kravene til hastighet og båndbredde som Roberts stilte for alle disse prosessene, utviklet Harts team en kode på kunstnerisk nivå. Hele behandlingsprogrammet for IMP tok kun 12 000 byte; den delen som håndterte rutingstabeller, tok bare 300.

Teamet iverksatte også flere sikkerhetstiltak, med tanke på at det var upraktisk å tildele et støtte-team til hver IMP på stedet.

For det første utstyrte de hver datamaskin med enheter for fjernovervåking og -kontroll. I tillegg til automatisk omstart som ble igangsatt etter hvert strømbrudd, var IMP-programmerte slik at de kunne omstarte naboene ved å sende dem nye versjoner av programvaren. For å hjelpe med feilsøking og analyse kunne IMP ved forespørsel begynne å ta bilder av sin nåværende tilstand med jevne mellomrom. Hver pakke ble også utstyrt med en del for sporing, noe som ga mulighet for å skrive mer detaljerte arbeidslogger. Med alle disse mulighetene kunne mange problemer løses rett fra BBN-kontoret, som fungerte som kontrollsenteret hvor statusen til hele nettverket kunne overvåkes.

For det andre ba de Honeywell om en militærversjon av datamaskinen 516, utstyrt med et tykkere kabinett som beskyttet den mot vibrasjoner og andre trusler. BBN ønsket hovedsakelig å gjøre dette til et tegn for nysgjerrige studenter om å «holde seg unna», men ingenting tydeligere skiller lokalcomputere fra undersystemet som BBN kontrollerte, enn dette pansrede kabinettet.

De første forsterkede skapene, omtrent på størrelse med et kjøleskap, ankom Universitetet i California, Los Angeles (UCLA) 30. august 1969, bare åtte måneder etter at BBN fikk kontrakten sin.

verter

Roberts bestemte seg for å starte nettverket med fire verter – i tillegg til UCLA, skulle IMP installeres nordover ved Universitetet i California, Santa Barbara (UCSB), en annen ved Stanford Research Institute (SRI) i Nord-California, og den siste ved Universitetet i Utah. Alle var andrerangs institusjoner på Vestkysten som forsøkte å skjerpe seg innen vitenskapelig databehandling. Familiære bånd fortsatte å spille en rolle, siden to av de vitenskapelige lederne, Len Kleinrock fra UCLA og Ivan Sutherland fra Universitetet i Utah, også var gamle kolleger av Roberts fra Lincoln-laboratoriene.

To verter fikk ytterligere nettverksfunksjoner. Doug Engelbart fra SRI meldte seg allerede i 1967 på et ledermøte for å opprette et nettverksinformasjonssenter hos seg. Ved å bruke et komplisert informasjonshentingssystem ved SRI, planla han å lage en telefonkatalog for ARPANET: en systematisk samling av informasjon om alle ressursene tilgjengelige på de ulike nodene, og gi tilgang til den for alle nettverksdeltakere. Med Kleinrocks erfaring innen analyse av nettverkstrafikk, utpekte Roberts UCLA som sentrum for måling av nettverksaktivitet (NMC). For Kleinrock og UCLA skulle ARPANET ikke bare bli et praktisk verktøy, men også et eksperiment, hvor data kunne trekkes ut og oppsummeres for å anvende den ervervede kunnskapen til å forbedre nettverksprosjektet og dets etterfølgere.

Men mer viktig for utviklingen av ARPANET enn disse to oppdragene, var det et mer uformelt og uklart fellesskap av doktorgradsstudenter som ble kalt «network working group» (NWG). Subnettet av IMP gjorde det mulig for enhver vert i nettverket å pålitelig levere en melding til enhver annen; oppgaven til NWG var å utvikle et felles språk eller sett med språk som vertene kunne bruke til å kommunisere. De kalte dem «vertprotokoller». Navnet «protokoll», lånt fra diplomater, ble først brukt til nettverk i 1965 av Roberts og Tom Marill for å beskrive både dataformatet og algoritmiske trinn som definerer hvordan to datamaskiner kommuniserer med hverandre.

NWG, under uformell, men faktisk ledelse av Steve Crocker fra UCLA, begynte å møtes regelmessig fra våren 1969, omtrent seks måneder før den første IMP dukket opp. Crocker ble født og vokste opp i Los Angeles-området, gikk på Van Nuys High School, samtidig som to av sine fremtidige kolleger i NWG, Vint Cerf og Jon Postel. For å dokumentere resultatene fra noen av gruppens møter utviklet Crocker en av hjørnesteinene i kulturen til ARPANET (og fremtidens internett), request for comments [arbeidsforslag] (RFC). Hans RFC 1, publisert 7. april 1969 og distribuert til alle fremtidige ARPANET-noder via klassisk post, samlet tidlige diskusjoner fra gruppen angående programvaredesign for vertprotokoller. I RFC 3 fortsatte Crocker beskrivelsen, noe vag definert prosessen for utforming av alle fremtidige RFC-er:

Kommentarer bør sendes i tide, heller enn å bli perfeksjonert. Filosofiske synspunkter uten eksempler eller annen spesifikk informasjon aksepteres, visse forslag eller implementeringsteknologier uten innledende beskrivelser eller kontekstuelle forklaringer, spesifikke spørsmål uten forsøk på å besvare dem. Minimumslengden for en merknad fra NWG er én setning. Vi håper å tilrettelegge for meningsutvekslinger og diskusjoner om uformelle ideer.

Som og request for quotation [запрос котировок] (RFQ), var den standardmåten å be om tilbud på offentlige kontrakter, RFC ønsket enhver respons, men i motsetning til RFQ, oppfordret det også til dialog. Hver enkelt i det distribuerte NWG-fellesskapet kunne sende inn RFC, og bruke denne muligheten til å diskutere, stille spørsmål eller kritisere tidligere forslag. Selvfølgelig, som i ethvert fellesskap, ble noen meninger ansett som viktigere enn andre, og i de tidlige dagene ble Crockers meninger og hans hovedgruppe av medhjelpere tillagt stor autoritet. I juli 1971 forlot Crocker UCLA, fortsatt som doktorgradsstudent, for å ta en stilling som programleder i IPTO. Med tilgang til nøkkelforskningsmidler fra ARPA, hadde han, frivillig eller ufrivillig, en uomtvistelig innflytelse.

John Postel, Steve Crocker og Vint Cerf – klassekamerater og kolleger i NWG; senere år

Den originale planen for NWG omfattet innføring av to protokoller. Fjernpålogging (telnet) tillot én datamaskin å fungere som et terminal som var koblet til operativsystemet til en annen, og utvidet det interaktive miljøet til enhver ARPANET-system med tidsdeling over tusen kilometer, til enhver bruker av nettverket. Filoverføringsprotokollen FTP tillot én datamaskin å overføre en fil, for eksempel et nyttig program eller et datasett, til lagringssystemet til en annen eller fra det. Imidlertid, på oppfordring fra Roberts, la NWG til en tredje grunnleggende protokoll til grunnlaget for disse to, som etablerte en grunnleggende forbindelse mellom to verter. Den ble kalt Network Control Program (NCP). Nå hadde nettverket tre nivåer av abstraksjon – pakksubnettstyrt IMP på bunnen, forbindelse mellom verter sikret av NCP i midten, og applikasjonsprotokoller (FTP og telnet) på toppen.

Feil?

Bare i august 1971 var NCP helt definert og implementert i hele nettverket, som på det tidspunktet besto av femten noder. Snart fulgte implementeringen av telnet-protokollen, og den første stabile definisjonen av FTP dukket opp et år senere, sommeren 1972. Hvis man vurderer tilstanden til ARPANET i denne perioden, bare noen få år etter at det ble lansert for første gang, kunne man si at det var en fiasko, sammenlignet med drømmen om ressursdeling som Licklider hadde forestilt seg og realisert i praksis av hans protégé, Robert Taylor.

For å begynne med, var det rett og slett vanskelig å finne ut hvilke ressurser som fantes på nettet som kunne benyttes. Nettverkets informasjons-senter benyttet en modell for frivillig deltakelse – hver node måtte selv gi oppdatert informasjon om hvilke data og programmer de hadde tilgjengelig. Og selv om alle ville ha tjent på dette, hadde hver enkelt node liten motivasjon for å annonsere sine ressurser og gi tilgang til dem, for ikke å snakke om å sørge for oppdatert dokumentasjon eller konsultasjoner. Derfor klarte ikke NIC å bli et nettverkskatalog. Den mest viktige funksjonen i de tidlige årene var sannsynligvis å tilby elektronisk distribusjon av det voksende settet med RFC.

Selv om for eksempel Alice fra UCLA visste om et nyttig ressurs ved MIT, oppstod det et mer alvorlig hinder. Telnet ga Alice tilgang til innloggingsskjermen ved MIT, men ikke lenger. For at Alice skulle kunne få tilgang til et program ved MIT, måtte hun først bli enig med MIT offline om å opprette en konto for henne på deres datamaskin, noe som vanligvis krevde utfylling av papirskjemaer ved begge institusjonene og en finansieringsavtale for å betale for bruken av MITs datakilder. Og på grunn av inkompatibilitet mellom maskinvare og systemprogramvare mellom nodene, gav overføring av filer ofte ikke mening, siden man ikke kunne kjøre programmer fra eksterne datamaskiner på sin egen.

Ironisk er det at den mest betydningsfulle suksessen innen ressursspesialisering ikke lå i interaktiv tidsdeling, som ARPANET ble opprettet for, men i den gammeldagse ikke-interaktive databehandlingen. UCLA la til sin stillestående IBM 360/91-maskin for batchbehandling av data til nettverket, og ga telefonkonsultasjoner for å støtte eksterne brukere, noe som genererte betydelig inntekt for datacentret. Superdatamaskinen ILLIAC IV fra Universitetet i Illinois, sponset av ARPA, og Datacomputer i Computer Corporation of America i Cambridge fant også eksterne kunder via ARPANET.

Men alle disse prosjektene kom langt fra å utnytte nettverket fullt ut. Høsten 1971, med 15 vertsdatamaskiner online, overførte nettverket i gjennomsnitt 45 millioner biter per node, eller 520 biter/s gjennom leide linjer fra AT&T med en båndbredde på 50 000 biter/s. Dessuten var mesteparten av trafikken testtrafikk generert av nettverksmålesenteret ved UCLA. Bortsett fra entusiasmen til noen av de første brukerne (for eksempel Steve كار, som daglig brukte PDP-10 som var ved universitetet i Utah fra Palo Alto), skjedde det lite i ARPANET. Fra et moderne perspektiv kan det mest interessante hendelsen ha vært lanseringen av det digitale biblioteket 'Gutenberg-prosjektet' i desember 1971, organisert av Michael Hart, student ved Universitetet i Illinois.

Men snart reddet ARPANET fra beskyldninger om forfall den tredje applikasjonsprotokollen – en liten greie kalt e-post.

Hva mer å lese

• Janet Abbate, Inventing the Internet (1999)
• Katie Hafner og Matthew Lyon, Where Wizards Stay Up Late: The Origins of the Internet (1996)

Kilde: habr.com