História internetu: ARPANET – podsieť

Ďalšie články cyklu:

• História relé
  • Metóda „rýchlej výmeny informácií“, alebo Zrodenie relé
  • Dialkový písač
  • Galvanizmus
  • Podnikatelia
  • A konečne, aj relé
  • Hovoriaci telegraf
  • Jednoducho spojiť
  • Zabudnutá generácia reléových počítačov
  • Elektronická éra
• História elektronických počítačov
  • Prológ
  • Kolos
  • ENIAC
  • Elektronická revolúcia
• História tranzistora
  • Prechádzanie na slepo v tme
  • Z pekla vojny
  • Viacnásobné znovuobjavovanie
• História internetu
  • Hlavná sieť
  • Rozpad, časť 1
  • Rozpad, časť 2
  • Otváranie interaktivity
  • Rozširovanie interaktivity
  • ARPANET – zrodenie
  • ARPANET – paket
  • ARPANET – podsiete
  • Počítač ako komunikačné zariadenie
  • História internetu: medzi-sieťový prenos

Pomocou ARPANET Robert Taylor a Larry Roberts sa chystali spojiť množstvo rôznych výskumných inštitútov, z ktorých každý mal svoj vlastný počítač, za softvér a hardvér ktorého niesol plnú zodpovednosť. Softvér a vybavenie samotnej siete sa však nachádzalo v temnej strednej oblasti a nepatrilo ani jednej z týchto inštitúcií. V období od 1967 do 1968 mal Roberts, vedúci sieťového projektu Úradu technológií spracovania informácií (Information Processing Technology Office, IPTO), určiť, komu budovať a spravovať sieť, a kde by mali byť hranice medzi sieťou a inštitútmi.

Skeptici

Problém štruktúrovania siete bol aspoň do takej miery politický, ako aj technický. Vedeckí vedúci výskumných centier ARPA vo všeobecnosti neschvaľovali myšlienku ARPANET. Niektorí jasne prejavili úplnú neochotu pripojiť sa k sieti kedykoľvek; málo z nich malo nadšenie. Každé centrum by muselo vynaložiť značné úsilie, aby umožnilo ostatným využívať ich veľmi drahý a veľmi vzácny počítač. Takéto poskytovanie prístupu ukazovalo zjavné nedostatky (strata cenného zdroja), pričom jeho potenciálne výhody zostávali neurčité a neurčité.

Tenný skepticismus ohľadom všeobecného prístupu k zdrojom potopil sieťový projekt Kalifornskej univerzity v Los Angeles pred niekoľkými rokmi. Avšak v tomto prípade mala ARPA omnoho väčšie páky, pretože priamo platila za všetky tieto cenné výpočtové zdroje a naďalej mala kontrolu nad všetkými finančnými tokomy súvisiacimi s nimi. A hoci neboli vyslovené žiadne priame hrozby, žiadne „inak“ neboli formulované, situácia bola maximálne jasná – tak či onak, ARPA mala v pláne postaviť svoju sieť, aby spojila stroje, ktoré, v praxi, stále patrili jej.

Prišiel čas na stretnutí vedúcich projektov v Ann Arbor v Michigane na jar v roku 1967. Roberts predstavil svoj plán na vytvorenie siete, ktorá by prepojila rôzne počítače v každom z centier. Oznámil, že každý vedúci zabezpečí svoj miestny počítač špeciálnym sieťovým softvérom, ktorý bude môcť používať na volanie iným počítačom cez telefónnu sieť (to bolo ešte predtým, než sa Roberts dozvedel o tejto myšlienke. paketového prepínania). Odpoveďou boli diskusie a obavy. Medzi najmenej náchylnými na realizáciu tohto nápadu sa ukázali byť najväčšie centrá, v ktorých už prebiehali veľké projekty financované IPTO, medzi ktorými bol hlavným MIT. Výskumníci z MIT, ktorí plávali v peniazoch získaných na vývoj systému zdieľania času Project MAC a na laboratóriu umelej inteligencie, nevideli žiadne výhody pre seba z toho, aby sa delili s ťažko získanými zdrojmi s akoukoľvek nesúrodou skupinou z západu.

A bez ohľadu na svoj status, každé centrum si chránilo vlastné myšlienky. Každé malo svoje jedinečné programy a vybavenie, a bolo ťažké pochopiť, ako by mohli aspoň nadviazať základné spojenie medzi sebou, nieto ešte realizovať skutočnú spoluprácu. Už len napísanie a spustenie sieťových programov pre ich stroj by im zobralo značné množstvo času a výpočtových zdrojov.

Ironické, ale zároveň prekvapivo vhodné je, že rozhodnutie o riešení týchto sociálnych a technických problémov, ktoré prijal Roberts, prišlo od Wesa Clarka, muža, ktorý mal antipatiu voči zdieľaniu času aj sieťam. Clark, zástanca donkichotskej myšlienky poskytnúť osobný počítač každému človeku, vôbec nemal v úmysle zdieľať počítačové zdroje s nikým a udržal svoj vlastný campus, Washingtonskú univerzitu v St. Louis, ďaleko od siete ARPANET ešte mnoho rokov. Preto nie je prekvapujúce, že práve on navrhol projekt siete, ktorý nekladie významné nároky na výpočtové zdroje každého z centier a nevyžaduje od nich, aby vynaložili energiu na vytvorenie špeciálneho softvéru.

Clark navrhol umiestniť do každého z centier mini-počítač, ktorý by spracovával všetky funkcie priamo súvisiace so sieťou. Každému centru zostávalo len vymyslieť, ako sa pripojiť k svojmu miestnemu asistentovi (ktorých neskôr nazvali procesormi správnych rozhraní, alebo IMP), ktorý potom posielal správu po požadovanej trase, aby dorazila k príslušnému IMP na mieste prijatia. V podstate navrhol, aby ARPA rozdalo ďalšie bezplatné počítače každému centru, ktoré by prevzali väčšinu zdrojov siete. V čase, keď počítače boli ešte zriedkavé a veľmi drahé, bol tento návrh odvážny. Avšak práve vtedy sa začali objavovať mini-počítače, ktoré stáli len niekoľko desiatok tisíc dolárov, namiesto niekoľkých stoviek, a nakoniec sa návrh ukázal ako vlastne realizovateľný (nakoniec každý IMP stál 45 000 dolárov, čo je približne 314 000 dolárov v súčasnej hodnote).

Prístup s použitím IMP, ktorý uľahčoval obavy vedeckých vedúcich o zaťažení siete ich výpočtovými kapacitami, riešil aj ďalší, politický problém ARPA. Na rozdiel od ostatných vtedajších projektov agentúry, sieť nebola obmedzená jediným výskumným centrom, kde by ňou riadil jediný nadriadený. A samotná ARPA ani nemala možnosti na samostatné priame vytvorenie a riadenie veľkoplošného technického projektu. Musela by na to najať externé firmy. Prítomnosť IMP jasne rozdeľovala zodpovednosť medzi externou agentúrou riadenou sieťou a počítačom s miestnym riadením. Dodávateľ by kontroloval IMP a všetko medzi nimi, zatiaľ čo centrá by zostali zodpovedné za hardvér a softvér na svojich vlastných počítačoch.

IMP

Po tom všetkom musel Roberts vybrať tohto dodávateľa. Staromódny prístup Licklidera k získavaniu ponúk od obľúbených výskumníkov priamo v tomto prípade nebol vhodný. Projekt bolo potrebné vyhlásiť verejný tender, ako každý iný vládny kontrakt.

Až v júli 1968 sa Robertsovi podarilo doladiť konečné detaily ponuky na súťaž. Uplynulo približne pol roka od chvíle, keď posledný technický kúsok skladačky zapadol na svoje miesto, keď na konferencii v Gatlinburgu predstavili systém prepínania paketov. Dvaja najväčší výrobcovia počítačov, Control Data Corporation (CDC) a International Business Machines (IBM), sa okamžite vzdali účasti, pretože nemali cenovo dostupné minipočítače, ktoré by vyhovovali na rolu IMP.

Honeywell DDP-516

Medzi zostávajúcimi účastníkmi väčšina zvolila nový počítač DDP-516 od spoločnosti Honeywell, hoci niektorí sa prikláňali k Digital PDP-8. Varianta Honeywell bola obzvlášť lákavá, pretože mala vstupno/výstupný rozhranie špeciálne navrhnuté na prácu s reálnymi systémami, napríklad na kontrolu priemyselných zariadení. Pre komunikáciu bola potrebná aj príslušná presnosť – ak počítač premeškal prichádzajúcu správu, keď bol zaneprázdnený inou prácou, druhú šancu na jej zachytenie už nemal.

Na konci roka, seriózne zvažujúc kandidatúru Raytheon, Roberts zveril úlohu rastúcej firme z Cambridge, ktorú založili Bolt, Beranek a Newman. Rodokmeň interaktívnych výpočtov bol v tom čase už veľmi rozvinutý, a za výber BBN mohol byť Roberts obvinený z nepotizmu. Licklider priniesol interaktívne výpočty do BBN predtým, než sa stal prvým riaditeľom IPTO, zasadil semienka svojej medzigalaktickej siete a vychoval takých ľudí ako Roberts. Bez Lickliderovho vplyvu by ARPA a BBN neboli ani zaujímané, ani schopné zabezpečiť projekt ARPANET. Viac než to, kľúčová časť tímu, ktorú BBN zostavil na vytvorenie siete založenej na IMP, prišla priamo alebo nepriamo z Lincolnových laboratórií: Frank Hart (vedúci tímu), Dave Walden, Will Crowther a Sever Ornstien. Práve v laboratóriách bol sám Roberts na postgraduálnom štúdiu a práve tam náhodné stretnutie Licka s Wesom Clarkom vzbudilo jeho záujem o interaktívne počítače.

Aj keď táto situácia mohla vyzerať ako dohoda, tím BBN bol v skutočnosti rovnako dobre prispôsobený na prácu v reálnom čase ako Honeywell 516. V Lincolne pracovali na počítačoch pripojených k radarovým systémom – to je ďalší príklad aplikácie, kde dáta nečakajú, kým bude počítač pripravený. Hart, napríklad, pracoval na počítači Whirlwind ešte ako študent v 50. rokoch, pripojil sa k projektu SAGE a celkovo strávil 15 rokov v laboratóriách Lincolnu. Ornstein pracoval na krížovom protokole SAGE, ktorý prenášal údaje z radarového sledovania z jedného počítača na druhý, a neskôr na LINC Vesa Clarka, počítači navrhnutom na pomoc vedcom priamo v laboratóriu, pracujúcim s dátami online. Crowther, ktorý je teraz najznámejší ako autor textovej hry Colossal Cave Adventure, strávil desať rokov vývojom systémov reálneho času, vrátane experimentálneho terminálu Lincolnu, mobilnej stanice satelitnej komunikácie s malým počítačom, ktorý riadil anténu a spracúval prichádzajúce signály.

Tím IMP v BBN. Frank Hart – muž v strednom veku v strede. Ornstein stojí vpravo, vedľa Crowthera.

IMP bol zodpovedný za chápanie a riadenie smerovania a doručovania správ z jedného počítača na druhý. Počítač mohol naraz poslať až 8000 bajtov miestnemu IMP spolu s adresou príjemcu. Potom IMP rozdelil správu na menšie pakety, ktoré sa nezávisle prenášali cieľovému IMP po linkách s rýchlosťou 50 kbit/s, prenajatých od AT&T. Prijímajúci IMP zhromaždil správu po častiach a doručil ju svojmu počítaču. V každom IMP bola uložená tabuľka sledujúca, ktorý z jeho susedov mal najrýchlejšiu trasu k akejkoľvek možnej cieľovej adrese. Tá bola dynamicky aktualizovaná na základe informácií získaných od týchto susedov, vrátane informácií o tom, že sused je nedostupný (v takom prípade bola oneskorenie pre odoslanie v tomto smere považované za nekonečné). Aby sa splnili požiadavky na rýchlosť a šírku pásma, ktoré Roberts stanovil pre všetky tieto procesy spracovania, Hartsov tím vytvoril kód na úrovni umeleckého diela. Celý spracovateľský program pre IMP zaberala len 12 000 bajtov; tá časť, ktorá sa zaoberala tabuľkami smerovania, zaberala len 300.

Tím tiež prijal niekoľko preventívnych opatrení, pričom zohľadnil, že prideľovať tím podpory každému IMP na miestach bolo nepraktické.

Po prvé, vybavili každý počítač zariadeniami na vzdialené sledovanie a správu. Okrem automatického reštartu, ktorý sa spustil po každom výpadku prúdu, boli IMP naprogramované tak, aby boli schopné reštartovať svojich susedov, odoslaním nových verzií operačného softvéru. Aby pomohli s ladením a analýzou, IMP mohol na príkaz začať robiť snímky svojho aktuálneho stavu v pravidelných intervaloch. Taktiež pripojil k každému paketu časť na jeho sledovanie, čo umožnilo podrobnejšie logovanie. S týmito možnosťami bolo možné mnohé problémy riešiť priamo z kancelárie BBN, ktorá slúžila ako riadiace stredisko, odkiaľ bolo možné vidieť stav celej siete.

Po druhé, požadovali od Honeywell vojenskou verzi počítače 516, vybavenou silným pouzdrem, které ho chránilo před vibracemi a jinými hrozbami. BBN hlavně chtěla, aby to fungovalo jako znamení "držte se dál" pro zvědavé studenty, ale přesto nic tak názorně nevymezovalo hranici mezi místními počítači a podsítí řízenou BBN, jako toto obrněné pouzdro.

První zesílené skříně velikosti přibližně chladničky dorazily na místo na Kalifornskou univerzitu v Los Angeles (UCLA) 30. srpna 1969, pouhých 8 měsíců poté, co BBN získala svou smlouvu.

Hostitelé

Roberts se rozhodl začít síť se čtyřmi hostiteli – kromě UCLA IMP nainstaluje poblíž na Kalifornské univerzitě v Santa Barbare (UCSB), další na Stanfordském výzkumném institutu (SRI) na severu Kalifornie a poslední na Univerzitě Utahu. Všechny tyto instituce byly druhotřídní na západním pobřeží, snažící se nějakým způsobem prosadit v oblasti vědeckého výpočtu. Rodinné vazby zůstaly silné, protože dva z akademických vedoucích, Len Kleinrock z UCLA a Ivn Sutherland z Univerzity Utahu, byli také starými kolegy Robertse z Lincolnových laboratoří.

Dvěma hostitelům Roberts dal další funkce související se sítí. Doug Engelbart z SRI se již v roce 1967 na setkání vedoucích nabídl, že u sebe zřídí síťové informační centrum. Používající složitý systém získávání informací v SRI, hodlal vytvořit telefonní seznam ARPANET: uspořádanou sbírku informací o všech zdrojích dostupných na různých uzlech, a poskytnout k ní přístup všem účastníkům sítě. S ohledem na zkušenosti Kleinrocka v analýze síťového provozu, Roberts jmenoval UCLA centrem měření síťové aktivity (NMC). Pro Kleinrocka a UCLA měl ARPANET fungovat nejen jako praktický nástroj, ale také jako experiment, jehož data mohla být extrahována a shrnuta, aby se využila získaná poznání k vylepšení projektu sítě a jejích následovníků.

Ale dôležitejším pre rozvoj ARPANETu, než tieto dve úlohy, bolo neformálne a rozmazané spoločenstvo postgraduálnych študentov zvané „pracovná skupina pre siete“ (NWG). Podsieť z IMP umožnila ktorémukoľvek hostiteľovi v sieti spoľahlivo doručiť správu akémukoľvek inému; úlohou NWG bolo vyvinúť spoločný jazyk alebo súbor jazykov, ktoré by hostitelia mohli použiť na komunikáciu. Nazvali ich „protokoly hostiteľov“. Názov „protokol“, prevzatý od diplomatov, prvýkrát použili na siete v roku 1965 Roberts a Tom Marill na opis formátu údajov ako aj algoritmických krokov, ktoré určovali, ako dva počítače komunikujú medzi sebou.

NWG pod neformálnym, ale faktickým vedením Stevea Crockera z UCLA, začala pravidelne zasadať od jari 1969, asi šesť mesiacov pred príchodom prvého IMP. Crocker sa narodil a vyrastal v oblasti Los Angeles, chodil do školy Van Nuys, spolu s dvoma svojimi budúcimi kolegami z NWG, Vintom Cerfom a Johnom Postelom. Na zaznamenávanie výsledkov niektorých stretnutí skupiny, Crocker vyvinul jeden z kľúčových prvkov kultúry ARPANET (a budúceho internetu), request for comments [pracovná ponuka] (RFC). Jeho RFC 1, publikované 7. apríla 1969, a distribuované všetkým budúcim uzlom ARPANET klasickou poštou, zhromaždilo rané diskusie skupiny o navrhovaní softvéru pre protokol hostiteľov. V RFC 3 Crocker pokračoval v opise a dosť rozmazane definoval proces formálneho záznamu všetkých budúcich RFC:

Poznámky je lepšie posielat načas, ako ich zdokonaľovať. Akceptujú sa filozofické názory bez príkladov alebo iných špecifík, určité návrhy alebo technológie implementácie bez úvodného opisu alebo kontextových vysvetlení, konkrétne otázky bez pokusov na ne odpovedať. Minimálna dĺžka poznámky od NWG je jedno súvetie. Dúfame, že podporíme výmenu názorov a diskusie o neformálnych nápadoch.

Rovnako ako request for quotation [žiadnosť o cenovú ponuku] (RFQ), štandardný spôsob žiadania o ponuky na vládne zmluvy, RFC privítal akúkoľvek reakciu, ale na rozdiel od RFQ, pozýval aj na diskusiu. Každý člen distribuovanej komunity NWG mohol predložiť RFC a využiť túto príležitosť na diskusiu, položenie otázky alebo kritiku predchádzajúceho návrhu. Samozrejme, ako v každej komunite, niektoré názory mali väčšiu váhu ako iné a v raných časoch mal názor Crockera a jeho hlavnej skupiny spojencov veľmi vysokú autoritu. V júli 1971 opustil Crocker UCLA ako ešte postgraduálny študent, aby sa zamestnal ako manažér programu v IPTO. S kľúčovými výskumnými grantmi od ARPA mal, nevedome alebo vedome, nepopierateľný vplyv.

John Postel, Steve Crocker a Vint Cerf – spolužiaci a kolegovia z NWG; neskoršie roky

Pôvodný plán NWG predpokladal zavedenie dvoch protokolov. Diaľkové prihlásenie (telnet) umožnilo jednému počítaču fungovať ako terminál pripojený k operačnému systému iného, čím sa rozšírilo interaktívne prostredie akejkoľvek systému vstupujúceho do ARPANET s časovým delením tisíce kilometrov, na akéhokoľvek používateľa siete. Protokol na prenos súborov FTP umožnil jednému počítaču prenášať súbor, napríklad užitočný program alebo súbor údajov, do úložiska iného systému alebo z neho. Na naliehanie Robertsa pridala NWG aj tretí základný protokol k týmto dvom, ktorý vytvoril základné spojenie medzi dvoma hostiteľmi. Nazvali ho programom riadenia siete (NCP). Teraz mala sieť tri úrovne abstrakcie – podsieť paketov riadená IMP na najnižšej úrovni, spojenie medzi hostiteľmi zabezpečené NCP v strede a aplikačné protokoly (FTP a telnet) navrchu.

Zlyhanie?

Až do augusta 1971 bol NCP úplne definovaný a implementovaný v celej sieti, ktorá vtedy pozostávala z pätnástich uzlov. Čoskoro nasledovali implementácie protokolu telnet a prvé stabilné definovanie FTP sa objavilo o rok neskôr, v lete 1972. Ak posúdime stav ARPANET v tom období, niekoľko rokov po jeho prvom spustení, dalo sa to považovať za neúspech v porovnaní so snom o zdielaní zdrojov, ktorý si predstavoval Licklider a ktorý v praxi realizoval jeho chráněnec, Robert Taylor.

Na začiatku bolo len ťažké zistiť, aké zdroje existujú v sieti, ktoré by bolo možné využiť. Informačné centrum siete používalo model dobrovoľnej účasti – každý uzol mal sám poskytovať aktualizované informácie o dostupnosti dát a programov. A hoci by z takýchto akcií profitovali všetci, každý jednotlivý uzol nemal silnú motiváciu propagovať svoje zdroje a poskytovať k nim prístup, nehovoriac o zabezpečení aktuálnej dokumentácie alebo konzultácií. Preto sa NIC nepodarilo stať sieťovým adresárom. Pravdepodobne najdôležitejšou funkciou v raných rokoch bolo zabezpečiť elektronické umiestnenie rastúceho súboru RFC.

Aj keby, povedzme, Alisa z UCLA vedela o dostupnom užitočnom zdroji na MIT, objavil sa vážnejší problém. Telnet umožnil Alise dostať sa k prihlasovacej obrazovke na MIT, ale ďalej nie. Aby sa Alisa mohla skutočne pripojiť k nejakej aplikácii na MIT, musela by sa najprv offline dohodnúť s MIT na vytvorení svojho účtu na ich počítači, čo zvyčajne vyžadovalo vyplnenie papierových formulárov na oboch inštitútoch a dohodu o financovaní na pokrytie nákladov na využívanie počítačových zdrojov MIT. A kvôli nekompatibilite medzi hardvérom a systémovým softvérom medzi uzlami bolo prenos súborov často bezvýznamný, pretože ste nemohli spúšťať programy z odľahlých počítačov na svojom.

Ironicky, najvýznamnejší úspech rozdelenia zdrojov nespočíval v interaktívnom delení času, pre ktoré bola ARPANET vytvorená, ale v oblasti zastaralej neinteraktívnej správy dát. UCLA pripojila svoju nevyužívanú mašinu IBM 360/91 pre dávkové spracovanie dát do siete a poskytovala telefonické poradenstvo na podporu vzdialených používateľov, čo prinieslo výrazné príjmy počítačovému centru. Superpočítač ILLIAC IV z Illinoiskej univerzity, sponzorovaný ARPA, a Datacomputer v Computer Corporation of America v Cambridge tiež našli svojich vzdialených klientov prostredníctvom ARPANET.

Ale aj tak tieto projekty ani zďaleka nevyužili potenciál siete. Na jeseň 1971, keď bolo online 15 hostiteľov, celková sieť prenášala cez každý uzol v priemere 45 miliónov bitov, teda 520 bitov/s cez sieť prenajatých od AT&T s kapacitou 50 000 bitov/s. Navyše, väčšina tohto prevádzky bola kontrolná a generovaná meracím centrom siete z UCLA. Okrem nadšenia niektorých prvých používateľov (ako napríklad Steve Karr, ktorý denne používal PDP-10 na Univerzite v Utahu z Palo Alta) sa v ARPANET veľa nedialo. Z moderného pohľadu bol možno najzaujímavejším podujatím spustenie digitálnej knižnice „Projekt Gutenberg“ v decembri 1971, organizovanej Michaelom Hartom, študentom Illinoiskej univerzity.

Ale čoskoro ARPANET zachránil pred obvineniami z rozkladu tretí aplikačný protokol – malá vecička nazývaná email.

Čo ešte prečítať

• Janet Abbate, Vynájdenie internetu (1999)
• Katie Hafner a Matthew Lyon, Kde čarodejníci zostávajú hore neskoro: Pôvod internetu (1996)

Zdroj: habr.com