Načrt računalniške mreže ARPA junija 1967. Prazen krog – računalnik z deljenim dostopom, krog s črto – terminal za enega uporabnika
Drugi članki cikla:
- Zgodovina relejev
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Zgodovina interneta
Do konca leta 1966 je z denarjem ARPA zagnal projekt povezovanja več računalnikov v enoten sistem, navdihnjen z idejo „» .
Odgovornost za izvedbo projekta je Taylor prenesel v spretne roke . V naslednjem letu je Roberts sprejel nekaj ključnih odločitev, ki so se kasneje odražale v tehnični arhitekturi in kulturi ARPANET-a in njenih naslednikov, v nekaterih primerih – celo desetletja. Prva odločitev po pomembnosti, čeprav ne po kronologiji, je bila določitev mehanizma usmerjanja sporočil od enega računalnika do drugega.
Težava
Če računalnik A želi poslati sporočilo računalniku B, kako naj to sporočilo najde pot od enega do drugega? Teoretično bi bilo možno dovoliti vsakemu vozlišču mreže, da komunicira z vsemi drugimi, tako da bi vsakemu vozlišču povezali fizične kable. Za povezavo z B bi računalnik A preprosto poslal sporočilo po izhodnem kablu, ki ga povezuje z B. Takšno omrežje imenujemo popolnoma povezano. Vendar pa pri vsaki večji velikosti omrežja ta pristop hitro postane nepraktičen, saj se število povezav povečuje kot kvadrat števila vozlišč (natančneje, kot (n^2 - n) / 2).
Zato je potreben nek način izgradnje poti sporočila, ki bi po prihodu sporočila na vmesno vozlišče to poslalo naprej k cilju. Na začetku 60-ih let so bile znane dve osnovni pristopa za reševanje tega problema. Prvi je metoda uskladiščenja sporočil, 'hranite in prenašajte'. Ta pristop se je uporabljal v telegrafski sistemu. Ko je sporočilo prispelo na vmesno vozlišče, so ga tam začasno shranili (ponavadi v obliki papirnega traku), dokler se ni pojavila priložnost, da ga prenesejo naprej k cilju ali do še enega vmesnega središča, ki je bližje cilju.
Naposledy se pojavil telefon a potřebovaly se nové přístupy. Zpoždění několika minut po každém výrazu učiněném telefonem, který bylo nutné přepsat a poslat na místo určení, by působilo jako hovor s někým na Marsu. Místo toho telefon používal přepínání okruhů. Zavolající začínal každý hovor odesláním zvláštní zprávy, určující, komu chce volat. Nejprve to dělali tím, že hovořili s operátorem, a poté zadáním čísla, které zpracovávalo automatické zařízení na přepínači. Operátor nebo zařízení vytvořili dedikované elektrické spojení mezi volajícím a příjemcem hovoru. V případě meziměstských hovorů to mohlo vyžadovat několik iterací, které spojily hovor přes různé přepínače. Po vybudování spojení mohlo začít samotné povídání, a spojení zůstávalo aktivní, dokud jedna ze stran nezrušila hovor, zavěšením sluchátka.
Digitální komunikace, kterou se rozhodlo použit v ARPANET pro spojení počítačů, fungovala na základě , využívala prvky jak telegrafu, tak telefonu. Na jedné straně byla data zasílána v samostatných paketech, jako na telegrafu, a ne jako nepřetržité hovory na telefonu. Avšak tyto zprávy mohly mít různou velikost pro různé účely, od konzolových příkazů o několika znacích po velké datové soubory přenášené z jednoho počítače na druhý. Pokud byly soubory zpožděny na cestě, nikdo si na to nestěžoval. Ale vzdálená interaktivita by vyžadovala rychlou reakci, jako při telefonním hovoru.
Jedna pomembna razlika med računalniškimi omrežji podatkov na eni strani in telefonom ter telegrafom na drugi strani je bila občutljivost na napake v podatkih, ki jih obdelujejo stroji. Sprememba ali izguba enega znaka med prenosom telegrafskega sporočila, ali izguba dela besede med telefonskim pogovorom, verjetno ne bi resno motila komunikacije dveh ljudi. Toda, če se je zaradi šuma na povezavi edina bitna vrednost spremenila iz 0 v 1 v ukazu, poslanem na oddaljeni računalnik, bi to lahko popolnoma spremenilo pomen ukaza. Zato je bilo potrebno vsako sporočilo preveriti na prisotnost napak in ga ponovno poslati, če so bile odkrite napake. Takšna ponovna pošiljanja bi bila predragocena za velika sporočila, verjetnost napak v njih pa je bila večja, saj so se dlje prenašala.
Rešitev tega problema je prišla zahvaljujoč dvema neodvisnima dogodkoma, ki sta se zgodila leta 1960, vendar je bilo tisto, ki se je pojavilo kasneje, najprej opazil Larry Roberts in ARPA.
Srečanje
Jeseni 1967 je Roberts prišel v Gatlinburg, Tennessee, zaradi gozdnatih vrhov Velikih Smoky Mountains, da bi dostavil dokument, ki govori o načrtih ARPA za uvedbo omrežja. Že skoraj eno leto je delal v uradu za obdelavo informacij (Information Processing Technology Office, IPTO), vendar so bili mnogi podrobnosti projekta omrežja še vedno precej megleni, vključno z rešitvijo problema usklajevanja. Poleg nejasnih omemb blokov in njihovih velikosti je bila edina omemba v Robertsovem delu kratka in izmuzljiva opomba na koncu: "Zdi se, da je potrebno obdržati občasno uporabljeno komunikacijsko linijo za prejemanje odzivov v času od desetine do ene sekunde, potrebne za interaktivno delo. To je precej drago z vidika omrežnih virov, in če se nam ne bo uspelo hitro povezati, bo preklapljanje sporočil in koncentracija postalo zelo pomembno za udeležence omrežja." Očitno do takrat Roberts še ni odločil, ali naj se odpove pristopu, ki ga je skupaj s Tomom Marillom uporabil leta 1965, torej povezovanju računalnikov prek preklapljajoče telefonske mreže z avto-dialanjem.
Na istem simpoziju je prisustvovao i drugi čovek, sa mnogo bolje osmišljenom idejom rešenja problema rutiranja u mrežama podataka. Rodžer Skantlberi je prešao Atlantski okean, stigavši iz Britanske nacionalne fizičke laboratorije British National Physical Laboratory (NPL) sa izlaganjem. Skantlberi je odveo Robertsa malo u stranu nakon njegovog izlaganja i rekao mu o svojoj ideji. . Ovu tehnologiju je razvio njegov vođa u NPL-u, Donald Deivis. U Americi su dostignuća i istorija Deivisa slabo poznati, iako je na jesen 1967. godine Deivisova grupa iz NPL-a, najmanje godinu dana, bila ispred ARPA-e sa svojim idejama.
Deivis, kao i mnogi rani pioniri elektronskih računara, po obrazovanju je bio fizičar. Diplomirao je na Impereal College-u u Londonu 1943. godine sa 19 godina, i odmah je upisan u tajni program razvoja nuklearnog oružja pod kodnim imenom . Tamo je vodio grupu ljudi-računara, koji su koristili mehaničke i električne kalkulatore za brzo rešavanje numeričkih zadataka vezanih za nuklearni sintez (njegov vođa je bio , nemački fizičar-izgnanik, koji je već tada počeo da prenosi tajne nuklearnog oružja u SSSR). Nakon rata, od matematičara Džona Vomerslija je čuo o projektu kojim je on upravljao u NPL-u – to je bilo stvaranje elektronskog računara koji bi mogao da izvršava iste te proračune mnogo većom brzinom. nazvan je ACE, 'automatskom računarskom mašinom'.
Davis se je oprijel te ideje in se v NPL zaposlil čim hitreje. S svojim prispevkom k podrobnemu projektu in ustvarjanju računalnika ACE je ostal globoko vključen na področju računalniških strojev kot vodja raziskav v NPL. Leta 1965 se je zgodilo, da je bil v ZDA na poklicnem srečanju, povezanim z njegovo delo, in izkoristi to priložnost, da si ogleda več večjih računalniških sistemov za deljenje časa, da bi videl, kaj vse je v igri. V britanskem računalniškem okolju deljenje časa v ameriškem pomenu interaktivnega skupnega koriščenja računalnika s strani več uporabnikov ni bilo znano. Namesto tega je tam deljenje časa pomenilo razporeditev obremenitve računalnika med več programi za obdelavo podatkov (da bi na primer en program deloval, medtem ko je drugi zaseden z branjem iz traku). Ta varianta se je kasneje imenovala večprogramiranje.
Davisove poti so ga pripeljale do projekta MAC na MIT, projekta JOSS pri RAND Corporation v Kaliforniji in do Dartmouthovega sistema delitve časa v New Hampshiru. Na poti domov je eden njegovih kolegov predlagal, da izvede seminar o skupni rabi, da bi britanskemu okolju predstavili nove tehnologije, o katerih so se naučili v ZDA. Davis je privolil in gostil številne ključne osebnosti ameriškega računalništva, vključno z (ustvarjalec 'združljivega sistema delitve časa' na MIT) in samega Larryja Robertsa.
Med seminarja (ali morda takoj po njem) je Davisa presenetila ideja, da bi lahko filozofijo delitve časa uporabili tudi za komunikacijske linije računalnikov, ne le za same računalnike. Računalniki z delitvijo časa vsakemu uporabniku dodelijo majhen del procesorskega časa, nato pa preklopijo na drugega, kar ustvarja iluzijo, da ima vsak uporabnik svoj interaktivni računalnik. Prav tako je mogoče, tako da vsako sporočilo razrežemo na kose standardne velikosti, ki jih je Davis imenoval „paketi“, en komunikacijski kanal deliti med več računalniki ali uporabniki enega računalnika. Poleg tega bi to reševalo vse aspekte prenosa podatkov, za katere so bile telefonske in telegrafske preklopnike slabo prilagojene. Uporabnik, ki dela z interaktivno terminacijo, pošilja kratke ukaze in prejema kratke odgovore, ne bo blokiran pri prenosu velike datoteke, saj bo ta prenos razdeljen na številne pakete. Vsaka poškodba v takih obsežnih sporočilih bo vplivala na en sam paket, ki ga je enostavno ponovno poslati za zaključek sporočila.
Davis je svoje ideje opisal v neobjavljenem delu iz leta 1966, „Predlog za digitalno komunikacijsko omrežje“. V tistem trenutku so bile najnaprednejše telefonske mreže na pragu računalniške preklopne tehnologije, Davis pa je predlagal, da se v novo generacijo telefonskih omrežij vgradi preklapljanje paketov, da bi ustvarili enotno širokopasovno komunikacijsko omrežje, sposobno obravnavati različne zahteve, od preprostih telefonskih klicev do oddaljenega dostopa do računalnikov. Do takrat je bil Davis napredoval v upravitelja NPL, in oblikoval je skupino za digitalno komunikacijo pod vodstvom Scantlebury, da bi izvedel njegov projekt in ustvaril delujočo demonstracijsko različico.
V letu pred konferenco v Gatlinburgu je ekipa Scantlebury obravnavala vse podrobnosti o ustvarjanju omrežja s preklapljanjem paketov. Okvara enega vozlišča je bila preživetje z adaptivnim usmerjanjem, ki je bilo sposobno delovati z več potmi do cilja, medtem ko se je okvara posameznega paketa rešila z njegovo ponovnim pošiljanjem. Simulacija in analiza sta pokazali, da je optimalna velikost paketa 1000 bajtov – če je premajhen, so stroški pasovne širine na metapodatke v glavi preveliki, če je prevelik – pa se bo čas odziva za interaktivne uporabnike preveč pogosto povečeval zaradi velikih sporočil.
Delo Scantlebury je zajemalo takšne podrobnosti, kot je format paketa…
…in analiza vpliva velikosti paketov na zakasnitev v omrežju.
Medtem sta iskanje Davisa in Scantlebury pripeljala do razkritja podrobnih raziskovalnih del, ki jih je opravil drug Američan, ki je pred njimi prišel do podobne ideje. Toda pri tem , električni inženir iz RAND Corporation, sploh ni razmišljal o potrebah uporabnikov računalnikov z deljenjem časa. RAND je bil analitični center, financiran s strani Ministrstva za obrambo ZDA v Santa Monici v Kaliforniji, ustanovljen po drugi svetovni vojni za dolgoročno načrtovanje in analizo strateških vprašanj za vojaške potrebe. Baranova naloga je bila oddaljiti jedrsko vojno, s tem da razvije zelo zanesljivo vojaško komunikacijsko omrežje, ki bi preživelo celo obsežno jedrsko napad. Tako omrežje bi naredilo preventivni udarec s strani ZSSR manj privlačen, saj bi bilo zelo težko uničiti sposobnost ZDA, da odgovori z udarcem na več pomembnih točk. Za to je Baran predlagal sistem, ki je razdelil sporočila na to, kar je poimenoval bloke sporočil, ki bi jih bilo mogoče neodvisno prenašati po omrežju vozlišč s presežkom povezav in jih nato ponovno sestaviti na končni točki.
ARPA je imela dostop do obsežnih poročil Berana za RAND, vendar pa, ker niso bila povezana z interaktivnimi računalniki, njihova pomembnost za ARPANET ni bila očitna. Roberts in Taylor ju očitno nista opazila. Namesto tega je Skanthbury, kot rezultat enega naključnega srečanja, preložil vse na pladenj Robertsu: dobro premišljen mehanizem usklajevanja, uporabnost pri ustvarjanju interaktivnih računalniških omrežij, referenčne materiale iz RAND-a in celo izraz „paket“. Delo NPL je Robertsa tudi prepričalo, da bo za organizacijo dobre prepustnosti potrebna višja hitrost, zato je svoje načrte nadgradil na komunikacijske linije pri 50 Kbit/s. Osnovni del problema usmerjanja pri oblikovanju ARPANET-a je bil rešen.
Res pa je, da obstaja tudi druga različica nastanka ideje o usklajevanju paketov. Roberts je kasneje trdil, da je imel že podobne misli, zahvaljujoč delu svojega kolega, Lene Kleinrocka, ki naj bi to koncept opisal že leta 1962 v svoji doktorski disertaciji o komunikacijskih omrežjih. Vendar je iz te študije neverjetno težko izluščiti to idejo, prav tako pa nisem mogel najti nobenih drugih potrditev te različice.
Omrežja, katerih ni bilo
Kot vidimo, sta celo dve skupini prehiteli ARPA pri razvoju usklajevanja paketov, tehnologije, ki se je izkazala za tako učinkovito, da danes leži v temelju praktično vseh komunikacij. Zakaj je torej ARPANET postala prva pomembna mreža, ki jo je uporabila?
Vse je v organizacijskih podrobnostih. ARPA ni imela uradne odobritve za ustanovitev komunikacijske mreže, vendar je bilo veliko obstoječih raziskovalnih centrov s svojimi računalniki, kultura 'svobodnih' navad, nad katero praktično nihče ni pazil, in celo gore denarja. Prvoten Taylorjev zahtevek iz leta 1966 za sredstva za ustanovitev ARPANET-a je navedel številko 1 milijon dolarjev, Roberts pa je nadaljeval z naložbami te višine vsako leto od leta 1969 naprej za vzpostavitev in delovanje te mreže. Za ARPA so bile takšne vsote drobiž, zato se nihče iz njegovih nadrejenih ni zaskrbljeno spraševal, kaj Roberts z njimi počne, dokler je bilo to mogoče nekako povezati s potrebami nacionalne obrambe.
Beran in RAND did not have the means or authority to do anything. His work was purely research and analytical, and could be applied to defense if desired. In 1965, RAND actually recommended his Air Force system, and they agreed on the project's viability. However, its implementation fell to the Defense Communications Agency, which was not particularly skilled in digital communication. Beran convinced his superiors at RAND that it would be better to take this proposal than to allow its implementation in a careless manner, which would ruin the reputation of distributed digital communication.
Davis, as the head of NPL, had significantly more power than Beran, but a more limited budget than ARPA, and he did not have a ready-made social and technical network of research computers. He managed to create a prototype local area network with packet switching (there was only one node but many terminals) at NPL in the late 1960s, with a modest budget of £120,000 over three years. ARPANET spent roughly half that amount annually on operation and maintenance at each of its many nodes, excluding the initial investments in hardware and software. The organization capable of creating a large-scale British packet-switched network was the British Post Office, which managed telecommunications networks in the country, aside from postal services. Davis was able to engage several influential officials with his ideas about a unified national digital network, but it was beyond his power to change the direction of such a vast system.
Licklider, combining luck and planning, found a wonderful greenhouse where his intergalactic network could flourish. However, it cannot be claimed that everything outside of packet switching depended solely on money. The execution of the idea also played a role. Moreover, the spirit of ARPANET was defined by several other important design decisions. Therefore, we will further examine how responsibility was distributed among the computers sending and receiving messages and the network over which they sent those messages.
Što još pročitati
- Janet Abbate, Izumitev interneta (1999)
- Katie Hafner in Matthew Lyon, Kjer čarovniki ostajajo budni pozno (1996)
- Leonard Kleinrock, “An Early History of the Internet,” IEEE Communications Magazine (August 2010)
- Arthur Norberg in Julie O’Neill, Preoblikovanje računalniške tehnologije: Informacijska obdelava za Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, Mašina snova: J.C.R. Liklajder i revolucija koja je učinila računarstvo ličnim (2001)
Izvor: habr.com
Russian
Italian
German
Polish
Estonian
Albanian
Bulgarian
Croatian
Czech
Danish
Dutch
English
Finnish
French
Hungarian
Latvian
Lithuanian
Norwegian
Portuguese
Romanian
Slovak
Slovenian
Spanish
Swedish