Diagram računalniškega omrežja ARPA za junij 1967. Prazen krog je računalnik z deljenim dostopom, krog s črto je terminal za enega uporabnika
Drugi članki v seriji:
- Zgodovina releja
- Zgodovina elektronskih računalnikov
- Zgodovina tranzistorja
- Internetna zgodovina
Do konca leta 1966 z denarjem ARPA je sprožil projekt povezovanja številnih računalnikov v en sistem, ki ga je navdihnila ideja "» .
Taylor je odgovornost za izvedbo projekta prenesel v sposobne roke . V letu, ki je sledilo, je Roberts sprejel več kritičnih odločitev, ki bodo odmevale v celotni tehnični arhitekturi in kulturi ARPANET-a in njegovih naslednikov, v nekaterih primerih še desetletja. Prva odločitev po pomembnosti, čeprav ne kronološko, je bila določitev mehanizma za usmerjanje sporočil iz enega računalnika v drugega.
problem
Če želi računalnik A poslati sporočilo računalniku B, kako lahko to sporočilo najde pot od enega do drugega? V teoriji bi lahko dovolili vsakemu vozlišču v komunikacijskem omrežju, da komunicira z vsakim drugim vozliščem, tako da vsako vozlišče povežete z vsakim drugim vozliščem s fizičnimi kabli. Za komunikacijo z B bo računalnik A preprosto poslal sporočilo po odhodnem kablu, ki ga povezuje z B. Takšno omrežje se imenuje zapleteno omrežje. Vendar pa za kakršno koli pomembno velikost omrežja ta pristop hitro postane nepraktičen, saj se število povezav poveča kot kvadrat števila vozlišč (kot (n2 - n)/2, če smo natančni).
Zato je potreben nek način konstruiranja sporočilne poti, ki bi sporočilo ob prihodu v vmesno vozlišče poslala naprej do cilja. V začetku šestdesetih let sta obstajala dva osnovna pristopa k reševanju tega problema. Prvi je način preklapljanja sporočil s shranjevanjem in naprej. Ta pristop je uporabil telegrafski sistem. Ko je sporočilo prispelo v vmesno vozlišče, je bilo tam začasno shranjeno (običajno v obliki papirnatega traku), dokler ni bilo mogoče prenesti naprej do cilja ali do drugega vmesnega centra, ki se nahaja bližje cilju.
Potem je prišel telefon in potreben je bil nov pristop. Večminutni zamik po vsaki izgovorjeni besedi po telefonu, ki jo je bilo treba dešifrirati in prenesti na cilj, bi dajal občutek pogovora s sogovornikom na Marsu. Namesto tega je telefon uporabil preklapljanje tokokroga. Klicatelj je vsak klic začel tako, da je poslal posebno sporočilo, v katerem je bilo navedeno, koga želi poklicati. Najprej so to storili tako, da so se pogovarjali z operaterjem, nato pa vtipkali številko, ki jo je obdelala avtomatska oprema na centrali. Operater ali oprema je vzpostavila namensko električno povezavo med kličočim in klicanim. V primeru medkrajevnih klicev bi to lahko zahtevalo več iteracij povezovanja klica prek več stikal. Ko je bila povezava vzpostavljena, se je pogovor lahko začel sam, povezava pa je trajala, dokler je ena od strani ni prekinila s prekinitvijo slušalke.
Digitalna komunikacija, ki jo je bilo odločeno uporabiti v ARPANET-u za povezovanje računalnikov, ki delujejo po shemi , uporabljal funkcije tako telegrafa kot telefona. Po eni strani so se podatkovna sporočila prenašala v ločenih paketih, kot na telegrafu, namesto kot neprekinjeni pogovori po telefonu. Vendar so lahko ta sporočila različnih velikosti za različne namene, od ukazov konzole z več znaki do velikih podatkovnih datotek, ki se prenašajo iz enega računalnika v drugega. Če so datoteke pri prenosu zamujale, se zaradi tega nihče ni pritožil. Toda oddaljena interaktivnost je zahtevala hiter odziv, kot je telefonski klic.
Ena od pomembnih razlik med računalniškimi podatkovnimi omrežji na eni strani ter telefonom in telegrafom na drugi strani je bila občutljivost na napake v podatkih, ki so jih obdelovali stroji. Sprememba ali izguba med prenosom enega znaka v telegramu ali izginotje dela besede v telefonskem pogovoru bi težko resno motila komunikacijo dveh oseb. Toda če bi šum na liniji preklopil en sam bit iz 0 v 1 v ukazu, poslanem oddaljenemu računalniku, bi lahko popolnoma spremenil pomen ukaza. Zato je bilo treba vsako sporočilo preveriti glede napak in jih ponovno poslati, če so bile najdene. Takšna ponovna predvajanja bi bila predraga za velika sporočila in so bolj verjetno povzročila napake, ker je njihov prenos trajal dlje.
Rešitev tega problema je prišla skozi dva neodvisna dogodka, ki sta se zgodila leta 1960, toda tistega, ki je prišel kasneje, sta prva opazila Larry Roberts in ARPA.
Srečanje
Jeseni 1967 je Roberts prispel v Gatlinburg v Tennesseeju izza gozdnatih vrhov Great Smoky Mountains, da bi dostavil dokument, ki opisuje mrežne načrte ARPA. Skoraj eno leto je delal v Uradu za informacijsko procesno tehnologijo (IPTO), vendar je bilo veliko podrobnosti omrežnega projekta še zelo nejasnih, vključno z rešitvijo problema usmerjanja. Poleg nejasnih sklicevanj na bloke in njihove velikosti je bila edina sklicevanje na to v Robertsovem delu kratka in izmuzljiva pripomba na samem koncu: »Zdi se, da je treba vzdrževati občasno uporabljeno komunikacijsko linijo, da dobimo odgovore v eni desetini proti ena. drugič, potreben za interaktivno delovanje. To je zelo drago glede na omrežne vire in če ne bomo mogli klicati hitreje, bosta preklapljanje in koncentracija sporočil zelo pomembna za udeležence v omrežju.« Očitno se takrat Roberts še ni odločil, ali bo opustil pristop, ki ga je leta 1965 uporabil pri Tomu Marrillu, to je povezovanje računalnikov prek komutiranega telefonskega omrežja z uporabo samodejnega klicanja.
Po naključju je bil na istem simpoziju prisoten še nekdo z veliko boljšo idejo za rešitev problema usmerjanja v podatkovnih omrežjih. Roger Scantlebury je prečkal Atlantik in prišel iz Britanskega nacionalnega fizikalnega laboratorija (NPL) s poročilom. Scantlebury je Robertsa po njegovem poročilu odpeljal na stran in mu povedal o svoji zamisli. . To tehnologijo je razvil njegov šef pri NPL Donald Davis. V ZDA so Davisovi dosežki in zgodovina slabo znani, čeprav je bila jeseni 1967 Davisova skupina pri NPL s svojimi zamislimi vsaj leto dni pred ARPA.
Davis je bil, tako kot mnogi zgodnji pionirji elektronskega računalništva, po izobrazbi fizik. Diplomiral je na Imperial College London leta 1943 pri 19 letih in bil takoj sprejet v tajni program jedrskega orožja s kodnim imenom . Tam je nadzoroval skupino človeških kalkulatorjev, ki so uporabljali mehanske in električne kalkulatorje za hitro izdelavo numeričnih rešitev problemov, povezanih z jedrsko fuzijo (njegov nadzornik je bil , nemški izseljenski fizik, ki je do takrat že začel prenašati skrivnosti jedrskega orožja v ZSSR). Po vojni je od matematika Johna Womersleyja slišal za projekt, ki ga je vodil pri NPL – šlo je za izdelavo elektronskega računalnika, ki naj bi enake izračune izvajal z veliko večjo hitrostjo. imenovan ACE, "avtomatski računalniški stroj".
Davis je idejo sprejel in podpisal pogodbo z NPL, kakor hitro je lahko. Ker je prispeval k podrobni zasnovi in konstrukciji računalnika ACE, je ostal globoko vpet v področje računalništva kot vodja raziskav pri NPL. Leta 1965 se je znašel v ZDA na strokovnem srečanju, povezanem z njegovim delom, in je izkoristil priložnost, da je obiskal več velikih računalniških spletnih mest za delitev časa, da bi videl, kaj se dogaja okoli tega hrupa. V britanskem računalniškem okolju časovna delitev v ameriškem smislu interaktivne souporabe računalnika med več uporabniki ni bila znana. Namesto tega je delitev časa pomenila porazdelitev delovne obremenitve računalnika med več programov za paketno obdelavo (tako da bi na primer en program deloval, medtem ko je bil drugi zaposlen z branjem traku). Potem se bo ta možnost imenovala večprogramiranje.
Davisovo potepanje ga je pripeljalo do projekta MAC na MIT, projekta JOSS pri RAND Corporation v Kaliforniji in Dartmouth Time Sharing System v New Hampshiru. Na poti domov je eden od njegovih kolegov predlagal izvedbo delavnice o deljenju, da bi britansko skupnost poučili o novih tehnologijah, ki so jih spoznali v ZDA. Davis se je strinjal in gostil številne vodilne osebnosti na ameriškem računalniškem področju, vključno z (ustvarjalec »Interoperable Time Sharing System« na MIT) in sam Larry Roberts.
Med seminarjem (ali morda takoj po njem) je Davisa prešinila ideja, da bi se filozofija delitve časa lahko uporabila za računalniške komunikacijske linije, ne samo za računalnike same. Računalniki z delitvijo časa dajejo vsakemu uporabniku majhen kos procesorskega časa in nato preklopijo na drugega, kar vsakemu uporabniku daje iluzijo, da ima svoj interaktivni računalnik. Podobno lahko z rezanjem vsakega sporočila na dele standardne velikosti, ki jih je Davis imenoval »paketi«, en sam komunikacijski kanal deli več računalnikov ali uporabnikov enega samega računalnika. Poleg tega bi rešil vse vidike prenosa podatkov, za katere telefonska in telegrafska stikala niso bila primerna. Uporabnik, ki upravlja interaktivni terminal, ki pošilja kratke ukaze in prejema kratke odgovore, ne bo blokiran zaradi prenosa velike datoteke, ker bo prenos razdeljen na veliko paketov. Kakršna koli poškodba v tako velikih sporočilih bo vplivala na posamezen paket, ki ga je mogoče preprosto znova poslati in dokončati sporočilo.
Davis je svoje zamisli opisal v neobjavljenem dokumentu iz leta 1966 z naslovom "Predlog za digitalno komunikacijsko omrežje". Takrat so bila najnaprednejša telefonska omrežja na robu informatizacije stikal in Davis je predlagal vgradnjo paketnega preklapljanja v telefonsko omrežje naslednje generacije, s čimer bi ustvarili enotno širokopasovno komunikacijsko omrežje, ki bi lahko služilo različnim zahtevam, od preprostih telefonskih klicev do oddaljenih dostop do računalnikov. Do takrat je bil Davis napredovan v vodjo NPL in ustanovil skupino za digitalno komunikacijo pod vodstvom Scantleburyja, da bi uresničil svoj projekt in ustvaril delujočo predstavitev.
V letu pred konferenco v Gatlinburgu je Scantleburyjeva ekipa izdelala vse podrobnosti o ustvarjanju paketno komutiranega omrežja. Napako enega vozlišča bi lahko preživeli s prilagodljivim usmerjanjem, ki bi lahko obravnavalo več poti do cilja, napako enega samega paketa pa bi lahko odpravili s ponovnim pošiljanjem. Simulacija in analiza sta povedali, da bi bila optimalna velikost paketa 1000 bajtov – če jo naredite veliko manjšo, bo poraba pasovne širine vrstic za metapodatke v glavi prevelika, veliko večja – in odzivni čas za interaktivne uporabnike se bo povečal. prepogosto zaradi velikih sporočil .
Scantleburyjevo delo je vključevalo podrobnosti, kot je oblika paketa ...
...in analiza vpliva velikosti paketov na zakasnitev omrežja.
Medtem sta iskanje Davisa in Scantleburyja pripeljalo do odkritja podrobnih raziskovalnih člankov drugega Američana, ki je nekaj let pred njima prišel na podobno idejo. Toda hkrati , inženir elektrotehnike v podjetju RAND Corporation, sploh ni razmišljal o potrebah uporabnikov računalnikov z delitvijo časa. RAND je bil možganski trust v Santa Monici v Kaliforniji, ki ga je financiralo ministrstvo za obrambo in je bil ustanovljen po drugi svetovni vojni, da bi zagotovil dolgoročno načrtovanje in analizo strateških problemov za vojsko. Baranov cilj je bil odložiti jedrsko vojno z ustvarjanjem zelo zanesljivega vojaškega komunikacijskega omrežja, ki je sposobno preživeti celo jedrski napad velikega obsega. Takšna mreža bi naredila preventivni napad ZSSR manj privlačen, saj bi bilo zelo težko uničiti zmožnost ZDA, da v odgovor udari na več občutljivih točk. Da bi to naredil, je Baran predlagal sistem, ki je razdelil sporočila v tako imenovane bloke sporočil, ki jih je bilo mogoče neodvisno prenašati po omrežju redundantnih vozlišč in nato sestaviti skupaj na končni točki.
ARPA je imela dostop do Baranovih obsežnih poročil za RAND, a ker niso bila povezana z interaktivnimi računalniki, njihov pomen za ARPANET ni bil očiten. Roberts in Taylor jih očitno nista nikoli opazila. Namesto tega je Scantlebury kot rezultat enega naključnega srečanja vse predal Robertsu na srebrnem pladnju: dobro zasnovan preklopni mehanizem, uporabnost pri problemu ustvarjanja interaktivnih računalniških omrežij, referenčne materiale iz RAND-a in celo ime "paket". Delo NPL je tudi prepričalo Robertsa, da bodo za zagotavljanje dobre zmogljivosti potrebne višje hitrosti, zato je svoje načrte nadgradil na povezave 50 Kbps. Da bi ustvarili ARPANET, je bil rešen temeljni del problema usmerjanja.
Res je, obstaja še ena različica izvora ideje o preklapljanju paketov. Roberts je pozneje trdil, da je podobne misli že imel v glavi, zahvaljujoč delu njegovega kolega Lena Kleinrocka, ki naj bi koncept opisal že leta 1962 v svoji doktorski disertaciji o komunikacijskih omrežjih. Vendar je iz tega dela neverjetno težko izluščiti takšno idejo, poleg tega pa nisem našel nobenega drugega dokaza za to različico.
Omrežja, ki nikoli niso obstajala
Kot lahko vidimo, sta bili dve ekipi pred ARPA pri razvoju paketnega preklapljanja, tehnologije, ki se je izkazala za tako učinkovito, da je zdaj osnova skoraj vseh komunikacij. Zakaj je bil ARPANET prvo pomembno omrežje, ki ga je uporabljalo?
Vse je v organizacijskih tankostih. ARPA ni imela uradnega dovoljenja za vzpostavitev komunikacijskega omrežja, vendar je obstajalo veliko število obstoječih raziskovalnih centrov z lastnimi računalniki, kulturo »svobodne« morale, ki je bila praktično nenadzorovana, in gore denarja. Taylorjeva prvotna zahteva iz leta 1966 za sredstva za vzpostavitev ARPANET-a je zahtevala 1 milijon dolarjev in Roberts je od leta 1969 naprej toliko porabil vsako leto, da bi omrežje vzpostavil in delovalo. Hkrati je bil za ARPA takšen denar drobiž, tako da nobeden od njegovih šefov ni skrbel, kaj Roberts počne z njim, dokler je bilo mogoče nekako povezati s potrebami nacionalne obrambe.
Baran pri RAND-u ni imel ne moči ne pooblastil, da bi kar koli naredil. Njegovo delo je bilo izključno raziskovalno in analitično in bi ga lahko po želji uporabili v obrambi. Leta 1965 je RAND dejansko priporočil svoj sistem letalskim silam, ki so se strinjale, da je projekt izvedljiv. Toda njegovo izvajanje je padlo na pleča Agencije za obrambne komunikacije, ti pa se na digitalne komunikacije niso posebej razumeli. Baran je svoje nadrejene pri RAND-u prepričal, da bi bilo bolje ta predlog umakniti, kot pa dovoliti, da bi ga kakor koli uveljavili in uničili ugled distribuiranih digitalnih komunikacij.
Davis je kot vodja NPL imel veliko večjo moč kot Baran, vendar strožji proračun kot ARPA in ni imel pripravljenega družbenega in tehničnega omrežja raziskovalnih računalnikov. Uspelo mu je ustvariti prototip lokalnega paketno komutiranega omrežja (bilo je samo eno vozlišče, a veliko terminalov) v NPL v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja, s skromnim proračunom 1960 funtov v treh letih. ARPANET je letno porabil približno polovico tega zneska za delovanje in vzdrževanje na vsakem od številnih vozlišč omrežja, brez začetnih naložb v strojno in programsko opremo. Organizacija, ki je bila sposobna ustvariti obsežno britansko paketno komutacijsko omrežje, je bila Britanska pošta, ki je upravljala telekomunikacijska omrežja v državi, razen poštne storitve same. Davis je s svojimi idejami o enotnem digitalnem omrežju v nacionalnem merilu uspel zainteresirati več vplivnih uradnikov, ni pa mogel spremeniti smeri tako velikega sistema.
Licklider je s kombinacijo sreče in načrtovanja našel popoln rastlinjak, kjer bi lahko cvetela njegova medgalaktična mreža. Hkrati pa ni mogoče reči, da je vse razen paketnega preklapljanja ostalo pri denarju. Svojo vlogo je odigrala tudi izvedba ideje. Poleg tega je več drugih pomembnih oblikovalskih odločitev oblikovalo duh ARPANET-a. Zato bomo v nadaljevanju pogledali, kako je bila odgovornost porazdeljena med računalniki, ki so pošiljali in prejemali sporočila, in omrežjem, prek katerega so ta sporočila pošiljali.
Kaj še brati
- Janet Abbate, Inventing the Internet (1999)
- Katie Hafner in Matthew Lyon, Where Wizards Stay Up Late (1996)
- Leonard Kleinrock, »An Early History of the Internet«, IEEE Communications Magazine (avgust 2010)
- Arthur Norberg in Julie O'Neill, Preoblikovanje računalniške tehnologije: Obdelava informacij za Pentagon, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine: JCR Licklider and the Revolution That Made Computing Personal (2001)
Vir: www.habr.com