Історія інтернету: ARPANET – підмережа

Інші статті циклу:

• Історія реле
  • Метод «швидкої передачі відомостей», або Зародження реле
  • Далекописець
  • Гальванізм
  • підприємці
  • А ось, нарешті, і реле
  • Телеграф, що говорить
  • Просто з'єднати
  • Забуте покоління релейних комп'ютерів
  • Електронна ера
• Історія електронних комп'ютерів
  • Пролог
  • колос
  • ENIAC
  • Електронна революція
• Історія транзистора
  • Пробираючись на дотик у темряві
  • З горнила війни
  • Багаторазове перевинахід
• Історія Інтернету
  • Опорна мережа
  • Розпад, ч.1
  • Розпад, ч.2
  • Відкриваючи інтерактивність
  • Розширюючи інтерактивність
  • ARPANET - зародження
  • ARPANET - пакет
  • ARPANET - підсіти
  • Комп'ютер як пристрій зв'язку
  • Історія інтернету: міжмережева взаємодія

За допомогою ARPANET Роберт Тейлор та Ларрі Робертс збиралися об'єднати безліч різних дослідницьких інститутів, у кожного з яких був свій власний комп'ютер, за ПЗ та залізо якого він ніс повну відповідальність. Однак ПЗ та обладнання самої мережі знаходилося в туманній серединній області, і не належало жодному з цих місць. У період з 1967 до 1968 року Робертс, голова мережевого проекту бюро технологій обробки інформації (Information Processing Technology Office, IPTO), мав визначити, кому будувати та обслуговувати мережу, і де мають пролягати кордони між мережею та інститутами.

Скептики

Проблема структурування мережі була, щонайменше, такою ж політичною, як і технічною. Наукові керівники дослідних центрів ARPA загалом не схвалювали ідею ARPANET. Деякі ясно продемонстрували всяку відсутність бажання приєднуватися до мережі будь-коли; мало хто з них горів ентузіазмом. Кожному центру довелося б докласти серйозних зусиль, щоб дозволити іншим користуватися їх дорогим і рідкісним комп'ютером. Таке надання доступу демонструвало явні недоліки (втрату цінного ресурсу), при цьому його потенційні переваги залишалися невизначеними та невиразними.

Той самий скептицизм із приводу загального доступу до ресурсів потопив мережевий проект Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі кілька років тому. Однак у цьому випадку у ARPA було набагато більше важелів впливу, оскільки вона безпосередньо платила за всі ці цінні комп'ютерні ресурси, і продовжувала тримати свою руку на всіх грошових потоках пов'язаних з ними дослідницьких програм. І хоча прямих загроз не було зроблено, ніяких «а не те» не було озвучено, ситуація була гранично ясною – так чи інакше, але ARPA збиралося побудувати свою мережу, щоб об'єднати машини, які на практиці все ще належали йому.

Момент назрів на зустрічі наукових керівників в Етт-Арборі в Мічигані, навесні 1967. Робертс представив свій план створення мережі, що з'єднує різноманітні комп'ютери в кожному з центрів. Він оголосив, що кожен керівник забезпечить своє місцевий комп'ютер спеціальним мережним програмним забезпеченням, яке той буде використовувати, щоб дзвонити іншим комп'ютерам по телефонній мережі (це було ще до того, як Робертс дізнався про ідею комутації пакетів). Відповіддю були суперечки та страхи. Серед найменш схильних до виконання цієї ідеї опинилися найбільші центри, в яких вже працювали великі проекти, які спонсорували IPTO, серед яких головним був MIT. Дослідники з MIT, що купалися в грошах, отриманих на розробку системи поділу часу Project MAC і на лабораторію штучного інтелекту, не бачили жодних переваг для себе в тому, щоб ділитися важко заслуженими ресурсами з будь-якою шушерою із заходу.

І, незалежно від свого статусу, кожен центр плекав свої власні ідеї. У кожного були свої унікальні програми та обладнання, і було складно зрозуміти, як у них може вийти хоча б встановити найпростіший зв'язок один з одним, не кажучи вже про реальну спільну роботу. Одне лише написання та запуск мережевих програм для їхньої машини від'їсть у них значний обсяг часу та обчислювальних ресурсів.

Іронічним, але й дивовижним виявився той факт, що вирішення цих соціальних і технічних проблем, прийняте Робертсом, походило від Ваги Кларка, людини, яка з ворожістю ставилася як до поділу часу, так і до мереж. Кларк, прихильник донкіхотської ідеї видати персональний комп'ютер кожній людині, зовсім не збирався ділитися комп'ютерними ресурсами ні з ким і утримував свій власний кампус, Вашингтонський університет у Сент-Луїсі, далеко від мережі ARPANET ще багато років. Тому не дивно, що саме він розробив проект мережі, який не додає значного навантаження на обчислювальні ресурси кожного з центрів, і не вимагає від кожного їх витрачати сили на створення особливого ПЗ.

Кларк запропонував помістити в кожному з центрів міні-комп'ютер, який обробляє всі функції безпосередньо пов'язані з мережею. Кожному центру залишалося лише вигадати, як приєднатися до свого місцевого помічника (яких пізніше назвали інтерфейсними процесорами повідомлень, або IMP), який потім надсилав повідомлення за потрібним маршрутом, щоб воно доходило до відповідного IMP у місці прийому. По суті, він запропонував, щоб ARPA роздало додаткові безкоштовні комп'ютери кожному центру, які візьмуть на себе більшість ресурсів мережі. У той час, коли комп'ютери були рідкісними і дуже дорогими, ця пропозиція була зухвалою. Однак саме тоді почали з'являтися міні-комп'ютери, які коштували всього кілька десятків тисяч доларів, замість кількох сотень, і в результаті пропозиція виявилася в принципі здійсненною (у результаті кожен IMP коштував $45 000, або близько $314 000 в сьогоднішніх грошах).

Підхід з використанням IMP, що полегшував занепокоєння наукових керівників щодо навантаження мережі на їх обчислювальні потужності, вирішував і ще одну політичну проблему ARPA. На відміну від решти тогочасних проектів агентства, мережа не була обмежена єдиним дослідницьким центром, де нею керував би єдиний начальник. Та й сама ARPA не мала можливостей самостійного прямого створення та управління великомасштабним технічним проектом. Їй довелося б найняти сторонні компанії для цього. Наявність IMP проводила чітке розмежування відповідальності між мережею, що управляється зовнішнім агентом, і комп'ютером з місцевим управлінням. Підрядник контролював би IMP'ів і все між ними, а центри залишалися б відповідальними за обладнання та програмне забезпечення на їх власних комп'ютерах.

IMP

Після цього Робертсу треба було вибрати цього підрядника. Старомодний підхід Ліклайдера виманювання пропозиції у улюбленого дослідника безпосередньо у разі не підходив. Проект потрібно виставити на публічний аукціон, як будь-який інший урядовий контракт.

Лише до липня 1968 року Робертс зміг утрясти остаточні деталі заявки на торги. Близько півроку минуло з того часу, як на місце став останній технічний шматочок головоломки, коли на конференції в Гатлінбурзі розповіли про систему комутації пакетів. Два найбільші виробники комп'ютерів, Control Data Corporation (CDC) та International Business Machines (IBM), відразу ж відмовилися брати участь, оскільки у них не було недорогих міні-комп'ютерів, що підходять на роль IMP.

Honeywell DDP-516

Серед учасників, що залишилися, більшість обрала новий комп'ютер ДДП-516 від компанії Honeywell, хоча деякі схилялися на користь Digital PDP-8. Варіант Honeywell був особливо привабливим, оскільки він мав інтерфейс вводу/виводу, спеціально призначений для роботи з системами реального часу, для таких додатків, як управління промисловими агрегатами. Для комунікацій, звичайно, була потрібна і відповідна точність - якщо комп'ютер пропускав вхідне повідомлення, будучи зайнятим іншою роботою, другого шансу зловити його вже не було.

До кінця року, серйозно поміркувавши над кандидатурою Raytheon, Робертс доручив це завдання зростаючій кембриджській фірмі, заснованій Болтом, Беранеком і Ньюманом. Фамільне дерево інтерактивних обчислень на той час було надзвичайно врослим, і за вибір BBN Робертса цілком можна було звинуватити в кумівстві. Ліклайдер привніс інтерактивні обчислення до BBN перед тим, як стати першим директором IPTO, посіяти насіння своєї міжгалактичної мережі та виховати таких людей, як Робертс. Без впливу Ліка ARPA та BBN не були б ні зацікавлені, ні здатні обслуговувати проект ARPANET. Більш того, ключова частина команди, зібраної BBN для створення мережі на основі IMP, прямо чи опосередковано прийшла з лабораторій Лінкольна: Френк Харт (керівник команди), Дейв Волден, Вілл Кроутер та Північний Орнштейн. Саме в лабораторіях сам Робертс був в аспірантурі, і саме там випадкове зіткнення Ліка з Вага Кларком породило його інтерес до інтерактивних комп'ютерів.

Але, хоча дана ситуація і могла виглядати змовою, насправді команда BBN так само була добре пристосована для роботи в реальному часі, як Honeywell 516. У Лінкольні вони працювали над комп'ютерами, підключеними до радарних систем – це ще один приклад застосування, в якому дані не чекатимуть, доки комп'ютер буде готовий. Харт, наприклад, працював над комп'ютером Whirlwind ще студентом у 1950-х, приєднався до проекту SAGE, і провів загалом 15 років у лабораторіях Лінкольна. Орнштейн працював над перехресним протоколом SAGE, який передавав дані з радарного відстеження з одного комп'ютера на інший, а пізніше над LINC Ваги Кларка, комп'ютером, розробленим для того, щоб допомагати вченим прямо в лабораторії, працюючи з даними в режимі онлайн. Кроутер, зараз найбільше відомий, як автор текстової гри Пригода колосальної печериПровів десять років за створенням систем реального часу, включаючи експериментальний термінал Лінкольна, мобільну станцію супутникового зв'язку з невеликим комп'ютером, що керував антеною і обробляв вхідні сигнали.

Команда IMP у BBN. Френк Харт – людина у центрі старшого віку. Орнштейн стоїть з правого краю, поряд із Кроутером.

IMP відповідав за розуміння та управління маршрутизацією та доставку повідомлень від одного комп'ютера до іншого. Комп'ютер міг відправити до 8000 байт за місцевому IMP, разом з адресою одержувача. Потім IMP нарізав повідомлення на дрібніші пакети, що незалежно передавались цільовому IMP, по лініях, що підтримували швидкість 50 кбіт/с, що орендується у AT&T. Отримуючий IMP збирав повідомлення шматочками і доставляв його своєму комп'ютеру. У кожному IMP зберігалася таблиця, де відстежувалося, хто з його сусідів мав найшвидший маршрут задля досягнення будь-якої можливої ​​мети. Вона динамічно оновлювалася на підставі інформації, одержуваної від цих сусідів, включаючи інформацію про те, що сусід недоступний (у разі чого затримка для відправлення в цьому напрямі вважалася нескінченною). Щоб вкластися у вимоги швидкості і пропускну здатність, висунуті Робертсом всім цих процесів обробки, команда Харта створила код лише на рівні твори мистецтва. Вся програма обробки IMP займала всього 12 000 байт; та частина, що займалася таблицями маршрутизації, займала лише 300.

Команда також прийняла кілька запобіжних заходів, враховуючи, що виділяти команду підтримки кожному IMP на місцях було непрактично.

По-перше, вони обладнали кожен комп'ютер пристроями для віддаленого відстеження та управління. Крім автоматичного перезапуску, який стартував після кожного відключення живлення, IMP було запрограмовано так, щоб мати можливість перезапускати сусідів, надсилаючи їм нові версії операційного програмного забезпечення. Щоб допомогти з налагодженням та аналізом, IMP міг по команді почати робити зліпки свого поточного стану через рівні проміжки часу. Також на кожен пакет IMP причеплював частину для його відстеження, що давало змогу писати детальніші журнали роботи. З усіма цими можливостями багато проблем можна було вирішувати безпосередньо з офісу BBN, який служив центром управління, з якого можна було бачити статус усієї мережі.

По-друге, вони запросили у Honeywell військову версію комп'ютера 516, обладнану товстим корпусом, який захищав його від вібрацій та інших загроз. BBN переважно хотіла зробити це знаком «тримайтеся подалі» для цікавих аспірантів, але при цьому ніщо так наочно не окреслювало кордон між місцевими комп'ютерами та підмережею, керованою BBN, як цей броньований корпус.

Перші посилені шафи розміром приблизно з холодильник прибули на місце в Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі (UCLA) 30 серпня 1969 року, лише через 8 місяців після того, як BBN отримала свій контракт.

РҐРѕСЃС,С <

Робертс вирішив розпочати мережу з чотирьох хостів – крім UCLA, IMP встановлять недалеко вгору узбережжям у Каліфорнійському університеті в Санта-Барбарі (UCSB), ще один у Стенфордському дослідному інституті (SRI) на півночі Каліфорнії, і останній – в Університеті Юти. Все це були другорозрядні інститути із Західного узбережжя, які намагалися якось виявити себе в галузі наукових обчислень. Сімейні зв'язки продовжували працювати, оскільки двоє з наукових керівників, Льон Клейнрок з UCLA та Айвен Сазерленд з університету Юти, також були старими колегами Робертса з лабораторій Лінкольна.

Двом хостам Робертс дав додаткові функції, пов'язані з мережею. Даг Енглебарт із SRI ще у 1967 році на зустрічі керівників зголосився підняти у себе мережевий інформаційний центр. Використовуючи складну систему отримання інформації в SRI, він зібрався створити телефонний довідник ARPANET: впорядковану добірку інформації по всіх ресурсах, доступних на різних вузлах, і дати доступ до неї всім учасникам мережі. Враховуючи досвід Клейнрока у галузі аналізу мережевого трафіку, Робертс призначив UCLA центром вимірювання активності мережі (NMC). Для Клейнрока та UCLA ARPANET мала стати не тільки практичним інструментом, але й експериментом, дані з якого можна було витягти та узагальнити, щоб застосувати отримані знання для покращення проекту мережі та її послідовників.

Але важливішим для розвитку ARPANET, ніж два ці призначення, стала більш неформальна та розмита спільнота аспірантів під назвою «мережева робоча група» (NWG). Підмережа з IMP дозволяла будь-якому хосту в мережі надійно доставити повідомлення будь-якому іншому; завданням NWG було розробити спільну мову чи набір мов, які хости могли використовувати для спілкування. Вони назвали їх "протоколами хостів". Назва «протокол», запозичена у дипломатів, вперше застосували до мереж у 1965 році Робертс і Том Марілл для опису як формату даних, так і алгоритмічних кроків, що визначають, як два комп'ютери спілкуються один з одним.

NWG під неформальним, але фактичним керівництвом Стіва Крокера з UCLA почала регулярно зустрічатися з весни 1969 року, десь за шість місяців до появи першого IMP. Крокер народився і виріс у районі Лос-Анджелеса, навчався у школі Ван Найса, будучи однолітком із двома своїми майбутніми колегами по NWG, Вінтом Серфом та Джоном Постелом. Для запису підсумків деяких зустрічей групи, Крокер розробив один із наріжних каменів культури ARPANET (і майбутнього інтернету), [request for comments]RFC). Його RFC 1, опублікований 7 квітня 1969 року, і поширений усім майбутнім вузлам ARPANET класичною поштою, зібрав ранні дискусії групи з приводу проектування програмного забезпечення для протоколу хостів. У RFC 3 Крокер продовжив опис, дуже розмито визначивши процес оформлення всіх майбутніх RFC:

Зауваження краще надсилати вчасно, ніж доводити до досконалості. Приймаються філософські думки без прикладів чи іншої специфіки, певні пропозиції чи технології впровадження без вступного опису чи контекстних роз'яснень, конкретні питання без спроб відповісти на них. Мінімальна довжина для нотатки від NWG становить одну пропозицію. Ми сподіваємося сприяти обміну думками та дискусіям щодо неофіційних ідей.

Як і request for quotation (запит котирувань) (RFQ), стандартний спосіб запиту ставок за урядовими контрактами, RFC вітав будь-яку реакцію, але, на відміну RFQ, ще й запрошував до діалогу. Кожен із розподіленої спільноти NWG міг подати RFC, і використати цю можливість, щоб подискутувати, поставити запитання або покритикувати попередню пропозицію. Звичайно, як у будь-якій спільноті, деякі думки ставилися вище за інших і в ранні дні думка Крокера та його основної групи соратників мала дуже великий авторитет. У липні 1971 року Крокер залишив UCLA, будучи ще аспірантом, щоб влаштуватися на посаду менеджера програми IPTO. Маючи у своєму розпорядженні ключові дослідні гранти від ARPA, він, мимоволі, мав незаперечний вплив.

Джон Постел, Стів Крокер та Гвинт Серф – однокласники та колеги з NWG; пізніші роки

Початковий план NWG передбачав введення двох протоколів. Віддалений логін (telnet) дозволяв одному комп'ютеру працювати як термінал, з'єднаний з операційною системою іншого, поширюючи інтерактивне середовище будь-якої системи, що входить до ARPANET, з поділом часу на тисячі кілометрів, до будь-якого користувача мережі. Протокол передачі файлів FTP дозволяв одному комп'ютеру передати файл, наприклад, корисну програму чи набір даних, на сховище інший чи з нього. Однак за наполяганням Робертса NWG додала третій базовий протокол в основу цих двох, що встановлює базове з'єднання між двома хостами. Його назвали програмою керування мережею (NCP). Тепер у мережі було три рівні абстракції – підмережа пакетів, керована IMP у самому низу, зв'язок між хостами, що забезпечується NCP у середині, та протоколи додатків (FTP та telnet) нагорі.

Невдача?

Тільки до серпня 1971 року NCP був повністю визначений і реалізований по всій мережі, яка на той момент складалася з п'ятнадцяти вузлів. Незабаром пішли реалізації протоколу telnet, а перше стабільне визначення FTP з'явилося через рік, влітку 1972. Якщо оцінити стан ARPANET на той період, через кілька років після того, як її вперше запустили, його можна було вважати невдачею, порівняно з мрією про поділ ресурсів, яку уявляв Ліклайдер і реалізував практично його протеже, Роберт Тейлор.

Для початку було просто важко з'ясувати, які ресурси існують у мережі, якими можна скористатися. Інформаційний центр мережі використав модель добровільної участі – кожен вузол мав сам постачати оновлену інформацію про наявність у нього даних та програм. І хоча від таких дій виграли б усі, кожен окремий вузл не мав сильної мотивації на рекламу своїх ресурсів та надання до них доступу, не кажучи вже про забезпечення актуальної документації чи консультацій. Тому NIC не вдалося стати мережевим довідником. Ймовірно, найважливішою її функцією в ранні роки було забезпечити електронне розміщення зростаючого набору RFC.

Навіть якщо, припустимо, Аліса з UCLA знала про наявність корисного ресурсу в MIT, виникала серйозніша перешкода. Telnet допускав Алісу до екрану з логіном у MIT, але не далі. Щоб Аліса могла реально отримати доступ до якоїсь програми в MIT, їй потрібно було спочатку домовитися з MIT в офлайні, щоб ті завели їй обліковий запис на їхньому комп'ютері, що зазвичай вимагало заповнення паперових форм в обох інститутах та договору про фінансування для оплати за Використання комп'ютерних ресурсів MIT. А через несумісність між обладнанням та системним ПЗ між вузлами передача файлів часто не мала особливого сенсу, оскільки ви не могли виконувати програми з віддалених комп'ютерів на своєму.

Іронічно, що найбільший успіх поділу ресурсів лежав над області інтерактивного поділу часу, заради якого було створено ARPANET, а області старомодної неінтерактивної обробки даних. UCLA додала свою машину IBM 360/91, що простоювала, для пакетної обробки даних у мережу, і забезпечувала телефонні консультації для підтримки віддалених користувачів, що дало значний дохід комп'ютерному центру. Суперкомп'ютер ILLIAC IV з університету Іллінойсу, спонсорований ARPA, та Datacomputer у Computer Corporation of America у Кембриджі також знайшли собі віддалених клієнтів через ARPANET.

Але всі ці проекти близько не підійшли до повноцінного використання мережі. Восени 1971 року, маючи 15 хостів в онлайні, мережа в цілому передавала через кожен вузол в середньому по 45 млн біт, або 520 біт/с по мережі з ліній, що орендуються у AT&T ліній з пропускною здатністю 50 000 біт/с. Більш того, більша частина цього трафіку була перевірочною і генерувалася центром вимірювання мережі з UCLA. Крім ентузіазму деяких перших користувачів (наприклад, Стіва Кара, що щодня користувався PDP-10, що знаходився в університеті Юти, з Пало-Альто), в ARPANET мало що відбувалося. З сучасної точки зору, можливо, найцікавішою подією став запуск цифрової бібліотеки «Проект Гуттенберг» у грудні 1971 року, організований Майклом Хартом, студентом університету Іллінойсу.

Але незабаром ARPANET врятував від звинувачень у загниванні третій прикладний протокол – невелика штучка під назвою email.

Що ще почитати

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

Джерело: habr.com