Інші статті циклу:
- Історія реле
- Історія електронних комп'ютерів
- Історія транзистора
- Історія Інтернету
У першій половині 1970-х екологія комп'ютерних мереж відійшла від свого предка ARPANET і розрослася в кілька різних вимірів. Користувачі ARPANET виявили нову програму, електронну пошту, яка стала основною активністю в мережі. Підприємці випускали свої варіанти ARPANET обслуговування комерційних користувачів. Дослідники по всьому світу від Гаваїв до Європи розробляли нові типи мереж для задоволення потреб або виправлення помилок, не врахованих ARPANET.
Майже всі учасники цього процесу відійшли від спочатку визначеної мети ARPANET – забезпечити загальний доступ до обчислювальних машин та програм для різношерстого спектра дослідницьких центрів, у кожного з яких були власні особливі ресурси. Комп'ютерні мережі стали в першу чергу засобом об'єднання людей один з одним або з віддаленими системами, що служили джерелом або сміттєзвалищем людини, наприклад, з інформаційними базами даних або принтерами.
Цю можливість передбачали Ліклайдер та Роберт Тейлор, хоча не цієї мети вони намагалися досягти, запускаючи перші мережеві експерименти. В їх статті від 1968 року «Комп'ютер як пристрій зв'язку» відсутня енергія та позачасова якість пророчої віхи в історії комп'ютерів, які можна знайти у статтях Венівара Буша» або Тьюринга «Обчислювальні машини та інтелект». Тим не менш, вона містить пророчий фрагмент щодо тканини соціальної взаємодії, що сплітається комп'ютерними системами. Ліклайдер та Тейлор описали недалеке майбутнє, в якому:
Ви не надсилатимете листи або телеграми; ви просто визначатимете людей, чиї файли потрібно зв'язати з вашими, і з якими частинами файлів їх потрібно пов'язувати, і, можливо, визначати коефіцієнт терміновості. Ви рідко дзвонитимете по телефону, ви попросите мережу зв'язати ваші консолі.
У мережі будуть доступні функції та сервіси, на які ви оформлятимете підписку, та інші послуги, якими ви користуватиметеся за потребою. До першої групи увійдуть консультації з інвестицій та податків, відбір інформації з вашої галузі діяльності, оголошення про культурні, спортивні та розважальні події, що відповідають вашим інтересам, тощо.
(Щоправда, також у їхній статті було описано, як на планеті зникне безробіття, оскільки у результаті всі люди стануть програмістами, які обслуговуватимуть потреби мережі, і займатимуться інтерактивним налагодженням програм.)
Перший і найбільш важливий компонент цього керованого комп'ютерами майбутнього – електронна пошта – поширилася на кшталт вірусу по ARPANET у 1970-х, почавши захоплювати весь світ.
Електронна адреса
Щоб зрозуміти, як розвивалася в ARPANET електронна пошта, спочатку потрібно зрозуміти, яка важлива зміна захопила обчислювальні системи всієї мережі на початку 1970-х. Коли ARPANET вперше замислювали в середині 1960-х, обладнання та керуючі програми, що стояли на кожній з точок, практично не мали нічого спільного. Багато точок концентрувалися на спеціальних, що у єдиному екземплярі системах, наприклад, Multics в MIT, TX-2 в лабораторії Лінкольна, ILLIAC IV, що будувався в Іллінойському університеті.
Але вже до 1973 року ландшафт комп'ютерних систем, приєднаних до мережі, набув значної одноманітності завдяки шаленому успіху компанії Digital Equipment Corporation (DEC) та її проникненню на ринок наукових обчислень (це було дітище Кена Ольсена та Харлана Андерсона, засноване на їхньому досвіді роботи з TX-2 у лабораторії Лінкольна). DEC розробила мейнфрейм , що вийшов у 1968 і забезпечував надійну роботу поділу часу для невеликих організацій, надаючи цілий набір інструментів та мов програмування, вбудованих у нього спрощення підстроювання системи під конкретні потреби. Саме це й потрібно було науковим центрам та дослідницьким лабораторіям того часу.
Подивіться, скільки тут є PDP!
Компанія BBN, що відповідала за підтримку ARPANET, зробила цей комплект ще більш привабливим, створивши операційну систему Tenex, яка додала віртуальну сторінку пам'яті в PDP-10. Це серйозно спростило керування та використання системи, оскільки більше не потрібно було підганяти набір запущених програм до доступного обсягу пам'яті. BNN постачала Tenex безкоштовно на інші вузли ARPA, і невдовзі ця ОС стала домінуючою в мережі.
Але як усе це пов'язано з емейлом? Користувачі систем із поділом часу вже були знайомі з електронними повідомленнями, оскільки до кінця 1960-х більшість із цих систем надавали поштові скриньки того чи іншого роду. Вони забезпечували певний вид внутрішньої пошти, і листами могли обмінюватися лише користувачі системи. Першою людиною, яка скористалася перевагами наявності мережі для передачі пошти з однієї машини на іншу, став Рей Томлінсон, інженер з BBN та один з авторів Tenex. Він уже написав програму SNDMSG для надсилання пошти іншому користувачу тієї ж системи Tenex, і програму CPYNET для відправки файлів по мережі. Залишалося лише трохи включити уяву, і він зміг побачити, як скомбінувати ці дві програми для створення мережної пошти. У попередніх програмах для позначення одержувача потрібно тільки ім'я користувача, тому Томлінсон придумав комбінувати ім'я місцевого користувача та назву хоста (місцевого або віддаленого), з'єднуючи їх символом @, і отримуючи унікальну для всієї мережі адресу емейл (перш за символ @ використовували рідко, в основному для позначення цін: 4 тістечка @ $2 за штуку).
Рей Томлінсон у пізні роки, на тлі його характерного знака @
Томлінсон почав тестувати свою нову програму локально в 1971 році, а в 1972 його мережева версія SNDMSG увійшла до нового релізу Tenex, і в результаті чого пошта Tenex змогла вирватися за рамки одного вузла і поширитися по всій мережі. Велика кількість машин під управлінням Tenex дало доступ до гібридної програми Томлінсона відразу більшої частини користувачів ARPANET, і емейл негайно здобув успіх. Досить швидко керівники ARPA включили використання емейлу у повсякденне життя. Стівен Лукасік, директор ARPA, був одним із перших користувачів, як і Ларрі Робертс, який все ще був головою відділу інформатики в агентстві. Ця звичка неминуче перейшла і до їх підлеглих, і незабаром емейл став одним із базових фактів життя та культури ARPANET.
Поштова програма Томлінсона породила безліч різних імітацій та нових розробок, оскільки користувачі шукали способи покращити її рудиментарну функціональність. Більшість перших інновацій концентрувалася на виправленні недоліків програми для читання листів. Коли пошта вийшла межі єдиного комп'ютера, обсяг одержуваних активними користувачами листів почав зростати разом із зростанням мережі, і традиційний підхід до вхідних листів як до простого тексту перестав бути ефективним. Сам Ларрі Робертс, не справляючись зі шквалом вхідних повідомлень, написав власну програму для роботи з папкою "вхідні" під назвою RD. Але до середини 1970-х з великим відривом за популярністю лідирувала програма MSG, написана Джоном Вітталом із Південно-Каліфорнійського університету. Можливість натискання кнопки автоматично заповнювати поля назви та одержувача вихідного повідомлення на основі вхідного ми приймаємо за даність. Однак саме програма MSG Вітала вперше надала цю дивовижну можливість «відповісти» на листа у 1975 році; і вона також входила в набір програм для Tenex.
Різноманітність подібних спроб вимагала запровадити стандарти. І це було першим, але далеко не останнім випадком, коли мережевій комп'ютерній спільноті довелося розробляти стандарти заднім числом. На відміну від базових протоколів ARPANET до появи будь-яких стандартів для емейла в природі вже існувало безліч варіантів. Неминуче з'явилися суперечності та політичні тертя, що сконцентрувалися на головних документах, що описували стандарт емейлу, RFC 680 і 720. Зокрема, користувачі ОС, відмінних від Tenex, роздратовано обурювалися тим, що припущення, що зустрічаються в пропозиціях, були прив'язані до особливостей Ten. Конфлікт ніколи не розгорявся надто сильно – всі користувачі ARPANET у 1970-х були все ще частиною однієї відносно невеликої наукової спільноти, та й розбіжності були не такими вже великими. Однак це був приклад майбутніх битв.
Несподіваний успіх емейлу став найважливішою подією у розвитку програмного шару мережі в 1970-х – найбільш відверненого від фізичних деталей мережі шару. У той же час інші люди зважилися перевизначити основний шар зв'язку, в якому біти перетікали від однієї машини до іншої.
АЛОГА
1968 року до Гавайського університету з Каліфорнії прибув Норма Абрамсон, щоб заступити на суміщену посаду професора з електротехніки та інформатики. У його університеті був основний кампус на Оаху та додатковий у Хіло, а також кілька громадських коледжів та дослідницьких центрів, розкиданих по островах Оаху, Кауаї, Мауї та Гаваї. Між ними пролягали сотні кілометрів води та гористої місцевості. На основному кампусі працював потужний IBM 360/65, проте замовити у AT&T виділену лінію, що з'єднує з ним термінал, розташований в одному із громадських коледжів, було не такою легкою справою, як на материку.
Абрамсон був експертом з радарних систем та теорії інформації, і у свій час працював інженером у компанії Hughes Aircraft в Лос-Анджелесі. І його нове оточення, з усіма його фізичними проблемами, пов'язаними з провідною передачею даних, надихнуло Абрамсона на нову ідею – що якщо радіо буде кращим способом з'єднання комп'ютерів, ніж телефонна система, яку, врешті-решт, розробляли для передачі голосу, а не даних?
Для перевірки своєї ідеї та створення системи, названої ним ALOHAnet, Абрамсон отримав фінансування у Боба Тейлора з ARPA. У початковому вигляді це була взагалі комп'ютерна мережу, а середовище зв'язку віддалених терміналів з єдиною системою поділу часу, розробленої комп'ютера IBM, що у кампусі Оаху. Як і в ARPANET, у неї був виділений міні-комп'ютер для обробки пакетів, отриманих та надісланих машиною 360/65 – Menehune, гавайський еквівалент IMP. Однак ALOHAnet не ускладнювала собі життя маршрутизацією пакетів між різними точками, яке використовувалося в ARPANET. Натомість кожен термінал, який бажав надіслати повідомлення, просто відправляв його в ефір на виділеній частоті.
Повністю розгорнута ALOHAnet наприкінці 1970-х, з кількома комп'ютерами у мережі
Традиційним інженерним способом обробляти подібну загальну смугу передач було порізати її на ділянки з поділом часу мовлення чи частот, і виділити кожному терміналу дільниці. Але для обробки повідомлень від сотень терміналів за такою схемою довелося б обмежити кожен з них малою часткою доступної пропускної спроможності, при тому, що реально в режимі роботи могли бути лише кілька з них. Але натомість Абрамсон вирішив ніяк не заважати терміналам надсилати повідомлення одночасно. Якщо два і більше повідомлень накладалися один на одного, центральний комп'ютер виявляв це завдяки кодам корекції помилок і просто не приймав ці пакети. Не отримавши підтвердження в отриманні пакетів, відправники намагалися відправляти їх знову після випадкової кількості часу. Абрамсон підрахував, що такий простий протокол роботи зможе підтримувати до кількох сотень терміналів, що одночасно працюють, а через численні накладення сигналів утилізовано буде 15% пропускної спроможності смуги. Однак за його обчисленнями виходило, що зі збільшенням мережі вся система впаде в хаос шуму.
Офіс майбутнього
Концепція «пакетного широкомовлення» Абрамсона спочатку не викликала галасу. Але потім вона народилася заново через кілька років, і вже на материку. Це було пов'язано з новим дослідницьким центром у Пало-Альто компанії Xerox (PARC), що відкрився 1970-го прямо поряд зі Стенфордським університетом, у районі, який незадовго до цього прозвали «Кремнієвою долиною». Деякі патенти Xerox по ксерографії ось-ось мали закінчитися, тому компанія ризикувала потрапити в пастку власного успіху, не адаптуючись через небажання або неможливість до розквіту обчислювальної техніки та інтегральних схем. Джек Голдман, голова дослідницького відділу Xerox, переконав великих босів, що нова лабораторія – відокремлена від впливу штаб-квартири, влаштована у комфортабельному кліматі, з добрими зарплатами – приверне талант, необхідний для того, щоб компанія залишалася на передньому краї прогресу, розробляючи інформаційну архітектуру. майбутнього.
PARC безперечно досяг успіху в питанні залучення найкращих талантів з галузі інформатики, і не тільки через умови роботи та щедру зарплату, а й завдяки присутності Роберта Тейлора, який у 1966-му запустив проект ARPANET, будучи головою відділу ARPA з технології обробки інформації. Запальний і амбітний молодий інженер і фахівець з інформатики з Брукліна був одним з тих, хто потрапив до PARC завдяки зв'язкам з ARPA. Він приєднався до лабораторії у червні 1972 року після того, як аспірантом працював на півставки для ARPA, винаходячи інтерфейс для з'єднання MIT з мережею. Влаштувавшись у PARC, він все одно залишився «посередником» ARPANET – їздив країною, допомагав приєднувати до мережі нові точки, а також готуватися до презентації ARPA на міжнародній конференції з комп'ютерного зв'язку 1972 року.
Серед проектів, що курсували в PARC на момент прибуття Меткалфа, був запропонований Тейлором план приєднання десятків, або навіть сотень дрібних комп'ютерів до мережі. Рік за роком вартість та розміри комп'ютерів падали, підкоряючись неприборканій волі . Інженери, що дивляться в майбутнє, з PARC передбачали, що в не дуже далекому майбутньому у кожного офісного працівника буде свій власний комп'ютер. У рамках цієї ідеї вони розробили та створили персональний комп'ютер Alto, копії якого роздали кожному досліднику у лабораторії. Тейлор, який за попередні п'ять років тільки зміцнився у своїй вірі у корисність комп'ютерної мережі, теж хотів пов'язати всі ці комп'ютери разом.
Альто. Сам комп'ютер знаходиться знизу, у шафці розміром із міні-холодильник.
Прибувши в PARC, Меткалф взяв на себе завдання підключення клону PDP-10, що належав лабораторії, до ARPANET, і швидко заробив репутацію «мережі». Тому коли Тейлору знадобилася мережа Alto, його помічники звернулися до Меткалфу. Як і комп'ютерам в ARPANET, комп'ютерам Alto у PARC практично не було чого сказати один одному. Тому цікавим застосуванням мережі знову стало завдання здійснення спілкування людей – у разі, як слів і зображень, друкуваних лазером.
Ключова ідея лазерного принтера з'явилася не в PARC, а на східному березі в початковій лабораторії Xerox у Вебстері, Нью-Йорк. Тамтешній фізик Гері Старкуезер довів, що когерентний лазерний промінь можна використовувати для деактивації електричного заряду ксерографічного барабана, так само, як і розсіяне світло, яке використовувалося у фотокопії до того моменту. Промінь, будучи правильно модульованим, може малювати зображення довільної деталізації на барабані, яке можна переносити на папір (оскільки тільки незаряджені частини барабана захоплюють тонер). Така машина під керуванням комп'ютера зможе видавати будь-які комбінації зображень та тексту, які тільки спадають на думку людині, а не просто відтворювати існуючі документи, як фотокопіювальний апарат. Однак дикі ідеї Старкуезера не отримали підтримки ні у його колег, ні у його начальства у Вебстері, тому він перевівся в PARC 1971-го, де зустрівся з більш зацікавленою аудиторією. Можливість лазерного принтера виводити довільні зображення зробила його ідеальним партнером для робочої станції Alto, з її піксельною монохромною графікою. За допомогою лазерного принтера півмільйона пікселів на дисплеї користувача можна було безпосередньо вивести на папір з ідеальною чіткістю.
Бітове зображення на Alto. Нічого подібного на екранах комп'ютерів раніше ніхто не бачив.
Приблизно за рік Старкуезер, заручившись допомогою ще кількох інженерів з PARC, усунув основні технічні проблеми, і побудував робочий прототип лазерного принтера на шасі робочої конячки Xerox 7000. на дюйм. Генератор символів, вбудований у принтер, друкував текст встановленими шрифтами. Довільні зображення (відмінні від тих, що можна було створити зі шрифтів) поки що не підтримувалися, тому мережі не потрібно було передавати 500 млн біт на секунду для принтера. Тим не менш, для того, щоб повністю зайняти принтер, знадобилася б неймовірна для тих часів пропускна спроможність мережі - коли 25 50 біт за секунду були межею можливостей ARPANET.
Лазерний принтер PARC другого покоління, Dover (1976)
Мережа Alto Aloha
І як же Меткалф зміг заповнити цей розрив у швидкості? Ось ми й повернулися до ALOHAnet – виявилося, що Меткалф краще за будь-кого розбирався в пакетному широкомовленні. За рік до цього, влітку, перебуваючи у Вашингтоні разом зі Стівом Крокером у справах ARPA, Меткалф вивчав матеріали спільної осінньої комп'ютерної конференції, і натрапив там на роботу Абрамсона з ALOHAnet. Він відразу ж зрозумів геніальність базової ідеї, і те, що її реалізація була недостатньо гарною. Внісши деякі зміни в алгоритм та його припущення – наприклад, зробивши так, щоб відправники спочатку слухали ефір, очікуючи на очищення каналу, перед тим, як намагатися надсилати повідомлення, а також експоненційно збільшували інтервал повторної передачі у разі забитого каналу – він міг добитися утилізації пропускної лінії на 90%, а не на 15%, як виходило з розрахунків Абрамсона. Меткалф узяв невелику відпустку, з'їздив на Гаваї, де включив свої ідеї з приводу ALOHAnet у перероблений варіант своєї докторської, після того, як Гарвард відхилив її початкову версію через теоретичну базу.
Спочатку Меткалф назвав свій план щодо впровадження пакетного широкомовлення в PARC «мережею ALTO ALOHA». Потім у доповідній записці від травня 1973 він перейменував її в Ether Net [ефірна мережа], з посиланням до світлоносного ефіру, фізичної ідеї XIX століття про субстанцію, що переносить електромагнітне випромінювання. «Це сприятиме поширенню мережі, — писав він, — і хто знає, які ще способи передачі сигналу виявляться кращими за кабель для широкомовної мережі; можливо, це будуть радіохвилі, або телефонні дроти, або живлення, або кабельне телебачення з частотним ущільненням, або мікрохвилі, або їх комбінації».
Малюнок з доповідної записки Меткалфа 1973
З червня 1973 Меткалф працював з іншим інженером з PARC, Девідом Боггсом, над втіленням своєї теоретичної концепції нової високошвидкісної мережі в працюючу систему. Замість передачі сигналів повітрям, як у ALOHA, він обмежував радіоспектр коаксіальним кабелем, що кардинально збільшувало пропускну здатність порівняно з обмеженою смугою радіочастот у Menehune. Саме передавальне середовище було повністю пасивним, і не вимагало жодних маршрутизаторів для роутингу повідомлень. Вона була дешевою, і дозволяла з легкістю підключити сотні робочих станцій – інженери PARC просто провели коаксіальний кабель через будівлю, та додавали підключення до неї за потребою – а також була здатна пропускати три мільйони біт на секунду.
Роберт Меткалф і Девід Боггс, 1980-ті, через кілька років після того, як Меткалф заснував 3Com для продажу технології Ethernet
До осені 1974 року в Пало-Альто був розгорнутий і працював закінчений прототип офісу майбутнього – перша партія комп'ютерів Alto, з програмами для малювання, емейлом та текстовими процесорами, прототипом принтера від Старкуезера та мережею Ethernet для об'єднання всього цього мережу. Центральний файловий сервер, який зберігав дані, які не помістилися на локальному диску Alto, був єдиним загальним ресурсом. Спочатку PARC пропонувала контролер Ethernet як додатковий аксесуар для Alto, але коли систему запустили, зрозуміли, що він був необхідною частиною; по коаксіалу пішов постійний потік повідомлень, багато з яких виходили з принтера - технічні звіти, доповідні записки або наукові роботи.
Одночасно з розробками для Alto, ще один проект із PARC спробував просунути у новому напрямку ідеї щодо поділу ресурсів. "Онлайнова офісна система PARC" (POLOS), розроблена та впроваджена Біллом Інглішем та іншими втікачами з проекту Дуга Енгельбарта "Онлайнова система" (NLS) Стенфордського дослідницького інституту, складалася з мережі мікрокомп'ютерів Data General Nova. Але замість того, щоб присвятити кожну окрему машину певним потребам користувача, у POLOS робота передавалася між ними, щоб служити інтересам системи загалом найефективнішим чином. Одна машина могла займатися генерацією зображень для екранів користувачів, інша обробляти трафік ARPANET, третя текстовими процесорами. Але складність і витрати на координацію в такому підході виявилися надмірними, і схема впала під власною вагою.
А тим часом ніщо інше не показувало емоційне відторгнення Тейлором підходу до мережі з поділом ресурсів краще, ніж його ухвалення проекту Alto. Алан Кей, Батлер Лемпсон та інші автори Alto принесли всю обчислювальну потужність, яка може знадобитися користувачеві, на його незалежний комп'ютер на столі, яким він не мав ні з ким ділитися. Функцією мережі було забезпечення доступу до різнорідного набору комп'ютерних ресурсів, а передача повідомлень між цими незалежними островами, чи зберігання їх у якомусь далекому березі – для роздруківки чи довгострокового архівування.
Хоча і емейл, і ALOHA були розроблені під заступництвом ARPA, поява Ethernet стала однією з кількох ознак, що з'явилися в 1970-х, що комп'ютерні мережі стали занадто великими і різноманітними для того, щоб на цій ниві могла домінувати одна компанія, і цю тенденцію ми відстежимо у наступній статті.
Що ще почитати
- Michael Hiltzik, Dealers of Lightning (1999)
- James Pelty, The History of Computer Communications, 1968-1988 (2007) [http://www.historyofcomputercommunications.info/]
- M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine (2001)
Джерело: habr.com