Sơ đồ mạng máy tính ARPA tháng 1967 năm XNUMX. Vòng tròn trống là máy tính có quyền truy cập chung, vòng tròn có một đường là thiết bị đầu cuối cho một người dùng
Các bài viết khác trong sê-ri:
- Lịch sử của rơle
- Lịch sử máy tính điện tử
- Lịch sử của bóng bán dẫn
- lịch sử Internet
Đến cuối năm 1966 bằng tiền ARPA, anh ấy đã khởi động dự án kết nối nhiều máy tính thành một hệ thống duy nhất, lấy cảm hứng từ ý tưởng “» .
Taylor đã chuyển giao trách nhiệm thực hiện dự án cho những người có năng lực . Trong năm tiếp theo, Roberts đã đưa ra một số quyết định quan trọng có ảnh hưởng xuyên suốt kiến trúc và văn hóa kỹ thuật của ARPANET cũng như các phiên bản kế nhiệm của nó, trong một số trường hợp là trong nhiều thập kỷ tới. Quyết định quan trọng đầu tiên, mặc dù không theo trình tự thời gian, là việc xác định cơ chế định tuyến tin nhắn từ máy tính này sang máy tính khác.
vấn đề
Nếu máy tính A muốn gửi tin nhắn đến máy tính B, làm thế nào tin nhắn đó có thể truyền từ máy tính này sang máy tính khác? Về lý thuyết, bạn có thể cho phép mọi nút trong mạng truyền thông giao tiếp với mọi nút khác bằng cách kết nối từng nút với mọi nút bằng cáp vật lý. Để liên lạc với B, máy tính A sẽ chỉ cần gửi tin nhắn dọc theo cáp đi kết nối nó với B. Mạng như vậy được gọi là mạng lưới. Tuy nhiên, đối với bất kỳ quy mô mạng đáng kể nào, cách tiếp cận này nhanh chóng trở nên không thực tế khi số lượng kết nối tăng theo bình phương của số nút (chính xác là (n2 - n)/2).
Do đó, cần phải có một số cách xây dựng tuyến tin nhắn để khi tin nhắn đến nút trung gian, nó sẽ gửi nó đi xa hơn đến đích. Vào đầu những năm 1960, có hai cách tiếp cận cơ bản để giải quyết vấn đề này. Đầu tiên là phương pháp lưu trữ và chuyển tiếp tin nhắn. Cách tiếp cận này đã được sử dụng bởi hệ thống điện báo. Khi một tin nhắn đến nút trung gian, nó được lưu trữ tạm thời ở đó (thường ở dạng băng giấy) cho đến khi nó có thể được truyền đi xa hơn đến mục tiêu hoặc đến một trung tâm trung gian khác nằm gần mục tiêu hơn.
Sau đó, điện thoại xuất hiện và cần phải có một cách tiếp cận mới. Độ trễ vài phút sau mỗi lời nói qua điện thoại, vốn phải được giải mã và truyền đến đích, sẽ mang lại cảm giác như một cuộc trò chuyện với người đối thoại ở trên Sao Hỏa. Thay vào đó, điện thoại sử dụng chuyển mạch. Người gọi bắt đầu mỗi cuộc gọi bằng cách gửi một tin nhắn đặc biệt cho biết người mà anh ta muốn gọi. Đầu tiên, họ thực hiện việc này bằng cách nói chuyện với tổng đài, sau đó quay số, số này được xử lý bằng thiết bị tự động trên tổng đài. Nhà điều hành hoặc thiết bị đã thiết lập kết nối điện chuyên dụng giữa người gọi và bên được gọi. Trong trường hợp cuộc gọi đường dài, việc này có thể yêu cầu lặp lại nhiều lần để kết nối cuộc gọi thông qua nhiều bộ chuyển mạch. Sau khi kết nối được thiết lập, cuộc trò chuyện có thể bắt đầu và kết nối vẫn được duy trì cho đến khi một trong các bên làm gián đoạn cuộc trò chuyện bằng cách gác máy.
Giao tiếp kỹ thuật số, được quyết định sử dụng trong ARPANET để kết nối các máy tính hoạt động theo sơ đồ , sử dụng các tính năng của cả điện báo và điện thoại. Một mặt, các thông điệp dữ liệu được truyền theo các gói riêng biệt, như trên điện báo, thay vì dưới dạng các cuộc trò chuyện liên tục trên điện thoại. Tuy nhiên, những thông báo này có thể có kích thước khác nhau cho các mục đích khác nhau, từ các lệnh trên bảng điều khiển có độ dài vài ký tự cho đến các tệp dữ liệu lớn được truyền từ máy tính này sang máy tính khác. Nếu các tập tin bị trì hoãn trong quá trình vận chuyển thì không ai phàn nàn về điều đó. Nhưng khả năng tương tác từ xa đòi hỏi phản hồi nhanh chóng, giống như một cuộc gọi điện thoại.
Một điểm khác biệt quan trọng giữa mạng dữ liệu máy tính với điện thoại và điện báo là độ nhạy cảm với các lỗi trong dữ liệu được máy xử lý. Một sự thay đổi hoặc mất mát trong quá trình truyền một ký tự trong một bức điện hoặc sự biến mất của một phần từ trong cuộc trò chuyện qua điện thoại khó có thể làm gián đoạn nghiêm trọng quá trình giao tiếp của hai người. Nhưng nếu nhiễu trên đường dây chuyển một bit từ 0 sang 1 trong lệnh được gửi tới máy tính từ xa, nó có thể thay đổi hoàn toàn ý nghĩa của lệnh. Do đó, mỗi tin nhắn phải được kiểm tra lỗi và gửi lại nếu tìm thấy. Việc phát lại như vậy sẽ quá tốn kém đối với những tin nhắn lớn và có nhiều khả năng gây ra lỗi hơn vì chúng mất nhiều thời gian hơn để truyền tải.
Lời giải cho vấn đề này đến từ hai sự kiện độc lập xảy ra vào năm 1960, nhưng sự kiện xảy ra sau đó được Larry Roberts và ARPA chú ý đầu tiên.
Cuộc họp
Vào mùa thu năm 1967, Roberts đến Gatlinburg, Tennessee, từ bên ngoài những đỉnh núi có rừng của Dãy núi Great Smoky, để cung cấp một tài liệu mô tả các kế hoạch mạng lưới của ARPA. Anh đã làm việc tại Văn phòng Công nghệ Xử lý Thông tin (IPTO) được gần một năm nhưng nhiều chi tiết của dự án mạng vẫn còn rất mơ hồ, trong đó có giải pháp cho vấn đề định tuyến. Ngoài những đề cập mơ hồ về các khối và kích thước của chúng, đề cập duy nhất đến nó trong tác phẩm của Roberts là một nhận xét ngắn gọn và lảng tránh ở cuối: “Có vẻ cần thiết phải duy trì một đường dây liên lạc được sử dụng không liên tục để nhận được phản hồi trong vòng 1965/XNUMX đến XNUMX”. lần thứ hai cần thiết cho hoạt động tương tác. Điều này rất tốn kém về mặt tài nguyên mạng và trừ khi chúng ta có thể thực hiện cuộc gọi nhanh hơn, việc chuyển đổi và tập trung tin nhắn sẽ trở nên rất quan trọng đối với những người tham gia mạng ”. Rõ ràng, vào thời điểm đó, Roberts vẫn chưa quyết định có nên từ bỏ phương pháp mà ông đã sử dụng với Tom Marrill vào năm XNUMX, đó là kết nối các máy tính thông qua mạng điện thoại chuyển mạch bằng cách sử dụng quay số tự động.
Thật trùng hợp, cũng tại hội nghị chuyên đề đó, một người khác cũng có mặt với ý tưởng hay hơn nhiều để giải quyết vấn đề định tuyến trong mạng dữ liệu. Roger Scantlebury vượt Đại Tây Dương, đến từ Phòng thí nghiệm Vật lý Quốc gia Anh (NPL) với một báo cáo. Scantlebury kéo Roberts sang một bên sau bản báo cáo của anh ấy và nói với anh ấy về ý tưởng của mình. . Công nghệ này được phát triển bởi ông chủ của ông tại NPL, Donald Davis. Tại Hoa Kỳ, những thành tựu và lịch sử của Davis ít được biết đến, mặc dù vào mùa thu năm 1967, nhóm của Davis tại NPL đã đi trước ARPA ít nhất một năm về những ý tưởng của mình.
Davis, giống như nhiều người tiên phong đầu tiên trong lĩnh vực điện toán điện tử, là một nhà vật lý được đào tạo bài bản. Ông tốt nghiệp trường Imperial College London năm 1943 ở tuổi 19 và ngay lập tức được tuyển vào một chương trình vũ khí hạt nhân bí mật có mật danh. . Ở đó, ông giám sát một nhóm người sử dụng máy tính cơ và điện để nhanh chóng tạo ra các giải pháp số cho các vấn đề liên quan đến phản ứng tổng hợp hạt nhân (người giám sát của ông là , một nhà vật lý người Đức ở nước ngoài, người vào thời điểm đó đã bắt đầu chuyển bí mật về vũ khí hạt nhân cho Liên Xô). Sau chiến tranh, ông nghe nhà toán học John Womersley nói về một dự án mà ông đang chỉ đạo tại NPL - đó là việc tạo ra một máy tính điện tử được cho là có thể thực hiện các phép tính tương tự ở tốc độ cao hơn nhiều. được gọi là ACE, "công cụ tính toán tự động".
Davis nảy ra ý tưởng và ký hợp đồng với NPL nhanh nhất có thể. Sau khi đóng góp vào việc thiết kế và xây dựng chi tiết máy tính ACE, ông vẫn tham gia sâu vào lĩnh vực máy tính với tư cách là trưởng nhóm nghiên cứu tại NPL. Năm 1965, tình cờ ông có mặt ở Mỹ để tham dự một cuộc họp chuyên môn liên quan đến công việc của mình và tận dụng cơ hội này để truy cập một số trang máy tính chia sẻ thời gian lớn để xem tất cả những ồn ào đó là gì. Trong môi trường điện toán của Anh, việc chia sẻ thời gian theo nghĩa của Mỹ là chia sẻ tương tác máy tính giữa nhiều người dùng vẫn chưa được biết đến. Thay vào đó, chia sẻ thời gian có nghĩa là phân phối khối lượng công việc của máy tính cho một số chương trình xử lý hàng loạt (để chẳng hạn, một chương trình sẽ hoạt động trong khi chương trình khác đang bận đọc băng). Khi đó tùy chọn này sẽ được gọi là đa chương trình.
Những chuyến lang thang của Davis đã đưa anh đến với Dự án MAC tại MIT, Dự án JOSS tại Tập đoàn RAND ở California và Hệ thống chia sẻ thời gian Dartmouth ở New Hampshire. Trên đường về nhà, một đồng nghiệp của anh đề nghị tổ chức một buổi hội thảo chia sẻ để giáo dục cộng đồng người Anh về những công nghệ mới mà họ đã học được ở Mỹ. Davis đồng ý và tiếp đón nhiều nhân vật hàng đầu trong lĩnh vực điện toán của Mỹ, bao gồm cả (người tạo ra “Hệ thống chia sẻ thời gian có thể tương tác” tại MIT) và chính Larry Roberts.
Trong buổi hội thảo (hoặc có lẽ ngay sau đó), Davis bị ấn tượng bởi ý tưởng rằng triết lý chia sẻ thời gian có thể được áp dụng cho các đường truyền thông tin máy tính chứ không chỉ cho bản thân các máy tính. Máy tính chia sẻ thời gian cung cấp cho mỗi người dùng một đoạn thời gian CPU nhỏ và sau đó chuyển sang máy tính khác, tạo cho mỗi người dùng ảo tưởng rằng họ có máy tính tương tác của riêng mình. Tương tự như vậy, bằng cách cắt mỗi tin nhắn thành các phần có kích thước tiêu chuẩn mà Davis gọi là “gói”, một kênh liên lạc duy nhất có thể được chia sẻ giữa nhiều máy tính hoặc người dùng của một máy tính. Hơn nữa, nó sẽ giải quyết tất cả các khía cạnh của việc truyền dữ liệu mà các thiết bị chuyển mạch điện thoại và điện báo không phù hợp. Người dùng vận hành thiết bị đầu cuối tương tác gửi lệnh ngắn và nhận phản hồi ngắn sẽ không bị chặn khi truyền tệp lớn vì quá trình truyền sẽ được chia thành nhiều gói. Bất kỳ sai sót nào trong các tin nhắn lớn như vậy sẽ ảnh hưởng đến một gói duy nhất, gói này có thể dễ dàng được truyền lại để hoàn thành tin nhắn.
Davis mô tả ý tưởng của mình trong một bài báo chưa xuất bản năm 1966, "Đề xuất về Mạng Truyền thông Kỹ thuật số". Vào thời điểm đó, các mạng điện thoại tiên tiến nhất đang trên đà tin học hóa các thiết bị chuyển mạch, và Davis đề xuất tích hợp chuyển mạch gói vào mạng điện thoại thế hệ tiếp theo, tạo ra một mạng truyền thông băng thông rộng duy nhất có khả năng phục vụ nhiều yêu cầu khác nhau, từ các cuộc gọi điện thoại đơn giản đến các cuộc gọi từ xa. truy cập vào máy tính. Lúc đó, Davis đã được thăng chức làm giám đốc NPL và thành lập nhóm truyền thông kỹ thuật số trực thuộc Scantlebury để thực hiện dự án của mình và tạo bản demo hoạt động.
Vào năm trước hội nghị Gatlinburg, nhóm của Scantlebury đã nghiên cứu tất cả các chi tiết để tạo ra một mạng chuyển mạch gói. Lỗi nút đơn có thể được khắc phục bằng cách định tuyến thích ứng có thể xử lý nhiều đường dẫn đến đích và lỗi gói đơn có thể được xử lý bằng cách gửi lại gói đó. Mô phỏng và phân tích cho biết kích thước gói tối ưu sẽ là 1000 byte - nếu bạn làm cho nó nhỏ hơn nhiều thì mức tiêu thụ băng thông của các dòng dành cho siêu dữ liệu trong tiêu đề sẽ quá nhiều, nhiều hơn nữa - và thời gian phản hồi cho người dùng tương tác sẽ tăng lên quá thường xuyên do tin nhắn lớn.
Công việc của Scantlebury bao gồm các chi tiết như định dạng gói...
...và phân tích tác động của kích thước gói đến độ trễ mạng.
Trong khi đó, cuộc tìm kiếm của Davis và Scantlebury đã dẫn đến việc phát hiện ra các tài liệu nghiên cứu chi tiết được thực hiện bởi một người Mỹ khác, người đã nghĩ ra ý tưởng tương tự trước họ vài năm. Nhưng tại cùng một thời điểm , một kỹ sư điện tại Tập đoàn RAND, chưa hề nghĩ đến nhu cầu chia sẻ thời gian của người dùng máy tính. RAND là một cơ quan cố vấn do Bộ Quốc phòng tài trợ ở Santa Monica, California, được thành lập sau Thế chiến thứ hai để cung cấp kế hoạch và phân tích dài hạn về các vấn đề chiến lược cho nỗ lực chiến tranh. Mục tiêu của Baran là trì hoãn chiến tranh hạt nhân bằng cách tạo ra một mạng lưới liên lạc quân sự có độ tin cậy cao, có khả năng sống sót ngay cả sau một cuộc tấn công hạt nhân quy mô lớn. Một mạng lưới như vậy sẽ làm cho một cuộc tấn công phủ đầu của Liên Xô trở nên kém hấp dẫn hơn, vì sẽ rất khó để phá hủy khả năng tấn công vào nhiều điểm nhạy cảm của Mỹ để đáp trả. Để làm được điều này, Baran đã đề xuất một hệ thống chia các tin nhắn thành cái mà ông gọi là các khối tin nhắn có thể được truyền độc lập qua mạng gồm các nút dự phòng và sau đó được tập hợp lại với nhau tại điểm cuối.
ARPA có quyền truy cập vào các báo cáo khổng lồ của Baran về RAND, nhưng vì chúng không liên quan đến máy tính tương tác nên tầm quan trọng của chúng đối với ARPANET là không rõ ràng. Rõ ràng là Roberts và Taylor chưa bao giờ để ý đến họ. Thay vào đó, nhờ một cuộc gặp gỡ tình cờ, Scantlebury đã trao mọi thứ cho Roberts trên một chiếc đĩa bạc: cơ chế chuyển mạch được thiết kế tốt, khả năng ứng dụng vào vấn đề tạo mạng máy tính tương tác, tài liệu tham khảo từ RAND và thậm chí cả cái tên “gói”. Công việc của NPL cũng thuyết phục Roberts rằng cần có tốc độ cao hơn để cung cấp dung lượng tốt, vì vậy ông đã nâng cấp kế hoạch của mình lên liên kết 50 Kbps. Để tạo ra ARPANET, một phần cơ bản của vấn đề định tuyến đã được giải quyết.
Đúng, có một phiên bản khác về nguồn gốc của ý tưởng chuyển mạch gói. Roberts sau đó tuyên bố rằng anh ấy đã có những suy nghĩ tương tự trong đầu, nhờ vào công trình của đồng nghiệp Len Kleinrock, người được cho là đã mô tả khái niệm này vào năm 1962, trong luận án tiến sĩ về mạng truyền thông. Tuy nhiên, thật khó để rút ra một ý tưởng như vậy từ tác phẩm này và ngoài ra, tôi không thể tìm thấy bất kỳ bằng chứng nào khác cho phiên bản này.
Những mạng chưa từng tồn tại
Như chúng ta có thể thấy, có hai nhóm đã đi trước ARPA trong việc phát triển chuyển mạch gói, một công nghệ đã được chứng minh hiệu quả đến mức hiện nay nó trở thành nền tảng cho hầu hết mọi hoạt động liên lạc. Tại sao ARPANET là mạng quan trọng đầu tiên sử dụng nó?
Đó là tất cả về sự tinh tế của tổ chức. ARPA không có sự cho phép chính thức để tạo ra một mạng lưới truyền thông, nhưng hiện có một số lượng lớn các trung tâm nghiên cứu có máy tính riêng, một nền văn hóa đạo đức “tự do” thực tế không bị giám sát và hàng núi tiền. Yêu cầu ban đầu của Taylor vào năm 1966 về tài trợ để tạo ra ARPANET là 1 triệu đô la và Roberts tiếp tục chi số tiền đó hàng năm kể từ năm 1969 trở đi để thiết lập và vận hành mạng. Đồng thời, đối với ARPA, số tiền đó chỉ là tiền lẻ nên không có ông chủ nào lo lắng về việc Roberts sẽ làm gì với số tiền đó, miễn là bằng cách nào đó nó có thể gắn liền với nhu cầu quốc phòng.
Baran tại RAND không có quyền lực cũng như thẩm quyền để làm bất cứ điều gì. Công việc của ông hoàn toàn mang tính khám phá và phân tích, đồng thời có thể áp dụng vào phòng thủ nếu muốn. Năm 1965, RAND thực sự đã giới thiệu hệ thống của mình cho Không quân và họ đồng ý rằng dự án này khả thi. Nhưng việc thực hiện nó rơi vào vai Cơ quan Truyền thông Quốc phòng và họ không hiểu rõ về truyền thông kỹ thuật số. Baran thuyết phục cấp trên của mình tại RAND rằng thà rút lại đề xuất này còn hơn là cho phép nó được thực hiện bằng mọi cách và hủy hoại danh tiếng của truyền thông kỹ thuật số phân tán.
Davis, với tư cách là người đứng đầu NPL, có nhiều quyền lực hơn Baran, nhưng ngân sách eo hẹp hơn ARPA, và ông không có sẵn mạng lưới kỹ thuật và xã hội gồm các máy tính nghiên cứu. Ông đã thành công trong việc tạo ra một mạng chuyển mạch gói cục bộ nguyên mẫu (chỉ có một nút nhưng có nhiều thiết bị đầu cuối) tại NPL vào cuối những năm 1960, với ngân sách khiêm tốn là 120 bảng Anh trong vòng ba năm. ARPANET đã chi khoảng một nửa số tiền đó hàng năm cho hoạt động và bảo trì trên mỗi nút của mạng, không bao gồm các khoản đầu tư ban đầu vào phần cứng và phần mềm. Tổ chức có khả năng tạo ra mạng chuyển mạch gói quy mô lớn của Anh là Bưu điện Anh, cơ quan quản lý các mạng viễn thông trong nước, ngoại trừ chính dịch vụ bưu chính. Davis đã cố gắng thu hút sự quan tâm của một số quan chức có ảnh hưởng bằng ý tưởng của mình về một mạng kỹ thuật số thống nhất trên quy mô quốc gia, nhưng ông không thể thay đổi hướng đi của một hệ thống khổng lồ như vậy.
Licklider, nhờ sự kết hợp giữa may mắn và kế hoạch, đã tìm ra nhà kính hoàn hảo, nơi mạng lưới liên thiên hà của anh có thể phát triển. Đồng thời, không thể nói rằng mọi thứ ngoại trừ chuyển mạch gói đều quy về tiền. Việc thực hiện ý tưởng cũng đóng một vai trò. Hơn nữa, một số quyết định thiết kế quan trọng khác đã định hình tinh thần của ARPANET. Do đó, tiếp theo chúng ta sẽ xem xét cách phân bổ trách nhiệm giữa các máy tính đã gửi và nhận tin nhắn cũng như mạng mà chúng gửi những tin nhắn này qua đó.
Còn gì để đọc
- Janet Abbate, Phát minh Internet (1999)
- Katie Hafner và Matthew Lyon, Nơi phù thủy thức khuya (1996)
- Leonard Kleinrock, “Lịch sử ban đầu của Internet,” Tạp chí Truyền thông IEEE (tháng 2010 năm XNUMX)
- Arthur Norberg và Julie O'Neill, Chuyển đổi công nghệ máy tính: Xử lý thông tin cho Lầu Năm Góc, 1962-1986 (1996)
- M. Mitchell Waldrop, Cỗ máy mơ ước: JCR Licklider và cuộc cách mạng biến máy tính thành cá nhân (2001)
Nguồn: www.habr.com