ARPANET

InspirationEdit

Historycznie, komunikacja głosowa i przesyłanie danych opierały się na metodach komutacji obwodów, czego przykładem jest tradycyjna sieć telefoniczna, w której każdemu połączeniu telefonicznemu przypisane jest dedykowane, od końca do końca, połączenie elektroniczne pomiędzy dwoma komunikującymi się stacjami. Połączenie jest ustanowione przez systemy przełączania, które połączyły wiele pośrednich nóg połączenia między tymi systemami na czas trwania połączenia.

Tradycyjny model sieci telekomunikacyjnej z przełączaniem obwodów został zakwestionowany na początku lat sześćdziesiątych przez Paula Barana w RAND Corporation, który badał systemy, które mogłyby utrzymać działanie podczas częściowego zniszczenia, takich jak przez wojnę nuklearną. Opracował on teoretyczny model rozproszonego, adaptacyjnego przełączania bloków wiadomości. Jednak establishment telekomunikacyjny odrzucił ten rozwój na rzecz istniejących modeli. Donald Davies z brytyjskiego National Physical Laboratory (NPL) niezależnie doszedł do podobnej koncepcji w 1965 r.

Najwcześniejsze pomysły na sieć komputerową, która miałaby umożliwić ogólną komunikację między użytkownikami komputerów, zostały sformułowane przez informatyka J.C.R. Licklidera z firmy Bolt, Beranek and Newman (BBN) w kwietniu 1963 r. w memorandach omawiających koncepcję “Intergalaktycznej Sieci Komputerowej”. Pomysły te obejmowały wiele cech współczesnego Internetu. W październiku 1963 r. Licklider został mianowany szefem programów Behavioral Sciences oraz Command and Control w Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Obrony (ARPA). Przekonał on Ivana Sutherlanda i Boba Taylora, że koncepcja sieci jest bardzo ważna i zasługuje na rozwój, chociaż Licklider opuścił ARPA przed przyznaniem jakichkolwiek kontraktów na rozwój sieci.

Sutherland i Taylor nadal interesowali się stworzeniem sieci, częściowo po to, by umożliwić sponsorowanym przez ARPA naukowcom z różnych korporacji i ośrodków akademickich korzystanie z komputerów dostarczonych przez ARPA, a częściowo po to, by szybko rozpowszechniać nowe oprogramowanie i inne wyniki badań w dziedzinie informatyki. Taylor miał w swoim biurze trzy terminale komputerowe, każdy podłączony do osobnego komputera, które finansowała ARPA: jeden dla System Development Corporation (SDC) Q-32 w Santa Monica, jeden dla Project Genie na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, a drugi dla Multics w Massachusetts Institute of Technology. Taylor wspomina tę okoliczność: “Dla każdego z tych trzech terminali miałem trzy różne zestawy poleceń użytkownika. Jeśli więc rozmawiałem online z kimś w S.D.C. i chciałem porozmawiać o tym z kimś znajomym z Berkeley lub M.I.T., musiałem wstać od terminala w S.D.C., podejść, zalogować się do innego terminala i skontaktować się z nim. Powiedziałem: “O rany!”, to oczywiste, co należy zrobić: Jeśli masz te trzy terminale, powinien istnieć jeden terminal, który łączy się z każdym miejscem, do którego chcesz się udać. Ten pomysł to ARPANET”.

Praca Donalda Daviesa zwróciła uwagę twórców ARPANET-u na Symposium on Operating Systems Principles w październiku 1967 roku. Pierwszą publiczną demonstrację, po ukształtowaniu terminu komutacja pakietów, przeprowadził 5 sierpnia 1968 r. i włączył ją do sieci NPL w Anglii. Sieć NPL i ARPANET były pierwszymi dwiema sieciami na świecie, w których zastosowano komutację pakietów, a same zostały połączone w 1973 roku. Roberts powiedział, że ARPANET i inne sieci z komutacją pakietów zbudowane w latach 70. były podobne “pod prawie wszystkimi względami” do oryginalnego projektu Daviesa z 1965 roku.

CreationEdit

W lutym 1966 roku Bob Taylor z powodzeniem lobbował u dyrektora ARPA Charlesa M. Herzfelda, aby sfinansował projekt sieci. Herzfeld przekierował fundusze w wysokości miliona dolarów z programu obrony przed rakietami balistycznymi do budżetu Taylora. Taylor zatrudnił Larry’ego Robertsa jako kierownika programu w Biurze Technik Przetwarzania Informacji ARPA w styczniu 1967 roku, aby pracował nad ARPANET.

Roberts poprosił Franka Westervelta o zbadanie wstępnych kwestii projektowych sieci. W kwietniu 1967 roku ARPA zorganizowała sesję projektową dotyczącą standardów technicznych. Omówiono wstępne standardy identyfikacji i uwierzytelniania użytkowników, transmisji znaków oraz procedur kontroli błędów i retransmisji. Roberts zaproponował, by wszystkie komputery mainframe łączyły się ze sobą bezpośrednio. Pozostali badacze niechętnie odnosili się do poświęcenia tych zasobów obliczeniowych na administrowanie siecią. Wesley Clark zaproponował wykorzystanie minikomputerów jako interfejsu do stworzenia sieci komutacji wiadomości. Roberts zmodyfikował plan ARPANET tak, aby uwzględnić sugestię Clarka i nazwał minikomputery Interface Message Processors (IMPs).

Plan ten został przedstawiony na inauguracyjnym Symposium on Operating Systems Principles w październiku 1967 roku. Prace Donalda Daviesa nad komutacją pakietów i siecią NPL, przedstawione przez jego kolegę (Rogera Scantlebury’ego), zwróciły uwagę badaczy z ARPA podczas tej konferencji. Roberts zastosował koncepcję przełączania pakietów Daviesa w ARPANET i zwrócił się o pomoc do Paula Barana. Sieć NPL korzystała z łączy o szybkości 768 kbit/s, a proponowana szybkość łączy dla ARPANET została zwiększona z 2,4 kbit/s do 50 kbit/s.

Do połowy 1968 roku Roberts i Barry Wessler napisali ostateczną wersję specyfikacji IMP na podstawie raportu Stanford Research Institute (SRI), który ARPA zleciła w celu napisania szczegółowej specyfikacji opisującej sieć komunikacyjną ARPANET. Roberts przekazał raport Taylorowi 3 czerwca, który zatwierdził go 21 czerwca. Po zatwierdzeniu przez ARPA rozesłano zapytanie ofertowe (Request for Quotation – RFQ) do 140 potencjalnych oferentów. Większość firm informatycznych uznała propozycję ARPA za niedorzeczną i tylko dwanaście złożyło oferty na budowę sieci; z tych dwunastu ARPA uznała tylko czterech za wykonawców najwyższej rangi. Pod koniec roku ARPA wzięła pod uwagę tylko dwóch wykonawców i 7 kwietnia 1969 roku przyznała kontrakt na budowę sieci firmie Bolt, Beranek and Newman Inc. (BBN) w dniu 7 kwietnia 1969 r.

Początkowy, siedmioosobowy zespół BBN był w znacznym stopniu wspomagany techniczną specyfiką odpowiedzi na ARPA RFQ, dzięki czemu szybko stworzył pierwszy działający system. Zespołem kierował Frank Heart, a w jego skład wchodził Robert Kahn. Sieć zaproponowana przez BBN była ściśle zgodna z planem ARPA Robertsa: sieć składała się z małych komputerów zwanych Interface Message Processors (lub IMPs), podobnych do późniejszej koncepcji routerów, które funkcjonowały jako bramy łączące lokalne zasoby. W każdym miejscu IMP pełniły funkcje przełączania pakietów typu “przechowuj i przekaż” i były połączone z liniami dzierżawionymi za pomocą telekomunikacyjnych zestawów danych (modemów), z początkową szybkością transmisji danych 56 kbit/s. Komputery główne były podłączone do IMP za pomocą specjalnych szeregowych interfejsów komunikacyjnych. System, w tym sprzęt i oprogramowanie do komutacji pakietów, został zaprojektowany i zainstalowany w ciągu dziewięciu miesięcy. Zespół BBN kontynuował współpracę z zespołem NPL, a spotkania między nimi odbywały się w USA i Wielkiej Brytanii.

Pierwszej generacji IMP zostały zbudowane przez BBN Technologies z wykorzystaniem wytrzymałej wersji komputera Honeywell DDP-516, skonfigurowanej z 24 KB rozszerzalnej pamięci magnetyczno-rdzeniowej oraz 16-kanałową jednostką bezpośredniego dostępu do pamięci Direct Multiplex Control (DMC). DMC ustanowił niestandardowe interfejsy z każdym z komputerów głównych i modemów. Oprócz lampek na panelu przednim, komputer DDP-516 wyposażono również w specjalny zestaw 24 lampek sygnalizujących stan kanałów komunikacyjnych IMP. Każdy IMP mógł obsługiwać do czterech lokalnych hostów i mógł komunikować się z maksymalnie sześcioma zdalnymi IMP za pomocą dzierżawionych linii telefonicznych wczesnego standardu Digital Signal 0. Sieć ta łączyła jeden komputer w Utah z trzema w Kalifornii. Później Departament Obrony zezwolił uniwersytetom na przyłączenie się do sieci w celu współdzielenia zasobów sprzętowych i programowych.

Debata na temat celów projektowychEdit

Według Charlesa Herzfelda, dyrektora ARPA (1965-1967):

ArPANET nie został uruchomiony w celu stworzenia Systemu Dowodzenia i Kontroli, który przetrwałby atak nuklearny, jak wielu teraz twierdzi. Zbudowanie takiego systemu było oczywiście istotną potrzebą wojskową, ale nie było to misją ARPA; w rzeczywistości, gdybyśmy spróbowali, zostalibyśmy ostro skrytykowani. ARPANET wyrósł raczej z naszej frustracji, że w kraju istniała tylko ograniczona liczba dużych, potężnych komputerów badawczych, a wielu badaczy, którzy powinni mieć do nich dostęp, było od nich geograficznie oddzielonych.

Niemniej jednak, według Stephena J. Lukasik, który jako wicedyrektor i dyrektor DARPA (1967-1974) był “osobą, która podpisała większość czeków na rozwój Arpanetu”:

Celem było wykorzystanie nowych technologii komputerowych do zaspokojenia potrzeb wojskowego dowodzenia i kontroli przeciwko zagrożeniom nuklearnym, osiągnięcia przetrwałej kontroli amerykańskich sił nuklearnych oraz poprawy wojskowych decyzji taktycznych i zarządczych.

ArPANET włączył rozproszone obliczanie i częste ponowne obliczanie tablic routingu. Zwiększyło to możliwości przetrwania sieci w obliczu poważnych zakłóceń. Automatyczne trasowanie było wówczas technicznym wyzwaniem. ARPANET został zaprojektowany tak, aby przetrwać straty w sieciach podrzędnych, ponieważ główną przyczyną było to, że węzły przełączające i łącza sieciowe były zawodne, nawet bez ataków jądrowych.

Internet Society zgadza się z Herzfeldem w przypisie w swoim artykule online, A Brief History of the Internet:

To właśnie od badania RAND zaczęła się fałszywa plotka, twierdząca, że ARPANET był w jakiś sposób związany z budową sieci odpornej na wojnę nuklearną. Nigdy nie dotyczyło to ARPANET-u, ale było aspektem wcześniejszego studium RAND na temat bezpiecznej komunikacji. Późniejsze prace nad internetworkingiem kładły nacisk na odporność i możliwość przetrwania, w tym zdolność do wytrzymania utraty dużych części sieci bazowych.

Paul Baran, który jako pierwszy przedstawił teoretyczny model komunikacji wykorzystującej komutację pakietów, przeprowadził wspomniane wyżej badania RAND. Choć ARPANET nie podzielał dokładnie celu projektu Barana, powiedział on, że jego praca przyczyniła się do rozwoju ARPANET. Protokół sporządzony przez Elmera Shapiro ze Stanford Research Institute na spotkaniu projektowym ARPANET-u w dniach 9-10 października 1967 r. wskazuje, że może być używana wersja metody routingu Barana (“gorący ziemniak”), zgodna z propozycją zespołu NPL na Symposium on Operating System Principles w Gatlinburgu.

ImplementationEdit

Pierwsze cztery węzły zostały wyznaczone jako poligon doświadczalny do rozwijania i usuwania błędów w protokole 1822, co było dużym przedsięwzięciem. Chociaż węzły zostały połączone elektronicznie w 1969 r., aplikacje sieciowe nie były możliwe do czasu wdrożenia programu Network Control Program w 1970 r., umożliwiającego korzystanie z dwóch pierwszych protokołów host-host, zdalnego logowania (Telnet) i przesyłania plików (FTP), które zostały określone i wdrożone w latach 1969-1973. Ruch w sieci zaczął rosnąć, gdy poczta elektroniczna została wprowadzona w większości witryn do około 1973 roku.

Początkowe cztery hostyEdit

Pierwszy dziennik IMP ARPANET: pierwsza wiadomość kiedykolwiek wysłana przez ARPANET, 22:30 PST 29 października 1969 r. (6:30 UTC 30 października 1969 r.). Ten fragment IMP Log, przechowywany w UCLA, opisuje konfigurację transmisji wiadomości z komputera UCLA SDS Sigma 7 Host do komputera SRI SDS 940 Host.

Pierwszymi czterema IMP były:

  • University of California, Los Angeles (UCLA), gdzie Leonard Kleinrock założył Network Measurement Center, a pierwszym dołączonym do niego komputerem był SDS Sigma 7;
  • The Augmentation Research Center w Stanford Research Institute (obecnie SRI International), gdzie Douglas Engelbart stworzył nowy system NLS, wczesny system hipertekstowy, i miał prowadzić Network Information Center (NIC), z SDS 940, który obsługiwał NLS, nazwany “Genie”, jako pierwszym podłączonym hostem;
  • Uniwersytet Kalifornijski w Santa Barbara (UCSB), z maszyną IBM 360/75 należącą do Culler-Fried Interactive Mathematics Center, działającą pod kontrolą OS/MVT;
  • Szkoła Obliczeniowa Uniwersytetu w Utah, gdzie przeniósł się Ivan Sutherland, z DEC PDP-10 działającym na TENEX-ie.

Pierwsze udane połączenie host to host w ARPANET zostało nawiązane między Stanford Research Institute (SRI) i UCLA, przez programistę SRI Billa Duvalla i studenta programistę UCLA Charleya Kline’a, o 22:30 PST 29 października 1969 (6:30 UTC 30 października 1969). Kline połączył się z komputera UCLA SDS Sigma 7 Host (w Boelter Hall, pokój 3420) z komputerem Stanford Research Institute’s SDS 940 Host. Kline wpisał polecenie “login”, ale początkowo SDS 940 zawiesił się po wpisaniu dwóch znaków. Około godziny później, po tym jak Duvall dostosował parametry maszyny, Kline spróbował ponownie i pomyślnie się zalogował. W ten sposób pierwszymi dwoma znakami pomyślnie przesłanymi przez ARPANET były “lo”. Pierwsze stałe łącze ARPANET zostało nawiązane 21 listopada 1969 r. między IMP w UCLA a IMP w Stanford Research Institute. Do 5 grudnia 1969 roku powstała początkowo czterowęzłowa sieć.

Elizabeth Feinler stworzyła w 1969 roku pierwszy Resource Handbook for ARPANET, który doprowadził do powstania katalogu ARPANET. Katalog ten, zbudowany przez Feinler i jej zespół, umożliwił nawigację w sieci ARPANET.

Rozwój i ewolucjaEdit

Mapa sieci ARPA 1973

Roberts zaangażował Howarda Franka do konsultacji w sprawie topologicznego projektu sieci. Frank przedstawił zalecenia mające na celu zwiększenie przepustowości i zmniejszenie kosztów w skalowanej sieci. Do marca 1970 roku ARPANET dotarł na wschodnie wybrzeże Stanów Zjednoczonych, kiedy to IMP w BBN w Cambridge, Massachusetts został podłączony do sieci. Następnie ARPANET rozrastał się: 9 IMP do czerwca 1970 i 13 IMP do grudnia 1970, następnie 18 do września 1971 (kiedy sieć obejmowała 23 hosty uniwersyteckie i rządowe); 29 IMP do sierpnia 1972 i 40 do września 1973. W czerwcu 1974 r. było 46 IMP, a w lipcu 1975 r. sieć liczyła 57 IMP. Do 1981 roku liczba ta wynosiła 213 komputerów-hostów, a kolejne hosty łączyły się mniej więcej co dwadzieścia dni.

Larry Roberts postrzegał projekty ARPANET i NPL jako komplementarne i w 1970 roku starał się połączyć je łączem satelitarnym. Grupa badawcza Petera Kirsteina z University College London (UCL) została następnie wybrana w 1971 roku w miejsce NPL do połączenia brytyjskiego. W czerwcu 1973 roku transatlantyckie łącze satelitarne połączyło ARPANET z Norweską Tablicą Sejsmiczną (NORSAR), poprzez stację naziemną Tanum w Szwecji, a następnie poprzez obwód naziemny do TIP w UCL. UCL zapewniło bramę dla połączenia z siecią NPL, pierwszą połączoną siecią, a następnie z SRCnet, prekursorem brytyjskiej sieci JANET.

Wydajność sieciEdit

W 1968 roku Roberts podpisał kontrakt z firmą Kleinrock, aby zmierzyć wydajność sieci i znaleźć obszary do poprawy. Opierając się na swojej wcześniejszej pracy nad teorią kolejek, Kleinrock określił matematyczne modele wydajności sieci z komutacją pakietów, które stanowiły podstawę rozwoju sieci ARPANET, gdy ta szybko się rozwijała na początku lat 70.

OperacjaEdit

Demonstracja pracy w Internecie, łącząca sieci ARPANET, PRNET i SATNET w 1977 roku

ArPANET był projektem badawczym, który był zorientowany na komunikację, a nie na użytkownika. Mimo to, latem 1975 roku, ARPANET został uznany za “operacyjny”. Defense Communications Agency przejęła kontrolę, ponieważ ARPA miała finansować zaawansowane badania. Mniej więcej w tym czasie wdrożono pierwsze urządzenia szyfrujące ARPANET, aby obsłużyć ruch niejawny.

Transatlantycka łączność z NORSAR i UCL przekształciła się później w SATNET. ARPANET, SATNET i PRNET zostały połączone w 1977 r..

Raport z zakończenia ARPANET, opublikowany w 1981 r. wspólnie przez BBN i ARPA, stwierdza, że:

… wypada zakończyć stwierdzeniem, że program ARPANET miał silne i bezpośrednie przełożenie na wsparcie i siłę informatyki, z której wyrosła sama sieć.

CSNET, expansionEdit

Dostęp do ARPANET został rozszerzony w 1981 roku, kiedy to Narodowa Fundacja Nauki (NSF) sfinansowała Computer Science Network (CSNET).

Przyjęcie TCP/IPEdit

NORSAR i University College London opuściły ARPANET i zaczęły używać TCP/IP przez SATNET na początku 1982 r.

Po tym, jak DoD uczyniło TCP/IP standardem dla wszystkich wojskowych sieci komputerowych. 1 stycznia 1983 r., znanego jako dzień flagi, protokoły TCP/IP stały się standardem dla ARPANET-u, zastępując wcześniejszy Network Control Program.

MILNET, wycofywanie sięEdit

We wrześniu 1984 r. zakończono prace nad restrukturyzacją ARPANET-u, nadając amerykańskim placówkom wojskowym własną sieć wojskową (MILNET) do celów jawnej komunikacji Departamentu Obrony. Obie sieci przenosiły niesklasyfikowane informacje i były połączone niewielką liczbą kontrolowanych bramek, które pozwalały na całkowitą separację w razie sytuacji awaryjnej. MILNET był częścią Defense Data Network (DDN).

Oddzielenie sieci cywilnej od wojskowej zmniejszyło 113-węzłową sieć ARPANET o 68 węzłów. Po rozdzieleniu sieci MILNET sieć ARPANET nadal była wykorzystywana jako szkielet Internetu dla naukowców, ale powoli przestawała być wykorzystywana.

Wycofanie z eksploatacjiEdit

W 1985 roku Narodowa Fundacja Nauki (NSF) sfinansowała utworzenie krajowych centrów superkomputerowych na kilku uniwersytetach, a w 1986 roku zapewniła dostęp do sieci i łączność sieciową w ramach projektu NSFNET. NSFNET stał się szkieletem Internetu dla agencji rządowych i uniwersytetów.

Projekt ARPANET został formalnie zlikwidowany w 1990 roku. Pierwotne IMP i TIP zostały wycofane, ponieważ ARPANET został zamknięty po wprowadzeniu NSFNet, ale niektóre IMP pozostały w użyciu jeszcze w lipcu 1990 roku.

W związku z likwidacją ARPANET 28 lutego 1990 r. Vinton Cerf napisał następujący lament, zatytułowany “Requiem of the ARPANET”:

Była pierwsza, a będąc pierwszą, była najlepsza,
ale teraz kładziemy ją na wieczny odpoczynek.
Teraz zatrzymaj się ze mną na chwilę, uroń kilka łez.
Za auld lang syne, za miłość, za lata i lata
wiernej służby, spełnionego obowiązku, płaczę.
Złóż swój pakiet, teraz, o przyjacielu, i śpij.

-Vinton Cerf

LegacyEdit

ArPANET w szerszym kontekście

ArPANET był związany z wieloma innymi projektami badawczymi, które albo miały wpływ na projekt ARPANET-u, albo były projektami pomocniczymi lub wyrosły z ARPANET-u.

Senator Al Gore był autorem ustawy High Performance Computing and Communication Act z 1991 r., powszechnie nazywanej “ustawą Gore’a”, po zapoznaniu się z koncepcją Krajowej Sieci Badawczej z 1988 r. przedstawioną Kongresowi przez grupę pod przewodnictwem Leonarda Kleinrocka. Ustawa została uchwalona 9 grudnia 1991 r. i doprowadziła do powstania Krajowej Infrastruktury Informatycznej (NII), którą Gore nazwał superautostradą informacyjną.

Protokoły sieciowe opracowane przez ARPA i wdrożone w ARPANET utorowały drogę dla przyszłej komercjalizacji nowej światowej sieci, znanej jako Internet.

Projekt ARPANET został uhonorowany dwoma kamieniami milowymi IEEE, obydwoma poświęconymi w 2009 r.

.

Leave a Comment

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *