Что такое arpanet кратко
История интернета: ARPANET — пакет
Схема компьютерной сети ARPA на июнь 1967. Пустой кружок – компьютер с разделением доступа, кружок с чертой – терминал на одного пользователя
Проблема
Если компьютер А хочет отправить сообщение компьютеру В, как этому сообщению найти путь от одного к другому? В теории, можно позволить каждому узлу сети связи общаться со всеми остальными, связав физическими кабелями каждый узел с каждым. Для связи с В компьютер А просто отправит сообщение по исходящему кабелю, соединяющему его с В. Такую сеть называют полносвязной. Однако при любом значительном размере сети такой подход быстро превращается в непрактичный, поскольку количество соединений увеличивается, как квадрат количества узлов (если быть точным, то как (n 2 — n) / 2).
Поэтому требуется некий способ построения маршрута сообщения, который бы по прибытию сообщения на промежуточный узел отправлял бы его дальше к цели. В начале 1960-х было известно два базовых подхода к решению этой задачи. Первый – метод коммутации сообщений через «хранение и передачу». Этот подход использовался телеграфной системой. Когда сообщение прибывало на промежуточный узел, его временно сохраняли там (обычно в виде бумажной ленты), пока не появлялась возможность передать его далее к цели, или в ещё один промежуточный центр, находящийся ближе к цели.
Потом появился телефон, и потребовался новый подход. Задержка в несколько минут после каждого высказывания, сделанного по телефону, которое необходимо было расшифровать и передать к месту назначения, давала бы ощущение разговора с собеседником, находящимся на Марсе. Вместо этого телефон использовал коммутацию каналов. Звонивший начинал каждый вызов с отправки особого сообщения, обозначающего, кому он хочет позвонить. Сначала это делали, беседуя с оператором, а потом набирая номер, обрабатывавшейся автоматическим оборудованием на коммутаторе. Оператор или оборудование устанавливали выделенное электрическое соединение между звонившим и вызываемым абонентами. В случае междугородных звонков для этого могло потребоваться несколько итераций, соединявших звонок через несколько коммутаторов. После установления связи мог начаться сам разговор, и связь сохранялась, пока одна из сторон не прерывала её, вешая трубку.
Цифровая связь, которую было решено использовать в ARPANET для соединения компьютеров, работавших по схеме разделения времени, использовала особенности как телеграфа, так и телефона. С одной стороны, сообщения с данными передавались в отдельных пакетах, как на телеграфе, а не в виде непрерывных разговоров на телефоне. Однако эти сообщения могли быть разного размера для разных целей, от консольных команд длиной в несколько символов, до больших файлов с данными, передаваемых от одного компьютера к другому. Если файлы задерживались в пути, никто на это не жаловался. Но удалённая интерактивность требовала быстрой реакции, как при телефонном звонке.
Одним важным отличием между компьютерными сетями данных с одной стороны, и телефоном с телеграфом с другой, была чувствительность к ошибкам в данных, обрабатываемых машинами. Изменение или потеря при передаче одного символа в телеграмме, или пропадание части слова в телефонном разговоре вряд ли могли серьёзно нарушить общение двух людей. Но если шум на линии переключал единственный бит с 0 на 1 в команде, отправляемой на удалённый компьютер, это могло полностью поменять смысл команды. Поэтому каждое сообщение нужно было проверить на наличие ошибок, и повторно отправить в случае их обнаружения. Такие повторы были бы слишком затратными для крупных сообщений, а вероятность возникновения ошибок в них была больше, поскольку они дольше передавались.
Решение этой проблемы пришло благодаря двум независимым событиям, случившимся в 1960, однако то из них, что появилось позднее, было замечено первым Ларри Робертсом и ARPA.
Встреча
Осенью 1967 года Робертс прибыл в Гатлинбург, Теннеси, из-за покрытых лесами вершин Грейт-Смоки-Маунтинс, чтобы доставить документ, повествующий о планах ARPA по развёртыванию сети. Он уже почти год работал в бюро технологий обработки информации (Information Processing Technology Office, IPTO), но многие подробности проекта сети были ещё весьма туманными, включая и решение проблемы маршрутизации. Кроме размытых упоминаний о блоках и их размерах, единственной отсылкой к ней в работе Робертса было краткое и уклончивое замечание в самом конце: «Кажется необходимым удерживать периодически используемую линию связи для получения откликов за время от одной десятой до одной секунды, необходимых для интерактивной работы. Это весьма затратно с точки зрения ресурсов сети, и если только у нас не появится возможность звонить быстрее, коммутация сообщений и концентрация станут очень важными для участников сети». Очевидно, к тому моменту Робертс ещё не решил, отказываться ли от использованного им совместно с Томом Марриллом в 1965-м году подхода, то есть, соединения компьютеров через коммутируемую телефонную сеть посредством автонабора.
По совпадению на том же симпозиуме присутствовал и другой человек, с куда как лучше продуманной идеей решения проблемы маршрутизации в сетях данных. Роджер Скантлбери пересёк Атлантику, прибыв из Британской национальной физической лаборатории British National Physical Laboratory (NPL) с докладом. Скантлбери отвёл Робертса в сторонку после его доклада, и рассказал ему о своей идее коммутации пакетов. Эту технологию разработал его руководитель в NPL, Дональд Дэйвис. В США достижения и история Дэйвиса известны плохо, хотя осенью 1967 группа Дэйвиса из NPL, по меньшей мере, на год опережала ARPA со своими идеями.
Дэвис ухватился за эту идею, и нанялся в NPL так быстро, как только мог. Внеся вклад в подробный проект и создание компьютера ACE, он так и остался глубоко вовлечённым в область вычислительных машин в качестве лидера исследований в NPL. В 1965 году случилось так, что он был в США на профессиональной встрече, связанной с его работой, и использовал эту возможность, чтобы побывать на нескольких крупных местах базирования компьютеров с разделением времени, чтобы посмотреть, о чём весь сыр-бор. В британской вычислительной среде разделение времени в американском смысле интерактивного совместного использования компьютера несколькими пользователями не было известно. Вместо этого у них разделение времени означало распределение загрузки компьютера между несколькими программами пакетной обработки данных (чтобы, например, одна программа работала, пока другая занята чтением с плёнки). Потом этот вариант назовут мультипрограммированием.
Странствия Дэйвиса привели его к Project MAC в MIT, JOSS Project от RAND Corporation в Калифорнии, и к Дартмутской системе разделения времени в Нью-Гемпшире. По дороге домой один из его коллег предложил провести семинар по совместному использованию, чтобы рассказать британскому сообществу о новых технологиях, о которых они узнали в США. Дэйвис согласился, и принял у себя в гостях многих главных фигур американской вычислительной области, включая Фернандо Хосе Корбато (создателя «совместимой системы разделения времени» в MIT) и самого Ларри Робертса.
Во время семинара (или, возможно, сразу после) Дэйвиса поразила идея о том, что философию разделения времени можно применять и к линиям связи компьютеров, а не только к самим компьютерам. Компьютеры с разделением времени дают каждому пользователю небольшой отрезок процессорного времени, а потом переключаются на другого, создавая для каждого пользователя иллюзию наличия у него собственного интерактивного компьютера. Точно так же можно, разрезая каждое сообщение на кусочки стандартного размера, которые Дэйвис назвал «пакетами», один канал связи можно разделять между множеством компьютеров или пользователей одного компьютера. Более того, это решало бы все аспекты передачи данных, для которых телефонные и телеграфные коммутаторы были плохо приспособлены. Пользователь, работающий с интерактивным терминалом, отправляющий короткие команды и получающий короткие ответы, не будет блокирован передачей большого файла, поскольку эта передача будет разбита на множество пакетов. Любое повреждение в таких крупных сообщениях коснётся единственного пакета, который легко можно передать заново для завершения сообщения.
Дэйвис описал свои идеи в неопубликованной работе от 1966 года, «Предложение для цифровой сети связи». В тот момент самые передовые телефонные сети были на грани компьютеризации коммутаторов, и Дэйвис предложил встроить коммутацию пакетов в телефонную сеть нового поколения, создав единую широкополосную сеть связи, способную обслуживать различные запросы, от простых телефонных звонков до удалённого доступа к компьютерам. К тому времени Дэйвиса повысили до управляющего NPL, и он сформировал группу по цифровой связи под руководством Скантлбери, чтобы реализовать его проект и создать рабочую демонстрационную версию.
За год, предшествовавший конференции в Гатлинбурге, команда Скантлбери проработала все детали создания сети с коммутацией пакетов. Отказ одного узла можно было пережить при помощи адаптивной маршрутизации, способной работать с несколькими путями до места назначения, а отказ отдельного пакета можно было решить его повторной отправкой. Симуляция и анализ говорили, что оптимальным размером пакета будет 1000 байт – если сделать его сильно меньше, то расходы пропускной способности линий на метаданные в заголовке будут слишком большими, сильно больше – и время отклика для интерактивных пользователей будет слишком часто увеличиваться из-за больших сообщений.
Работа Скантлбери содержала такие детали, как формат пакета…
…и анализ влияния размеров пакета на задержки в сети.
У ARPA был доступ к объёмным отчётам Бэрана для RAND, однако поскольку они не были связаны с интерактивными компьютерами, их важность для ARPANET не была очевидной. Робертс и Тэйлор, судя по всему, так их и не заметили. Вместо этого в результате одной случайной встречи Скантлбери преподнёс всё Робертсу на блюдечке: хорошо продуманный механизм коммутирования, применимость к задаче создания интерактивных компьютерных сетей, справочные материалы от RAND, и даже название «пакет». Работа NPL тоже убедила Робертса в том, что для организации хорошей пропускной способности потребуются более высокие скорости, поэтому он обновил свои планы до линий связи на 50 Кбит/с. Для создания ARPANET фундаментальная часть проблемы маршрутизации была решена.
Правда, есть и другая версия появления идеи коммутации пакетов. Робертс позднее утверждал, что у него уже были подобные мысли в голове, благодаря работе его коллеги, Лена Кляйнрока, который якобы описал эту концепцию ещё в 1962 году, в своей докторской диссертации по сетям связи. Однако из этой работы невероятно сложно извлечь подобную идею, и к тому же никаких других подтверждений этой версии я найти не смог.
Сети, которых не было
Как мы видим, целых две команды опередили ARPA в вопросе разработки коммутации пакетов, технологии, оказавшейся столь эффективной, что сейчас она лежит в основе практически всех коммуникаций. Почему же ARPANET стала первой значимой сетью, использовавшей её?
У Бэрана в RAND не было ни возможностей, ни авторитета для того, чтобы что-то сделать. Его работа была чисто исследовательской и аналитической, и её можно было при желании применить к обороне. В 1965 RAND и в самом деле порекомендовал его систему ВВС, и те согласились с жизнеспособностью проекта. Но его реализация легла на плечи агентства оборонных коммуникаций, а там не особо разбирались в цифровой связи. Бэран убедил начальство в RAND, что это предложение лучше будет забрать, чем позволить реализовать его абы как, и загубить репутацию распределённой цифровой связи.
Дэйвис в качестве руководителя NPL имел куда как большую власть, чем Бэран, но более ограниченный бюджет, чем у ARPA, и у него не было готовой социальной и технической сети из исследовательских компьютеров. Ему удалось создать прототип местной сети с коммутацией пакетов (там был всего один узел, но много терминалов) в NPL в конце 1960-х, со скромным бюджетом в £120 000 за три года. ARPANET тратила примерно половину этой суммы ежегодно на функционирование и обслуживания на каждом из множества узлов сети, исключая изначальные инвестиции в железо и софт. Организацией, способной создать крупномасштабную британскую сеть с коммутацией пакетов, была британская почта, заведовавшая сетями телекоммуникаций в стране, кроме непосредственно почтовой связи. Дэйвису удалось заинтересовать несколько влиятельных чиновников своими идеями об объединённой цифровой сети национального масштаба, но изменить направление движения такой огромной системы было не в его силах.
Ликлайдер же, комбинируя удачу и планирование, нашёл прекрасную теплицу, где могла бы расцвести его межгалактическая сеть. При этом нельзя утверждать, что всё, кроме коммутации пакетов, упиралось в деньги. Играло роль и исполнение идеи. Более того, дух ARPANET определили и несколько других важных решений на стадии проектирования. Поэтому дальше мы рассмотрим, как ответственность распределялась между компьютерами, отправлявшими и принимавшими сообщения, и сетью, по которой они эти сообщения отправляли.
История интернета: ARPANET — зарождение
Протосеть
Первой попыткой объединить несколько компьютеров в более крупное единое целое был проект сети интерактивных компьютеров SAGE, система американской ПВО. Поскольку каждый из 23 управляющих центров SAGE покрывал определённую географическую область, требовался механизм для передачи радарных следов из одного центра в другой, в случаях, когда чужое воздушное судно пересекало границу между этими областями. Разработчики SAGE прозвали эту задачу «междуговорной» [cross-telling], и решили её, создав линии для передачи данных на основе выделенных телефонных линий AT&T, протянутых между всеми соседними центрами управления. Рональд Энтикнап, входивший в состав небольшой делегации Королевских вооружённых сил, отправленных в SAGE, руководил разработкой и внедрением этой подсистемы. К сожалению, я не нашёл подробного описания «междуговорной» системы, но, очевидно, компьютер в каждом из центров управления определял момент, когда след на радаре переходил в другой сектор, и отправлял свои записи по телефонной линии компьютеру того сектора, где её мог принять оператор, отслеживающий тамошний терминал.
Системе SAGE нужно было переводить цифровые данные в аналоговый сигнал телефонной линии (а потом обратно на принимавшей его станции), в связи с чем AT&T выдалась возможность разработать модем «Bell 101» (или dataset, как его сначала называли), способный передавать скромные 110 бит в секунду. Позднее это устройство назвали модемом, за его способность модулировать аналоговый телефонный сигнал при помощи набора исходящих цифровых данных, и демодулировать биты из входящей волны.
Bell 101 dataset
Тем самым SAGE заложил важную техническую основу для более поздних компьютерных сетей. Однако первой компьютерной сетью, чьё наследие было достаточно долгим и влиятельным, стала сеть с названием, известным и сегодня: ARPANET. В отличие от SAGE, она объединяла разношёрстный набор компьютеров, как с разделением времени пользователей, так и с пакетной обработкой данных, у каждого из которых был свой особенный набором программ. Сеть задумывалась как универсальная по масштабу и функционированию, и должна была удовлетворять любые потребности пользователей. Проект финансировал отдел технологий обработки информации (Information Processing Techniques Office, IPTO), во главе с директором Робертом Тэйлором, являвшийся отделом компьютерных исследований в ARPA. Но саму идею подобной сети придумал первый директор этого отдела, Джозеф Карл Робнетт Ликлайдер.
Как мы узнали ранее, Ликлайдер, или «Лик» для своих коллег, по образованию был психологом. Однако когда он работал с радарными системами в лаборатории Линкольна в конце 1950-х, его очаровали интерактивные компьютеры. Эта страсть привела к тому, что он финансировал некоторые из первых экспериментов по компьютерам с разделённым по времени доступам, когда в 1962-м он стал директором только что сформированного IPTO.
К тому времени он уже мечтал о возможности связать изолированные интерактивные компьютеры в более крупную сверхструктуру. В своей работе 1960 года по «симбиозу человека и компьютера» он писал:
Кажется разумным представить себе «мыслительный центр», который сможет вобрать в себя функции современных библиотек и предполагаемые прорывы в области хранения и извлечения информации, а также симбиотические функции, описанные выше в данной работе. Эта картина с лёгкостью масштабируется в сеть из таких центров, объединённых линиями широкополосных коммуникаций, и доступную индивидуальным пользователям посредством арендуемых телефонных линий.
Как TX-2 зажёг пламенную страсть Лика к интерактивным компьютерам, так и SAGE, возможно, побудила его представить, как можно связать между собой различные интерактивные вычислительные центры, и обеспечить что-то вроде телефонной сети для интеллектуальных услуг. Откуда бы ни возникла эта идея, Лик начал распространять её по сообществу исследователей, созданному им в IPTO, и наиболее известным из таких сообщений стала докладная записка от 23 апреля 1963 года, адресованная «Членам и отделениям межгалактической компьютерной сети», то есть, различным исследователям, получавшим финансирование от IPTO на компьютерный доступ с разделением времени и другие вычислительные проекты.
Записка выглядит беспорядочной и хаотичной, явно надиктована на лету и не редактировалась. Поэтому, чтобы понять, что именно хотел сказать Лик по поводу компьютерных сетей, приходится немного порассуждать. Однако некоторые моменты сразу выделяются. Во-первых, Лик рассказал, что «различные проекты», финансируемые IPTO, на самом деле принадлежат к «одной области». После этого он обсуждает необходимость размещения денег и проектов для максимизации преимуществ данного предприятия, поскольку среди сети исследователей «для достижения прогресса каждому активному исследователю требуется программная база и оборудование более сложное и всестороннее, чем он сам может создать за разумное время». Лик заключает, что для достижения этой глобальной эффективности требуются некоторые личные уступки и жертвы.
Затем он начинает подробно обсуждать компьютерные (а не социальные) сети. Он пишет о необходимости в некоем языке управления сетью (то, что позднее назовут протоколом) и его желанием когда-нибудь увидеть компьютерную сеть IPTO, состоящую из «по меньшей мере, четырёх крупных компьютеров, возможно, шести-восьми малых компьютеров, и большого ассортимента накопителей на дисках и магнитной плёнке – не говоря уже об удалённых консолях и телетайпных станциях». Наконец, он на нескольких страницах расписывает конкретный пример того, как в будущем может развиваться взаимодействие с такой компьютерной сетью. Лик представляет себе ситуацию, в которой он проводит анализ некоторых экспериментальных данных. «Проблема в том, — пишет он, — что у меня нет приличной программы для построения графиков. Есть ли подходящая программа где-то в системе? Используя доктрину преобладания сети, я сначала опрашиваю местный компьютер, а затем другие центры. Допустим, я работаю в SDC, и что я нахожу вроде бы подходящую программу на диске в Беркли». Он запрашивает у сети исполнение этой программы, предполагая, что «со сложной системой управления сетью мне не придётся решать, передавать ли данные, чтобы программы обрабатывали их где-то ещё, или скачивать программы себе и запускать их для работы над моими данными».
Все вместе эти фрагменты идей открывают более крупную схему, задуманную Ликлайдером: во-первых, разделить определённые специальности и области знаний между исследователями, получающими финансирование от IPTO, а потом построить на основе этого социального сообщества физическую сеть из компьютеров IPTO. Это физическое проявление «общего дела» IPTO позволит исследователям делиться знаниями и получать преимущества специализированного оборудования и ПО на каждом из рабочих мест. Таким образом IPTO сможет избежать расточительного дублирования, при этом усиливая возможности каждого доллара финансирования, давая каждому исследователю из всех проектов IPTO доступ к полному спектру вычислительных возможностей.
Эта идея разделения ресурсов между членами исследовательского сообщества посредством сети связи заронила в IPTO семена, взошедшие через несколько лет в виде создания ARPANET.
Несмотря на своё военное происхождение, ARPANET, появившаяся в Пентагоне, не имела военного оправдания. Иногда говорят, что эту сеть разрабатывали как сеть связи военного толка, способную пережить ядерную атаку. Как мы увидим позднее, между ARPANET и более ранним проектом с таким предназначением существует непрямая связь, и руководители ARPA периодически рассказывали об «укреплённых системах», чтобы оправдать существование своей сети перед Конгрессом или министром обороны. Но на самом деле IPTO создала ARPANET чисто для своих внутренних нужд, для поддержки сообщества исследователей – большая часть которых не могла оправдать свою активность работой на оборонные цели.
Тем временем, в момент выхода своей знаменитой должностной записки, Ликлайдер уже начал планировать зародыш своей межгалактической сети, директором которой станет Леонард Клейнрок из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA).
Консоль для SAGE модели OA-1008, в комплекте со световым пистолетом (на конце провода, под прозрачной пластиковой крышкой), зажигалкой и пепельницей.
Предпосылки
Клейнрок был сыном восточноевропейских эмигрантов из рабочего класса, и вырос на Манхэттене в тени моста им. Джорджа Вашингтона [соединяет северную часть острова Манхэттен в городе Нью-Йорк и Форт Ли в округе Берген в штате Нью-Джерси / прим.перев.]. Учась в школе, по вечерам он брал дополнительные уроки по электротехнике в городском колледже Нью-Йорка. Услышав о возможности пройти обучение в MIT с последующим семестром работы в лаборатории Линкольна на полный день, он с радостью ухватился за неё.
Лаборатория была создана для обслуживания нужд SAGE, но с тех пор распространилась на множество других исследовательских проектов, часто лишь косвенно связанных с ПВО, если вообще имевших отношение к обороне. Среди них был проект «исследование Барнстейбл», предложенная ВВС концепция по созданию орбитального пояса металлических полосок (вроде дипольных отражателей), которые можно было бы использовать в качестве глобальной системы связи. Клейнрока покорил авторитет Клода Шеннона из MIT, поэтому он решил сконцентрироваться на теории сетей связи. Исследование Барнстейбл дало Клейнроку первую возможность применить теорию информации и теорию очередей к сети передачи данных, и он расширил этот анализ до целой диссертации по сетям для обмена сообщениями, сочетая математический анализ с опытными данными, собранными на симуляциях, работавших на компьютерах TX-2 в лабораториях Линкольна. Среди близких коллег Клейнрока в лаборатории, вместе с ним пользовавшимися компьютерами по системе разделения времени, были Лоуренс Робертс и Айвен Сазерленд, с которыми мы познакомимся чуть позже.
К 1963 году Клейнрок принял предложение о работе в UCLA, и Ликлайдер увидел в нём возможность. Перед ним был эксперт по сетям передачи данных, работавший рядом с тремя локальными компьютерными центрами: главным вычислительным центром, вычислительным центром здравоохранения, Западным центром обработки данных (кооперативом из тридцати институтов, имевших общий доступ к компьютеру IBM). Более того, у шести институтов из Западного центра обработки данных была удалённая связь с компьютером по модему, а компьютер System Development Corporation (SDC), спонсируемой IPTO, находился всего в нескольких километрах от Санта-Моники. IPTO заказала UCLA объединение этих четырёх центров в качестве первого эксперимента по созданию компьютерной сети. Позднее, согласно плану, связь с Беркли смогла бы изучить проблемы, присущие передаче данных на большие расстояния.
Несмотря на многообещающую ситуацию, проект провалился, и сеть так и не была построена. Директора различных центров UCLA не доверяли друг другу, и не верили в этот проект, из-за чего и отказались уступить контроль над вычислительными ресурсами пользователям друг друга. У IPTO практически не было рычагов влияния на эту ситуацию, поскольку ни один из вычислительных центров не получал денег от ARPA. Эта политическая проблема указывает на один из главных вопросов в истории интернета. Если убедить разных участников в том, что организация связи между ними и кооперация играет на руку всем сторонам, очень сложно, как вообще появился интернет? В следующих статьях мы не раз будем возвращаться к этим вопросам.
Вторая попытка IPTO построить сеть оказалась более успешной, возможно, потому, что она была гораздо менее масштабной – это была простая экспериментальная проверка. А 1965 году психолог и ученик Ликлайдера по имени Том Мэрилл покинул лабораторию Линкольна, чтобы попытаться заработать на всеобщей шумихе по поводу интерактивных компьютеров, начав собственный бизнес по предоставлению разделяемого доступа. Однако, не набрав достаточного количества платных клиентов, он начал искать другие источники дохода, и в итоге предложил IPTO нанять его для проведения исследования компьютерных сетей. Новый директор IPTO, Айвен Сазерленд, решил взять в партнёры крупную и уважаемую фирму в качестве балласта, и передал субподряд на работу компании Мэрилла через лабораторию Линкольна. Со стороны лаборатории возглавлять проект поручили ещё одному старому коллеге Клейнрока, Лоуренсу (Ларри) Робертсу.
Робертс, будучи студентом MIT, поднаторел в работе с компьютером TX-0, построенном лабораторией Линкольна. Он часами заворожённо сидел перед светящимся экраном консоли, и в итоге написал программу, которая (скверно) распознавала рукописные символы при помощи нейросетей. Как и Клейнрок, он в итоге стал работать на лабораторию за аспирантские заслуги, решая задачи, связанные с компьютерной графикой и компьютерным зрением, к примеру, распознавание граней и генерация трёхмерных изображений, на более крупном и мощном TX-2.
Большую часть 1964 года Робертс в основном концентрировался на работе с изображениями. А потом он встретился с Ликом. В ноябре того года он посетил конференцию по будущему компьютеров, спонсируемую ВВС, и проводившуюся в санатории с горячими источниками в Хомстеде, в Западной Виргинии. Там он до глубокой ночи проговорил с другими участниками конференции, и впервые услышал, как Лик излагал свою идею межгалактической сети. У Робертса что-то зашевелилось в голове – он прекрасно справлялся с обработкой компьютерной графики, но, по сути, был ограничен одним уникальным компьютером TX-2. Даже если бы он мог поделиться своим софтом, никто другой не смог бы его использовать, поскольку ни у кого не было эквивалентного оборудования для его запуска. Единственным способом расширять влияние своих работ для него было рассказывать о них в научных работах, в надежде, что кто-то сможет воспроизвести их где-то ещё. Он решил, что Лик прав – сеть была именно тем следующим шагом, который необходимо было сделать для ускорения исследований в области вычислительной техники.
И Робертс в итоге стал работать вместе с Мэриллом, пытаясь связать TX-2 из лаборатории Линкольна по проходящей через всю страну телефонной линии с компьютером SDC в Санта-Монике, Калифорния. В экспериментальном проекте, будто бы скопированном из докладной записки Лика о «межгалактической сети», они планировали заставить TX-2 приостановить работу в середине вычислений, использовать автоматический набиратель номера для звонка SDC Q-32, запустить на том компьютере программу перемножения матриц, а потом продолжить изначальные вычисления, использовав его ответ.
Кроме осмысленности использования дорогой и передовой технологии для того, чтобы передавать через весь континент результаты работы простейшей математической операции, стоит отметить ещё и ужасно малую скорость работы этого процесса из-за использования телефонной сети. Для совершения звонка требовалось настроить выделенную связь между звонившим и вызываемым, которая обычно проходила через несколько различных телефонных станций. В 1965 году практически все они были электромеханическими (именно в этом году AT&T запустила первую полностью электрическую станцию в г.Сакасуна, Нью-Джерси). Магниты передвигали металлические бруски с одного места на другое, чтобы обеспечивать контакт в каждом из узлов. Весь процесс занимал несколько секунд, во время которых TX-2 приходилось просто сидеть и ждать. Кроме того, линии, прекрасно приспособленные для разговоров, были слишком шумными для передачи отдельных битов, и обеспечивали очень малую пропускную способность (пару сотен битов в секунду). Для воистину эффективной межгалактической интерактивной сети требовался иной подход.
Эксперимент Мэрилла-Робертса не продемонстрировал практичность или полезность междугородней сети, показав лишь её теоретическую работоспособность. Но и этого оказалось достаточно.
Решение
В середине 1966 Роберт Тэйлор стал новым, третьим директором IPTO, вслед за Айвэном Сазерлендом. Он был учеником Ликлайдера, тоже психологом, и пришёл в IPTO благодаря тому, что ранее администрировал исследования вычислительной техники в НАСА. Видимо, почти сразу по прибытию, Тэйлор решил, что пришло время воплотить мечту о межгалактической сети; именно он запустил проект, породивший ARPANET.
Деньги от ARPA всё ещё тёкли рекой, поэтому у Тэйлора не было проблем в получении дополнительного финансирования у своего босса, Чарльза Херцфелда. Тем не менее, у этого решения был значительный риск провала. Кроме того, что в 1965 году линий, соединявших противоположные концы страны, было довольно мало, никто ранее не пытался сделать ничего, похожего на ARPANET. Можно вспомнить другие ранние эксперименты в создании компьютерных сетей. К примеру, Принстон и Карнеги-Мэллон подняли сетку из компьютеров с разделяемым доступом в конце 1960-х совместно с IBM. Главным отличием этого проекта была его однородность – в нём использовались абсолютно одинаковые по оборудованию и ПО компьютеры.
С другой стороны, ARPANET пришлось бы иметь дело с разнообразием. К середине 1960-х IPTO финансировал более десяти организаций, у каждой из которых был компьютер, причем все они работали на разном оборудовании и с разным ПО. Возможность делиться ПО редко была даже у разных моделей одного производителя – такое решились проделать только с новейшей линейкой IBM System/360.
Разнообразие систем было риском, добавлявшим как значительную техническую сложность разработке сети, так и возможность разделения ресурсов в стиле Ликлайдера. К примеру, в Иллинойском университете в то время на деньги ARPA строили массивный суперкомпьютер ILLIAC IV. Тэйлору казалось маловероятным, что местные пользователи из Урбана-Кампейн могли бы полностью задействовать ресурсы этой огромной машины. Даже системы куда как более скромного масштаба – TX-2 в лаборатории Линкольна и Sigma-7 в UCLA – обычно не могли делиться друг с другом ПО из-за фундаментальной несовместимости. Возможность преодолеть эти ограничения, получая прямой доступ к ПО одного узла, находясь в другом, была привлекательной.
В работе, описывающей этот сетевой эксперимент, Мэрилл и Робертс предположили, что такой обмен ресурсами приведёт к чему-то вроде рикардовского сравнительного преимущества для вычислительных узлов:
Обустройство сети может привести к определённой специализации сотрудничающих узлов. Если некий узел Х, по причине наличия особого ПО или оборудования, к примеру, особенно преуспеет в инвертировании матриц, можно ожидать, что пользователи других узлов сети будут использовать эту возможность, инвертируя свои матрицы на узле Х, вместо того, чтобы заниматься этим на своих домашних компьютерах.
У Тэйлора была ещё одна мотивация для реализации сети с разделением ресурсов. Покупка для каждого нового узла IPTO нового компьютера, имевшего все возможности, которые когда-либо могли понадобиться исследователям на этом узле, была делом дорогим, и по мере того, как в портфолио IPTO добавлялись всё новые узлы, бюджет опасно расширялся. Связав все финансируемые IPTO системы в одну сеть, будет возможно предоставлять новым получателям грантов более скромные компьютеры, или даже вообще не покупать их. Они могли бы пользоваться необходимыми им компьютерными мощностями на удалённых узлах с избытком ресурсов, а вся сеть работала бы, как общественный резервуар ПО и оборудования.
После запуска проекта и обеспечения его финансирования, последним значимым вкладом Тэйлора в ARPANET был выбор человека, который непосредственно займётся разработкой системы и проследит, чтобы она была реализована. Очевидным выбором стал Робертс. Его инженерные навыки не вызывали сомнений, он уже был уважаемым членом исследовательского сообщества IPTO, и он был одним из немногих людей, имевших реальный опыт разработки и создания компьютерных сетей, работающих на больших расстояниях. Поэтому осенью 1966 года Тэйлор позвонил Робертсу и попросил его приехать из Массачусетса, чтобы работать над ARPA в Вашингтоне.
Но соблазнить его оказалось сложно. Многие научные руководители IPTO скептически относились к правлению Роберта Тэйлора, считая его легковесным. Да, Ликлайдер тоже был психологом, не имел инженерного образования, но, по крайней мере, у него была докторская степень, и определённые заслуги как одного из отцов-основателей интерактивных компьютеров. Тэйлор был неизвестным человеком с дипломом магистра. Как он сможет руководить сложной технической работой в сообществе IPTO? Робертс тоже был среди этих скептиков.
Но комбинация кнута и пряника сделала своё дело (большинство источников указывают на преобладание кнутов при практическом отсутствии пряников). С одной стороны, Тэйлор оказал определённое давление на начальника Робертса в лаборатории Линкольна, напомнив ему, что большая часть финансирования лаборатории теперь исходит от ARPA, и что поэтому ему следует убедить Робертса в преимуществах этого предложения. С другой стороны, Тэйлор предложил Робертсу недавно учреждённый титул «старшего учёного», который будет докладывать через голову Тэйлора непосредственно замдиректора ARPA, а также станет наследником Тэйлора на посту директора. На этих условиях Робертс согласился заняться проектом ARPANET. Пришло время превратить идею разделения ресурсов в реальность.