تاريخ الإنترنت: ARPANET - الحزمة

مخطط شبكة كمبيوتر ARPA لشهر يونيو 1967. دائرة فارغة - كمبيوتر مع وصول مشترك ، دائرة بها شرطة - محطة لمستخدم واحد


في نهاية عام 1966 ، أطلق روبرت تايلور ، بأموال من ARPA ، مشروعًا لتوصيل العديد من أجهزة الكمبيوتر بنظام واحد ، مستوحى من فكرة " شبكة المجرات " الخاصة بجوزيف كارل روبرت ليكلايدر .

نقل تايلور مسؤولية تنفيذ المشروع إلى أيدي لاري روبرتس القديرة. في السنة التالية ، اتخذ روبرتس العديد من القرارات الحاسمة التي سيتم تكرارها لاحقًا في الهيكل الفني وثقافة ARPANET وأتباعه ، في بعض الحالات حتى لعدة عقود. كان القرار الأول المهم ، وإن لم يكن في التسلسل الزمني ، هو تحديد آلية توجيه الرسائل من كمبيوتر إلى آخر.

المشكلة

إذا أراد الكمبيوتر A إرسال رسالة إلى الكمبيوتر B ، كيف يمكن العثور على هذه الرسالة من واحد إلى آخر؟ من الناحية النظرية ، من الممكن السماح لكل عقدة في شبكة الاتصالات بالتواصل مع الآخرين ، من خلال توصيل العقد المادية بكل عقدة مع بعضها البعض. للتواصل مع B ، يقوم الكمبيوتر A ببساطة بإرسال رسالة عبر الكبل الصادر لتوصيله بـ B. تسمى هذه الشبكة متصلة بالكامل. ومع ذلك ، بالنسبة لأي حجم كبير للشبكة ، يصبح هذا النهج غير عملي بسرعة ، حيث إن عدد الاتصالات يزداد كلما زاد عدد العقد (بدقة ، مثل (n ² - n) / 2).

لذلك ، هناك حاجة إلى طريقة معينة لإنشاء مسار رسالة ، والتي عند وصول الرسالة في عقدة وسيطة ، سوف ترسلها إلى الهدف. في أوائل الستينيات ، كان هناك طريقتان أساسيتان لحل هذه المشكلة معروفة. الأول هو طريقة تبديل الرسائل من خلال "التخزين والنقل". تم استخدام هذا النهج من قبل نظام التلغراف. عندما وصلت رسالة إلى عقدة وسيطة ، تم تخزينها مؤقتًا هناك (عادة في شكل شريط ورقي) حتى أصبح من الممكن نقلها إلى الهدف ، أو إلى مركز وسيط آخر أقرب إلى الهدف.

ثم ظهر الهاتف ، وكان هناك حاجة إلى نهج جديد. إن التأخير لعدة دقائق بعد كل عبارة يتم إجراؤها عبر الهاتف ، والتي كان لا بد من فك تشفيرها ونقلها إلى الوجهة ، من شأنه أن يعطي شعوراً بالمحادثة مع محاور موجود على المريخ. بدلا من ذلك ، استخدم الهاتف تبديل الدائرة. بدأ المتصل كل مكالمة عن طريق إرسال رسالة خاصة تشير إلى من يريد الاتصال به. في البداية ، فعلوا ذلك من خلال التحدث مع المشغل ، ثم طلب رقم يتم معالجته بواسطة معدات أوتوماتيكية على المفتاح. أنشأ المشغل أو الجهاز اتصالًا كهربائيًا مخصصًا بين المتصل والطرف المتصل. في حالة المكالمات البعيدة المدى ، قد يتطلب ذلك عدة تكرارات تربط المكالمة من خلال عدة مفاتيح. بعد إنشاء الاتصال ، يمكن بدء المحادثة نفسها ، وظل الاتصال حتى قاطعها أحد الأطراف عن طريق تعليق الاتصال.

استخدم الاتصال الرقمي ، الذي تقرر استخدامه في ARPANET لتوصيل أجهزة الكمبيوتر التي تعمل وفقًا لنظام مشاركة الوقت ، ميزات كل من التلغراف والهاتف. من ناحية ، تم إرسال رسائل البيانات في حزم منفصلة ، كما هو الحال في التلغراف ، وليس في شكل محادثات مستمرة على الهاتف. ومع ذلك ، يمكن أن تكون هذه الرسائل بأحجام مختلفة لأغراض مختلفة ، بدءًا من أوامر وحدة التحكم بطول عدة أحرف ، إلى الملفات الكبيرة مع نقل البيانات من كمبيوتر إلى آخر. إذا تم تأخير الملفات أثناء العبور ، لم يشتك أحد من ذلك. لكن التفاعل عن بعد تطلب استجابة سريعة ، مثل مكالمة هاتفية.

أحد الاختلافات المهمة بين شبكات بيانات الكمبيوتر من ناحية ، والهاتف مع التلغراف من ناحية أخرى ، كان الحساسية للأخطاء في البيانات التي تتم معالجتها بواسطة الأجهزة. التغيير أو الخسارة أثناء إرسال حرف واحد في برقية ، أو اختفاء جزء من كلمة في محادثة هاتفية ، قد يصعب بشكل خطير تعطيل اتصال شخصين. ولكن إذا تحولت الضوضاء على الخط بت واحد من 0 إلى 1 في الأمر المرسل إلى الكمبيوتر البعيد ، فقد يؤدي ذلك إلى تغيير معنى الأمر تمامًا. لذلك ، كان لا بد من التحقق من كل رسالة عن الأخطاء ، والاستياء إذا تم العثور عليها. مثل هذه التكرار ستكون مكلفة للغاية بالنسبة للرسائل الكبيرة ، واحتمالية حدوث أخطاء فيها أكبر ، حيث يتم إرسالها لفترة أطول.

جاء حل هذه المشكلة بفضل حدثين مستقلين حدثا في عام 1960 ، ومع ذلك ، فإن الأحداث التي ظهرت لاحقًا لاحظها أولاً لاري روبرتس و ARPA.

اجتماع

في خريف عام 1967 ، وصل روبرتس إلى جاتلينبرج ، تين. ، من وراء القمم الحرجية لجبال سموكي ماونتنز ، لتقديم وثيقة تخبرنا عن خطط نشر شبكة ARPA. كان يعمل في مكتب تكنولوجيا معالجة المعلومات (IPTO) لمدة عام تقريبًا ، ولكن العديد من تفاصيل تصميم الشبكة كانت لا تزال غامضة للغاية ، بما في ذلك حل مشكلة التوجيه. بالإضافة إلى الإشارات الغامضة إلى الكتل وأحجامها ، كانت الإشارة الوحيدة إليها في عمل روبرتس هي ملاحظة مختصرة ومراوغة في النهاية: "يبدو من الضروري الحفاظ على خط اتصال يستخدم بشكل دوري لتلقي الردود من عُشر إلى ثانية واحدة اللازمة للعمل التفاعلي. "هذا مكلف للغاية فيما يتعلق بموارد الشبكة ، وما لم نتمكن من الاتصال بشكل أسرع ، سيصبح تبديل الرسائل وتركيزها مهمين للغاية للمشاركين في الشبكة." من الواضح أنه بحلول ذلك الوقت ، لم يكن روبرتس قد قرر بعد ما إذا كان سيتخلى عن الطريقة التي استخدمها مع توم ماريل في عام 1965 ، أي توصيل أجهزة الكمبيوتر من خلال شبكة هاتف الطلب الهاتفي باستخدام الاتصال التلقائي.

من قبيل الصدفة ، كان شخص آخر حاضراً في الندوة نفسها ، مع فكرة أفضل بكثير مدروسة لحل مشكلة التوجيه في شبكات البيانات. عبر روجر سكانتبري المحيط الأطلسي ، قادمًا من المعمل الفيزيائي الوطني البريطاني (NPL) مع تقرير. سحب Scantlebury روبرتس جانبا بعد حديثه ، وأخبره عن فكرته عن تبديل الحزمة . تم تطوير هذه التكنولوجيا من قبل رئيسها في NPL ، دونالد ديفيز. في الولايات المتحدة الأمريكية ، إنجازات ديفيس وتاريخها غير معروفين ، على الرغم من أنه في خريف عام 1967 ، كانت مجموعة ديفيس في NPL تتقدم على ARPA بعام على الأقل بأفكارها.

كان ديفيس ، مثله مثل العديد من رواد أوائل أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية ، عالم فيزياء من خلال التدريب. تخرج من كلية إمبريال في لندن عام 1943 عن عمر يناهز 19 عامًا ، وتم قبوله على الفور في برنامج سري لتطوير الأسلحة النووية ، أطلق عليه اسم " تيوب ألويز" . هناك ، قاد مجموعة من الآلات الحاسبة التي استخدمت الآلات الحاسبة الميكانيكية والكهربائية لإصدار الحلول العددية بسرعة للمشاكل المتعلقة الانصهار النووي (زعيمها كان إميل يوليوس كلاوس فوكس ، عالم الفيزياء المغترب الألماني الذي بدأ بالفعل في نقل أسرار الأسلحة النووية إلى الاتحاد السوفياتي ). بعد الحرب ، من عالم الرياضيات جون Womersley ، سمع عن المشروع الذي قاده في NPL - كان إنشاء جهاز كمبيوتر إلكتروني كان من المفترض أن يؤدي جميع العمليات الحسابية نفسها بسرعة أكبر بكثير. تم تطويره بواسطة Alan Turing ، وكان الكمبيوتر يسمى ACE ، "آلة الحوسبة الآلية".

انتهز ديفيس هذه الفكرة ، ووظف في NPL بأسرع ما يمكن. ساهم في التصميم التفصيلي وإنشاء جهاز كمبيوتر ACE ، بقي مشاركًا بعمق في مجال أجهزة الكمبيوتر كقائد أبحاث في NPL. في عام 1965 ، حدث أنه كان في الولايات المتحدة في اجتماع احترافي يتعلق بعمله ، واغتنم هذه الفرصة لزيارة العديد من المواقع الكبيرة القائمة على الكمبيوتر مع تقاسم الوقت لمعرفة ما تدور حوله كل هذه الضجة. في بيئة الحوسبة البريطانية ، لم يكن معروفًا مشاركة الوقت بالمعنى الأمريكي لمشاركة الكمبيوتر التفاعلي بين عدة مستخدمين. بدلاً من ذلك ، تعني مشاركة وقتهم توزيع حمل الكمبيوتر بين العديد من برامج معالجة الدُفعات (بحيث ، على سبيل المثال ، يعمل أحد البرامج بينما يكون الآخر مشغولًا بالقراءة من الشريط). ثم سوف يسمى هذا الخيار البرمجة المتعددة.

قادته عمليات التجوال التي قام بها ديفيس إلى مشروع MAC في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ومشروع JOSS من شركة راند في كاليفورنيا ، وإلى نظام تقاسم وقت دارتموث في نيو هامبشاير. في الطريق إلى المنزل ، اقترح أحد زملائه عقد ورشة عمل لتبادل المعلومات لإطلاع المجتمع البريطاني على التقنيات الجديدة التي تعلموها في الولايات المتحدة. وافق ديفيس ، واستضاف العديد من الشخصيات الرئيسية في مجال الحوسبة الأمريكية ، بما في ذلك فرناندو خوسيه كورباتو (مبتكر "نظام تقاسم الوقت المتوافق" في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا) ولاري روبرتس نفسه.

خلال الندوة (أو ، ربما بعد ذلك مباشرة) ، دهش ديفيس من فكرة أن فلسفة مشاركة الوقت يمكن تطبيقها على خطوط اتصال أجهزة الكمبيوتر ، وليس فقط على أجهزة الكمبيوتر نفسها. تمنح أجهزة كمبيوتر مشاركة الوقت لكل مستخدم مقدارًا صغيرًا من وقت المعالج ، ثم تقوم بالتبديل إلى مستخدم آخر ، مما يخلق لكل مستخدم الوهم بوجود كمبيوتر تفاعلي خاص به. وبالمثل ، من خلال تقطيع كل رسالة إلى أجزاء من الحجم القياسي ، والتي يطلق عليها ديفيس "الحزم" ، يمكن مشاركة قناة اتصال واحدة بين أجهزة كمبيوتر متعددة أو مستخدمي الكمبيوتر نفسه. علاوة على ذلك ، فإن هذا من شأنه أن يحل جميع جوانب نقل البيانات التي كانت مفاتيح الهاتف والبرق بها سيئة التكيف. لن يتم حظر المستخدم الذي يعمل مع محطة تفاعلية ، وإرسال أوامر قصيرة وتلقي ردود قصيرة ، عن طريق نقل ملف كبير ، حيث سيتم تقسيم هذا النقل إلى العديد من الحزم. سيؤثر أي تلف في هذه الرسائل الكبيرة على حزمة واحدة يمكن إعادة إرسالها بسهولة لإكمال الرسالة.

وصف ديفيز أفكاره في عمل غير منشور من عام 1966 ، "عرض لشبكة الاتصالات الرقمية". في ذلك الوقت ، كانت شبكات الهاتف الأكثر تقدماً على وشك حوسبة المحولات ، واقترح ديفيس دمج تحويل الحزمة إلى شبكة هاتف جيل جديد ، وإنشاء شبكة اتصالات عريضة النطاق واحدة قادرة على معالجة الطلبات المختلفة ، من المكالمات الهاتفية البسيطة إلى الوصول عن بُعد إلى أجهزة الكمبيوتر. بحلول ذلك الوقت ، تمت ترقية ديفيس إلى مدير NPL ، وقام بتشكيل فريق اتصالات رقمية بقيادة Scantlebury لتنفيذ مشروعه وإنشاء عرض تجريبي فعال.

في السنة التي سبقت مؤتمر جاتلينبرج ، وضع فريق Scantlebury كل التفاصيل الخاصة بإنشاء شبكة بتبديل الرزم. يمكن أن تفشل عقدة واحدة من خلال التوجيه التكيفي ، وقادر على العمل مع العديد من المسارات إلى الوجهة ، ويمكن حل حزمة واحدة عن طريق إعادة إرسالها. قال المحاكاة والتحليل أن الحجم الأمثل للحزمة سيكون 1000 بايت - إذا قمت بتقليل حجمها ، فسوف تكون تكاليف إنتاجية الخط للبيانات الوصفية في الرأس كبيرة جدًا وأطول كثيرًا - وسيزداد وقت الاستجابة للمستخدمين التفاعليين كثيرًا بسبب الرسائل الكبيرة .


احتوى عمل Scantlebury على تفاصيل مثل تنسيق الحزمة ...


... وتحليل تأثير أحجام الرزم على زمن انتقال الشبكة.

وفي الوقت نفسه ، أدت عمليات البحث التي قام بها ديفيس وسكانتلبري إلى اكتشاف أعمال بحثية مفصلة قام بها أمريكي آخر توصل إلى فكرة مماثلة قبل عدة سنوات. لكن في الوقت نفسه ، لم يفكر بول بيران ، وهو مهندس كهرباء من شركة راند ، في احتياجات مستخدمي الكمبيوتر الذين يشاركون الوقت على الإطلاق. كان RAND مركز أبحاث مولته وزارة الدفاع الأمريكية في سانتا مونيكا ، كاليفورنيا ، تم إنشاؤه بعد الحرب العالمية الثانية لتخطيط طويل الأجل وتحليل القضايا الاستراتيجية للجيش. كان هدف بيران تأجيل الحرب النووية عن طريق إنشاء شبكة اتصالات عسكرية موثوقة للغاية يمكنها أن تنجو من هجوم نووي واسع النطاق. مثل هذه الشبكة ستجعل ضربة استباقية من الاتحاد السوفياتي أقل جاذبية ، لأنه سيكون من الصعب للغاية تدمير قدرة الولايات المتحدة على ضرب عدة نقاط حساسة ردا على ذلك. تحقيقًا لهذه الغاية ، اقترح بيران نظامًا يقسم الرسائل إلى ما يسميه كتل الرسائل التي يمكن إرسالها بشكل مستقل عبر شبكة من عقد الاتصالات مع عدد مفرط من الاتصالات ، ثم يتم تجميعها معًا عند نقطة النهاية.

تمكنت ARPA من الوصول إلى تقارير باران الضخمة لـ RAND ، ولكن نظرًا لأنها غير متصلة بأجهزة الكمبيوتر التفاعلية ، فإن أهميتها بالنسبة لـ ARPANET لم تكن واضحة. روبرتس وتايلور ، على ما يبدو ، لم يلاحظوا أبدا. بدلاً من ذلك ، كنتيجة لاجتماع فرصة ، قدم Scantlebury كل شيء إلى Roberts على طبق فضي: آلية تبديل مدروسة ، وإمكانية تطبيق لمهمة إنشاء شبكات كمبيوتر تفاعلية ، ومواد مرجعية من RAND ، وحتى اسم "الحزمة". أقنع عمل NPL روبرتس أيضًا بأنه سيتطلب سرعات أعلى للحصول على عرض نطاق ترددي جيد ، لذلك قام بتحديث خططه إلى 50 كيلوبت في الثانية. لإنشاء ARPANET ، تم حل الجزء الأساسي من مشكلة التوجيه.

صحيح ، هناك نسخة أخرى من فكرة تبديل الحزمة. ادعى روبرتس في وقت لاحق أنه كان لديه بالفعل أفكار مماثلة في رأسه ، وذلك بفضل عمل زميله ، لين كلينروك ، الذي زُعم أنه وصف هذا المفهوم في عام 1962 ، في أطروحة الدكتوراه على شبكات الاتصالات. ومع ذلك ، من الصعب للغاية استخراج هذه الفكرة من هذا العمل ، وإلى جانب ذلك ، لم أجد أي دليل آخر على هذا الإصدار.

الشبكات التي لم تكن كذلك

كما نرى ، كان هناك ما يصل إلى فريقين متقدمين على ARPA في تطوير تبديل الحزم ، وهي تقنية تحولت إلى أن تكون فعالة لدرجة أنها الآن تقوم على جميع الاتصالات تقريبًا. لماذا أصبحت ARPANET أول شبكة مهمة تستخدمها؟

كل شيء عن الدقيقة التنظيمية. لم يكن لدى ARPA إذن رسمي لإنشاء شبكة اتصال ، ولكن كان هناك عدد كبير من مراكز البحوث مع أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم ، وثقافة الأخلاق "الحرة" التي لم ينظر إليها أي شخص تقريبًا ، وجبال المال. أعلن طلب تايلور الأولي من عام 1966 للحصول على أموال لإنشاء ARPANET عن رقم قدره مليون دولار ، واستمر روبرتس في إنفاق الكثير كل عام من عام 1969 فصاعدًا لإنشاء هذه الشبكة وتشغيلها. في الوقت نفسه ، كانت هذه الأموال تافهة لـ ARPA ، لذلك لم يكن أي من رؤساءها قلقين بشأن ما كان روبرتس يفعلونه معهم ، طالما أنه يمكن على الأقل بطريقة ما أن يتم جمعها لاحتياجات الدفاع الوطني.

لم يكن لدى Baran في RAND القدرة أو السلطة لفعل أي شيء. كان عمله بحثيا وتحليليا بحتا ، ويمكن تطبيقه على الدفاع إذا رغبت في ذلك. في عام 1965 ، أوصت RAND بالفعل نظام سلاح الجو الخاص بها ، واتفقوا على جدوى المشروع. لكن تنفيذه يقع على عاتق وكالة الاتصالات الدفاعية ، وهناك لم يكونوا على دراية بالاتصالات الرقمية. أقنع بران سلطات راند أنه سيكون من الأفضل التقاط هذا العرض بدلاً من السماح له بإدراكه على أي حال وتدمير سمعة الاتصالات الرقمية الموزعة.

كان لديفيس ، بصفته رئيس NPL ، قوة أكبر بكثير من Baran ، لكن ميزانية محدودة أكثر من ARPA ، ولم يكن لديه شبكة اجتماعية وتقنية جاهزة من أجهزة الكمبيوتر البحثية. تمكن من إنشاء نموذج أولي لشبكة محلية لتبديل الرزم (كان هناك عقدة واحدة فقط ، ولكن العديد من المحطات) في NPL في أواخر الستينيات ، بميزانية متواضعة قدرها 120،000 جنيه إسترليني على مدار ثلاث سنوات. تنفق ARPANET حوالي نصف هذا المبلغ كل عام على تشغيل وصيانة كل من عقد الشبكة العديدة ، باستثناء الاستثمار الأولي في الأجهزة والبرامج. المنظمة القادرة على إنشاء شبكة تبديل حزم بريطانية واسعة النطاق هي البريد البريطاني ، الذي يشغل شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية في البلاد ، باستثناء البريد المباشر. نجح ديفيس في جذب اهتمام بعض المسؤولين المؤثرين بأفكاره حول شبكة رقمية وطنية ، لكنه لم يستطع تغيير اتجاه حركة مثل هذا النظام الضخم.

وجد ليكلايدر ، الذي يجمع بين الحظ والتخطيط ، دفيئة جميلة يمكن أن تزدهر فيها شبكته بين المجرات. في الوقت نفسه ، لا يمكن القول أن كل شيء باستثناء تبديل الحزمة يعتمد على المال. دور وتنفيذ فكرة لعبت أيضا. علاوة على ذلك ، تم تحديد روح ARPANET أيضًا من خلال العديد من القرارات المهمة الأخرى في مرحلة التصميم. لذلك ، سوف نقوم بفحص كيفية توزيع المسؤولية بين أجهزة الكمبيوتر التي أرسلت وتلقي الرسائل والشبكة التي من خلالها أرسلوا هذه الرسائل.

ماذا تقرأ

• جانيت أبيت ، ابتكار الإنترنت (1999)
• كاتي هافنر وماثيو ليون ، حيث يبقى ويزاردز متأخراً (1996)
• ليونارد كلاينروك ، "تاريخ مبكر للإنترنت" ، مجلة IEEE Communications (أغسطس 2010)
• آرثر نوربرج وجولي أونيل ، تحويل تكنولوجيا الكمبيوتر: معالجة المعلومات للبنتاغون ، 1962-1986 (1996)
• م. ميتشل والدروب ، آلة الحلم: JCR Licklider والثورة التي جعلت الحوسبة الشخصية (2001)