Sejarah Internet: ARPANET - paket

Diagram jaringan komputer ARPA untuk Juni 1967. Lingkaran kosong - komputer dengan akses bersama, lingkaran dengan tanda hubung - terminal untuk satu pengguna


Menjelang akhir 1966, Robert Taylor, dengan uang dari ARPA, meluncurkan proyek untuk menghubungkan banyak komputer ke dalam satu sistem tunggal, terinspirasi oleh gagasan " jaringan intergalaksi " Joseph Carl Robert Liklider .

Taylor mengalihkan tanggung jawab atas pelaksanaan proyek ke tangan Larry Roberts yang cakap. Pada tahun berikutnya, Roberts membuat beberapa keputusan kritis yang kemudian akan digemakan dalam arsitektur teknis dan budaya ARPANET dan para pengikutnya, dalam beberapa kasus bahkan selama beberapa dekade. Keputusan pertama yang penting, meskipun tidak dalam kronologi, adalah menentukan mekanisme untuk merutekan pesan dari satu komputer ke komputer lain.

Masalah

Jika komputer A ingin mengirim pesan ke komputer B, bagaimana pesan ini dapat ditemukan dari satu ke yang lain? Secara teori, dimungkinkan untuk memungkinkan setiap node dari jaringan komunikasi untuk berkomunikasi dengan yang lain, dengan menghubungkan node fisik ke setiap node dengan satu sama lain. Untuk berkomunikasi dengan B, komputer A cukup mengirim pesan melalui kabel keluar yang menghubungkannya ke B. Jaringan ini disebut terhubung sepenuhnya. Namun, untuk ukuran jaringan yang signifikan, pendekatan ini dengan cepat menjadi tidak praktis, karena jumlah koneksi meningkat seiring kuadrat jumlah node (tepatnya, seperti (n ² - n) / 2).

Oleh karena itu, metode tertentu membangun rute pesan diperlukan, yang, setelah kedatangan pesan di simpul perantara, akan mengirimkannya lebih jauh ke target. Pada awal 1960-an, dua pendekatan dasar untuk memecahkan masalah ini diketahui. Yang pertama adalah metode pengalihan pesan melalui "penyimpanan dan pengiriman." Pendekatan ini digunakan oleh sistem telegraf. Ketika sebuah pesan tiba di simpul perantara, ia sementara disimpan di sana (biasanya dalam bentuk pita kertas) sampai menjadi mungkin untuk memindahkannya lebih jauh ke target, atau ke pusat perantara lain yang lebih dekat ke target.

Kemudian telepon muncul, dan diperlukan pendekatan baru. Penundaan beberapa menit setelah setiap pernyataan yang dibuat melalui telepon, yang harus didekripsi dan dikirim ke tujuan, akan memberikan perasaan percakapan dengan lawan bicara yang terletak di Mars. Sebagai gantinya, telepon menggunakan switching sirkuit. Penelepon memulai setiap panggilan dengan mengirim pesan khusus yang menunjukkan siapa yang ingin ia panggil. Pada awalnya, mereka melakukan ini dengan berbicara dengan operator, dan kemudian memutar nomor yang diproses oleh peralatan otomatis pada sakelar. Operator atau peralatan membuat sambungan listrik khusus antara penelepon dan pihak yang dipanggil. Dalam hal panggilan jarak jauh, ini mungkin memerlukan beberapa iterasi yang menghubungkan panggilan melalui beberapa sakelar. Setelah koneksi terjalin, percakapan itu sendiri dapat dimulai, dan koneksi tetap sampai salah satu pihak memotongnya dengan menutup telepon.

Komunikasi digital, yang diputuskan untuk digunakan dalam ARPANET untuk menghubungkan komputer yang bekerja sesuai dengan skema pembagian waktu , menggunakan fitur telegraf dan telepon. Di satu sisi, pesan data ditransmisikan dalam paket terpisah, seperti pada telegraf, dan bukan dalam bentuk percakapan terus menerus di telepon. Namun, pesan-pesan ini bisa berukuran berbeda untuk tujuan yang berbeda, dari perintah konsol yang panjangnya beberapa karakter, hingga file besar dengan data yang ditransfer dari satu komputer ke komputer lain. Jika file-file tersebut tertunda dalam perjalanan, tidak ada yang mengeluh tentang hal itu. Tetapi interaktivitas jarak jauh membutuhkan respons cepat, seperti panggilan telepon.

Satu perbedaan penting antara jaringan data komputer di satu sisi, dan telepon dengan telegraf di sisi lain, adalah sensitivitas terhadap kesalahan dalam data yang diproses oleh mesin. Perubahan atau kehilangan selama transmisi satu karakter dalam telegram, atau hilangnya bagian kata dalam percakapan telepon, hampir tidak dapat secara serius mengganggu komunikasi dua orang. Tetapi jika derau pada baris itu berganti sedikit dari 0 ke 1 pada perintah yang dikirim ke komputer jarak jauh, ini bisa sepenuhnya mengubah makna perintah. Oleh karena itu, setiap pesan harus diperiksa untuk kesalahan, dan membenci jika ditemukan. Pengulangan seperti itu akan terlalu mahal untuk pesan besar, dan kemungkinan kesalahan lebih besar, karena mereka dikirim lebih lama.

Solusi untuk masalah ini datang berkat dua peristiwa independen yang terjadi pada tahun 1960, namun, yang muncul kemudian diperhatikan pertama kali oleh Larry Roberts dan ARPA.

Pertemuan

Pada musim gugur 1967, Roberts tiba di Gatlinburg, Tenn., Dari balik puncak-puncak hutan di Pegunungan Great Smoky, untuk mengantarkan sebuah dokumen yang menceritakan tentang rencana ARPA untuk menyebarkan jaringan. Dia telah bekerja di Kantor Teknologi Pemrosesan Informasi (IPTO) selama hampir satu tahun, tetapi banyak detail dari desain jaringan masih cukup kabur, termasuk solusi untuk masalah routing. Selain referensi yang tidak jelas pada blok dan ukurannya, satu-satunya referensi untuk itu dalam karya Roberts adalah komentar singkat dan menghindar di bagian paling akhir: “Tampaknya perlu untuk menjaga jalur komunikasi yang digunakan secara berkala untuk menerima tanggapan dari sepersepuluh hingga satu detik yang diperlukan untuk pekerjaan interaktif. "Ini sangat mahal dalam hal sumber daya jaringan, dan kecuali kita dapat menelepon lebih cepat, pengalihan dan konsentrasi pesan akan menjadi sangat penting bagi peserta jaringan." Jelas, pada saat itu, Roberts belum memutuskan apakah akan meninggalkan pendekatan yang ia gunakan dengan Tom Marrill pada tahun 1965, yaitu, menghubungkan komputer melalui jaringan telepon dial-up menggunakan panggilan otomatis.

Secara kebetulan, orang lain hadir pada simposium yang sama, dengan ide pemikiran yang jauh lebih baik untuk menyelesaikan masalah routing dalam jaringan data. Roger Scantbury melintasi Atlantik, tiba dari Laboratorium Fisik Nasional Inggris (NPL) dengan sebuah laporan. Scantlebury menarik Roberts ke samping setelah ceramahnya, dan memberitahunya tentang idenya tentang packet switching . Teknologi ini dikembangkan oleh kepalanya di NPL, Donald Davis. Di AS, prestasi dan sejarah Davis tidak banyak diketahui, meskipun pada musim gugur 1967, kelompok Davis NPL setidaknya satu tahun lebih maju dari ARPA dengan ide-ide mereka.

Davis, seperti banyak perintis awal komputer elektronik, adalah seorang fisikawan melalui pelatihan. Dia lulus dari Imperial College di London pada tahun 1943 pada usia 19, dan langsung dimasukkan ke program pengembangan senjata nuklir rahasia, yang diberi nama kode Tube Alloys . Di sana, ia memimpin sekelompok kalkulator yang menggunakan kalkulator mekanik dan listrik untuk dengan cepat mengeluarkan solusi numerik untuk masalah yang terkait dengan fusi nuklir (pemimpinnya adalah Emil Julius Klaus Fuchs , seorang fisikawan ekspatriat Jerman yang sudah mulai mentransfer rahasia senjata nuklir ke USSR ) Setelah perang, dari ahli matematika John Womersley, ia mendengar tentang proyek yang ia pimpin di NPL - itu adalah penciptaan komputer elektronik yang seharusnya melakukan semua perhitungan yang sama dengan kecepatan yang jauh lebih cepat. Dikembangkan oleh Alan Turing, komputer itu disebut ACE, "mesin komputasi otomatis."

Davis memanfaatkan ide ini, dan menyewa NPL secepat mungkin. Berkontribusi pada desain terperinci dan penciptaan komputer ACE, ia tetap terlibat dalam bidang komputer sebagai pemimpin penelitian di NPL. Pada tahun 1965, kebetulan ia berada di Amerika Serikat pada pertemuan profesional terkait pekerjaannya, dan menggunakan kesempatan ini untuk mengunjungi beberapa lokasi besar berbasis komputer dengan berbagi waktu untuk melihat apa yang terjadi. Di lingkungan komputer Inggris, pembagian waktu dalam pengertian Amerika tentang berbagi komputer interaktif antara banyak pengguna tidak diketahui. Alih-alih, pembagian waktu mereka berarti mendistribusikan beban komputer di antara beberapa program pemrosesan batch (sehingga, misalnya, satu program berfungsi sementara yang lain sibuk membaca dari rekaman itu). Maka opsi ini akan disebut multiprogramming.

Pengembaraan Davis membawanya ke Project MAC di MIT, Proyek JOSS dari RAND Corporation di California, dan ke sistem pembagian waktu Dartmouth di New Hampshire. Dalam perjalanan pulang, salah satu rekannya menyarankan untuk mengadakan lokakarya berbagi untuk memberi tahu komunitas Inggris tentang teknologi baru yang telah mereka pelajari di Amerika Serikat. Davis setuju, dan menjadi tuan rumah bagi banyak tokoh utama di bidang komputasi Amerika, termasuk Fernando Jose Corbato (pencipta "sistem pembagian waktu yang kompatibel" di MIT) dan Larry Roberts sendiri.

Selama seminar (atau, mungkin, segera setelah), Davis dikejutkan oleh gagasan bahwa filosofi pembagian waktu dapat diterapkan pada jalur komunikasi komputer, dan bukan hanya ke komputer itu sendiri. Komputer yang berbagi waktu memberi setiap pengguna waktu prosesor yang sedikit, dan kemudian beralih ke yang lain, menciptakan ilusi memiliki komputer interaktif bagi masing-masing pengguna. Demikian juga, dengan memotong setiap pesan menjadi ukuran standar, yang disebut Davis sebagai "paket," satu saluran komunikasi dapat dibagi antara beberapa komputer atau pengguna komputer yang sama. Selain itu, ini akan menyelesaikan semua aspek transmisi data yang sakelar telepon dan telegrafnya tidak beradaptasi dengan baik. Seorang pengguna yang bekerja dengan terminal interaktif, mengirim perintah pendek dan menerima tanggapan pendek, tidak akan diblokir oleh transfer file besar, karena transfer ini akan dibagi menjadi banyak paket. Kerusakan pada pesan besar seperti itu akan mempengaruhi satu paket yang dapat dengan mudah dikirim kembali untuk menyelesaikan pesan.

Davis menggambarkan idenya dalam sebuah karya yang tidak dipublikasikan dari tahun 1966, "Sebuah Tawaran untuk Jaringan Komunikasi Digital." Pada saat itu, jaringan telepon yang paling canggih berada di ambang komputerisasi sakelar, dan Davis mengusulkan untuk mengintegrasikan paket switching ke jaringan telepon generasi baru, menciptakan jaringan komunikasi broadband tunggal yang mampu menangani berbagai permintaan, dari panggilan telepon sederhana hingga akses jarak jauh ke komputer. Pada saat itu, Davis telah dipromosikan menjadi manajer NPL, dan dia membentuk tim komunikasi digital yang dipimpin oleh Scantlebury untuk mengimplementasikan proyeknya dan membuat demo yang berfungsi.

Pada tahun menjelang konferensi Gatlinburg, tim Scantlebury mengerjakan semua detail menciptakan jaringan packet-switched. Satu node dapat gagal melalui routing adaptif, mampu bekerja dengan beberapa jalur ke tujuan, dan satu paket dapat diselesaikan dengan mengirimnya kembali. Simulasi dan analisis mengatakan bahwa ukuran paket optimal akan menjadi 1000 byte - jika Anda membuatnya jauh lebih kecil, maka biaya throughput garis untuk metadata di header akan terlalu besar, lebih lama - dan waktu respons untuk pengguna interaktif akan meningkat terlalu sering karena pesan besar .


Karya Scantlebury berisi rincian seperti format paket ...


... dan analisis pengaruh ukuran paket pada latensi jaringan.

Sementara itu, pencarian Davis dan Scantlebury mengarah pada penemuan karya penelitian terperinci yang dilakukan oleh orang Amerika lain yang datang dengan ide serupa beberapa tahun sebelumnya. Tetapi pada saat yang sama, Paul Beran , seorang insinyur listrik dari RAND Corporation, tidak memikirkan kebutuhan pengguna komputer dengan pembagian waktu sama sekali. RAND adalah sebuah lembaga think tank yang didanai oleh Departemen Pertahanan AS di Santa Monica, California, yang dibuat setelah Perang Dunia II untuk rencana jangka panjang dan menganalisis masalah-masalah strategis bagi militer. Tujuan Beran adalah menunda perang nuklir dengan menciptakan jaringan komunikasi militer yang sangat andal yang dapat bertahan bahkan dari serangan nuklir skala besar. Jaringan seperti itu akan membuat serangan pendahuluan dari USSR kurang menarik, karena akan sangat sulit untuk menghancurkan kemampuan Amerika Serikat untuk mencapai beberapa titik sensitif sebagai respons. Untuk tujuan ini, Beran mengusulkan sistem yang memecah pesan menjadi apa yang ia sebut blok pesan yang dapat ditransmisikan secara independen melalui jaringan node komunikasi dengan jumlah koneksi yang berlebihan, dan kemudian berkumpul bersama di titik akhir.

ARPA memiliki akses ke laporan tebal Baran untuk RAND, tetapi karena mereka tidak terhubung ke komputer interaktif, pentingnya mereka untuk ARPANET tidak jelas. Roberts dan Taylor, tampaknya, tidak pernah diperhatikan. Alih-alih, sebagai hasil pertemuan kebetulan, Scantlebury menyajikan segalanya kepada Roberts di atas piring perak: mekanisme switching yang dipikirkan dengan matang, penerapan tugas untuk menciptakan jaringan komputer interaktif, bahan referensi dari RAND, dan bahkan nama "paket". Pekerjaan NPL juga meyakinkan Roberts bahwa itu akan membutuhkan kecepatan yang lebih tinggi untuk mendapatkan bandwidth yang baik, jadi dia memperbarui rencananya menjadi tautan 50 kbps. Untuk membuat ARPANET, bagian mendasar dari masalah rute diselesaikan.

Benar, ada versi lain dari gagasan packet switching. Roberts kemudian mengklaim bahwa dia sudah memiliki pemikiran yang sama di kepalanya, berkat karya rekannya, Len Kleinrock, yang diduga menggambarkan konsep ini pada tahun 1962, dalam disertasi doktoralnya di jaringan komunikasi. Namun, sangat sulit untuk mengekstraksi ide semacam itu dari karya ini, dan selain itu, saya tidak dapat menemukan bukti lain untuk versi ini.

Jaringan yang tidak

Seperti yang dapat kita lihat, sebanyak dua tim berada di depan ARPA dalam pengembangan packet switching, sebuah teknologi yang ternyata sangat efektif sehingga sekarang mendasari hampir semua komunikasi. Mengapa ARPANET menjadi jaringan signifikan pertama yang menggunakannya?

Ini semua tentang kehalusan organisasi. ARPA tidak memiliki izin resmi untuk membuat jaringan komunikasi, tetapi ada sejumlah besar pusat penelitian dengan komputer mereka sendiri, budaya moral "bebas" yang hampir tidak ada yang melihat, dan tumpukan uang. Permintaan awal Taylor dari tahun 1966 untuk dana untuk membuat ARPANET mengumumkan angka $ 1 juta, dan Roberts terus menghabiskan begitu banyak setiap tahun dari tahun 1969 dan seterusnya untuk membuat dan mengoperasikan jaringan ini. Pada saat yang sama, uang seperti itu agak sepele untuk ARPA, jadi tidak ada bosnya yang khawatir tentang apa yang dilakukan Roberts dengan mereka, selama setidaknya bisa ditarik sesuai dengan kebutuhan pertahanan nasional.

Baran di RAND tidak memiliki kemampuan maupun otoritas untuk melakukan apa pun. Karyanya murni penelitian dan analitis, dan itu dapat diterapkan untuk pertahanan jika diinginkan. Pada tahun 1965, RAND benar-benar merekomendasikan sistem Angkatan Udara, dan mereka setuju dengan kelangsungan proyek. Tetapi implementasinya jatuh di pundak badan komunikasi pertahanan, dan di sana mereka tidak terlalu berpengalaman dalam komunikasi digital. Beran meyakinkan otoritas RAND bahwa akan lebih baik untuk mengambil tawaran ini daripada membiarkannya menyadarinya dan merusak reputasi komunikasi digital terdistribusi.

Davis, sebagai kepala NPL, memiliki kekuatan lebih dari Baran, tetapi anggaran lebih terbatas daripada ARPA, dan ia tidak memiliki jaringan sosial dan teknis yang siap pakai dari komputer riset. Dia berhasil membuat prototipe jaringan packet-switched lokal (hanya ada satu node, tetapi banyak terminal) di NPL pada akhir 1960-an, dengan anggaran sederhana sebesar £ 120.000 selama tiga tahun. ARPANET menghabiskan sekitar setengah dari jumlah ini setiap tahun untuk operasi dan pemeliharaan masing-masing dari banyak node jaringan, tidak termasuk investasi awal dalam perangkat keras dan perangkat lunak. Organisasi yang mampu menciptakan jaringan packet-switched Inggris skala besar adalah pos Inggris, yang mengoperasikan jaringan telekomunikasi di negara itu, kecuali untuk surat langsung. Davis berhasil menarik minat beberapa pejabat berpengaruh dalam idenya tentang jaringan digital nasional, tetapi ia tidak dapat mengubah arah pergerakan sistem sebesar itu.

Liklider, yang menggabungkan keberuntungan dan perencanaan, menemukan rumah kaca yang indah tempat jaringan intergalaksinya dapat berkembang. Pada saat yang sama, tidak dapat diperdebatkan bahwa semuanya, kecuali pengalihan paket, didasarkan pada uang. Peran dan pelaksanaan ide juga dimainkan. Selain itu, semangat ARPANET juga ditentukan oleh beberapa keputusan penting lainnya pada tahap desain. Oleh karena itu, kami akan memeriksa lebih lanjut bagaimana tanggung jawab didistribusikan antara komputer yang mengirim dan menerima pesan dan jaringan di mana mereka mengirim pesan-pesan ini.

Apa lagi yang harus dibaca

• Janet Abbate, Inventing the Internet (1999)
• Katie Hafner dan Matthew Lyon, Di mana Wizards Stay Up Late (1996)
• Leonard Kleinrock, “Sejarah Awal Internet,” IEEE Communications Magazine (Agustus 2010)
• Arthur Norberg dan Julie O'Neill, Transforming Computer Technology: Pemrosesan Informasi untuk Pentagon, 1962-1986 (1996)
• M. Mitchell Waldrop, The Dream Machine: JCR Licklider dan Revolution That Made Computing Personal (2001)