ARPANET €” прообраз Интернета

История глобальных сетей началась в конце 50-х годов. В самый разгар холодной войны Министерство обороны США пожелало иметь сеть, которая могла бы пережить даже ядерную войну. В то время все военные телекоммуникации базировались на общественной телефонной сети, которая была сочтена слишком уязвимой. Графически эта уязвимость демонстрируется на рис. (а) ниже.

Здесь черными точками обозначены коммутационные станции, с каждой из которых были связаны тысячи абонентов. Эти коммутаторы, в свою очередь, являлись абонентами для станций более высокого уровня — междугородных. Междугородные станции формировали национальные сети. При этом степень резервной избыточности была минимальной. Уязвимость заключалась в том, что потеря всего одного ключевого коммутатора или междугородной станции разделила бы сеть на изолированные участки.

Пол Бэрен (Paul Baran) был первым, кто предложил создать распределенную сеть на основе коммутации пакетов

Для решения этой проблемы Министерство обороны обратилось к корпорации RAND. Один из ее работников, Пол Бэрен (Paul Baran), разработал проект высоконадежной распределенной сети (рис. выше, б). Поскольку по линиям такой большой длины тяжело было бы передать аналоговый сигнал с допустимым уровнем искажений, Бэрен предложил передавать цифровые данные и использовать технологию коммутации пакетов. Им было написано несколько отчетов для Министерства обороны, в которых описывались подробности реализации его идей. Пентагону понравилась предложенная концепция, и компании AT&T (тогдашнему монополисту в США по части телефонных сетей) было поручено разработать прототип. AT&T сразу же отклонила идеи Бэрена. Конечно, богатейшая и крупнейшая компания не могла позволить какому-то мальчишке указывать ей, как следует строить телефонные сети. Было заявлено, что бэреновскую сеть построить невозможно, и на этом проект был закрыт.

Запуск СССР первого искусственного спутника в октябре 1957 году — серьезный толчок развития в Истории Интернета

Прошло еще несколько лет, но Министерству обороны так и не было предложено никакой замены существующей системе оперативного управления. Чтобы понять, как развивались события дальше, мы вспомним октябрь 1957 года, когда в СССР был запущен первый в мире искусственный спутник Земли и тем самым основной соперник США получил преимущество в космосе. Тогда президент Эйзенхауэр задумался о том, кто же допустил такой прокол. И выяснилось, что армия, флот и ВВС США только зря проедают деньги, отпущенные Пентагоном
на научные исследования. Было немедленно решено создать единую научную организацию под покровительством Министерства обороны, ARPA (Advanced Research Projects Agency, Управление перспективного планирования научно-исследовательских работ). У ARPA не было ни ученых, ни лабораторий. У нее вообще практически ничего не было, за исключением небольшого офиса и скромного (по меркам Пентагона) бюджета. ARPA занималось тем, что выбирало из множества предлагаемых университетами и компаниями проектов наиболее перспективные и организовывало выделение грантов под эти проекты и заключение контрактов с этими организациями.

Ларри Робертс (Larry Roberts) — директор ARPA, ответственный за начало развития компьютерных сетей

Все первые годы своего существования ARPA пыталось определиться с направлением своей деятельности, пока внимание ее директора Ларри Робертса (Larry Roberts) не привлекли компьютерные сети. Он наладил контакты с различными экспертами, пытаясь понять, какие разработки могут представлять наибольший интерес для Министерства обороны. Один из экспертов, Весли Кларк (Wesley Clark), предложил построить подсеть с коммутацией пакетов, где каждый хост имел бы собственный маршрутизатор.

После преодоления собственного скептицизма Робертс все же решился приобрести эту идею и представил некий смутный отчет, касающийся этого, на симпозиуме ACM SIGOPS, посвященном принципам работы операционных систем. Симпозиум состоялся в Гетлингбурге, штат Теннесси, в конце 1967 года (Roberts, 1967). К большому удивлению Робертса, он услышал доклад, в котором описывалась очень похожая система, причем зта система была не только спроектирована, но и реализована под руководством Дональда Дэвиса (Donald Davis)
в Национальной физической лаборатории (NPL) Англии. Разработанная NPL сеть, конечно, не охватывала всю страну — она вообще соединяла лишь несколько компьютеров на территории организации, но ее реализация доказала, что пакетная коммутация может с успехом применяться на практике. Более того, то, что услышал Роберте, практически цитировало отвергнутую когда-то разработку Бэрена! Директор ARPA уехал из Гетлингбурга с твердым намерением создать в Америке то, что позднее будет названо ARPANET.

Подсеть должна была состоять из специализированных мини-компьютеров, называемых IMP (Interface Message Processor), соединенных линиями связи, передающими информацию со скоростью 56 Кбит/с. Для повышения надежности каждый IMP должен был соединяться как минимум с двумя другими IMP. Подсеть должна была быть дейтаграммной, чтобы в случае если какие-либо линии и IMP разрушатся, сообщения могли бы автоматически выбрать альтернативный путь.

Каждый узел сети должен был состоять из IMP и хоста, находящихся в одной комнате и соединенных коротким проводом. Хост мог пересылать своему IMP сообщения длиной до 8063 бит, которые IMP разбивал на пакеты, как правило, по 1008 бит, и пересылал их далее, независимо друг от друга, к пункту назначения. Пакет пересылался дальше только после того, как он был получен целиком, — таким образом, это была первая электронная коммутирующая пакеты сеть с промежуточным хранением.

Затем агентство ARPA предложило тендер на строительство подсети. В тендере участвовали двенадцать компаний. Оценив предложения, агентство ARPA выбрало BBN, консалтинговую фирму в Кембридже, штат Массачусетс, и в декабре 1968 года подписало с ней контракт на постройку подсети и создание для нее программного обеспечения. BBN решило использовать специально модифицированные мини-компьютеры Honeywell DDP-316 с 12 Кбайт 16-разрядных слов оперативной памяти в качестве IMP. У IMP не было дисков, поскольку движущиеся детали были сочтены ненадежными. Их соединили линиями с пропускной способностью по 56 Кбит/с, арендованными у телефонных компаний. Хотя в наше время 56 Кбит/с — это выбор подростков, которые еще не могут позволить себе ADSL или прокладку качественного кабеля, в 1968 году ничего более высокоскоростного просто не существовало.

Программное обеспечение было разбито на две части: для подсети и хостов. Подсетевое программное обеспечение состояло из части соединения хост — IMP со стороны IMP, протокола IMP—IMP и протокола между IMP-источником и IМР-приемником, разработанного для улучшения надежности. Оригинальная структура сети ARPANET показана на рис. ниже.

Вне подсети также требовалось программное обеспечение, а именно: соединение хост—IMP со стороны хоста, протокол хост—хост и прикладные программы. Как вскоре выяснилось, фирма BBN полагала, что ее задача ограничивается приемом сообщения на линии хост—IMP и передачей его на линии IMP—хост приемника.

Чтобы решить проблему программного обеспечения для хостов, Ларри Роберте летом 1969 года созвал совещание сетевых исследователей, большей частью аспирантов, в городе Сноуберд (Snowbird), штат Юта. Аспиранты ожидали, что какой-нибудь эксперт в области сетей объяснит им устройство сети и его программное обеспечение, после чего распределит между ними работу. С изумлением они обнаружили, что не было ни специалиста по сетям, ни плана. Они должны были сами решать, что нужно сделать.

Невероятный рост первой экспериментальной компьютерной сети

Тем не менее в декабре 1969 года удалось запустить экспериментальную сеть, состоящую из четырех узлов, расположенных в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA), Калифорнийском университете в Санта-Барбаре (UCSB), Исследовательском институте Стэнфорда (SRI, Stanford Research Institute) и университете штата Юта. Были выбраны эти четыре университета, поскольку у них был большой опыт общения с агентством ARPA; кроме того, у всех имелись различные и совершенно несовместимые компьютеры-хосты (чтобы было веселее). Сеть быстро росла по мере создания и установки новых IMP. Вскоре она охватила все Соединенные Штаты. На рис. ниже показано, как быстро росла сеть ARPANET в первые три года.

Помимо помощи развивающейся сети ARPANET, агентство ARPA также финансировало исследовательские работы по спутниковым сетям и разработку мобильных пакетных радиосетей. На одной знаменитой демонстрации грузовик, который ездил по Калифорнии, посылал сообщения по пакетной радиосети в SRI, которые затем передавались по ARPANET на Атлантическое побережье США и по спутниковой сети транслировались в University College в Лондоне. Таким образом, исследователь в грузовике мог работать с компьютером, находящимся в Лондоне.

При этой демонстрации также выяснилось, что имеющиеся протоколы сети ARPANET непригодны для работы с объединенными сетями. В результате были произведены дополнительные исследования в области протоколов, завершившиеся изобретением модели и протоколов TCP/IP (Cerf и Kahn, 1974). TCP/IP был специально разработан для управления обменом данными по интерсетям, что становилось все более и более важным по мере подключения все новых сетей к ARPANET.

Роль UNIX в становлении Интернета

Чтобы поощрить принятие новых протоколов, ARPA заключило несколько контрактов с BBN и Калифорнийским университетом в Беркли для интеграции этих протоколов в Berkeley UNIX. Исследователи в Беркли разработали удобный программный интерфейс для выхода в сеть (сокеты), а также написали множество приложений, утилит и управляющих программ, чтобы упростить работу с сетью.

Время было выбрано прекрасно. Многие университеты только что приобрели второй или третий компьютер VAX и ЛВС, чтобы их соединить, но у них не было сетевого программного обеспечения. С появлением системы UNIX 4.2 BSD, в которую вошли TCP/IP, сокеты и большое количество сетевых утилит, полный пакет был принят немедленно. Кроме того, TCP/IP позволял легко соединить локальную сеть с ARPANET, что многие и делали.

В течение 80-х годов к ARPANET были подсоединен еще ряд сетей, в основном ЛВС. По мере роста размеров глобальной сети задача поиска хостов становилась все сложнее. В результате была создана система DNS (Domain Name System — служба имен доменов), позволившая организовать компьютеры в домены и преобразовывать имена хостов в IP-адреса. С тех пор DNS стала обобщенной распределенной системой баз данных, хранящей имена хостов и доменов.

NSFNET — первая глобальная сеть на основе TCP/IP

В конце 70-х Национальный научный фонд США (NSF, National Science Foundation) пришел к выводу, что сеть ARPANET оказывает огромное влияние на исследовательские работы университетов, позволяя ученым всей страны обмениваться информацией и совместно работать над проектами. Однако для получения доступа к ARPANET университет должен был заключить контракт с Министерством обороны, которого у многих университетов не было. Ответом NSF стала идея создания сети-преемника ARPANET, которая была бы открыта для всех университетских исследовательских групп. Чтобы начать с чего-нибудь конкретного, Национальный научный фонд решил построить сетевую магистраль, соединив ею шесть суперкомпьютерных центров в Сан-Диего, Боулдере, Шампейне, Питтсбурге, Итаке и Принстоне. К каждому суперкомпьютеру был присоединен небольшой микрокомпьютер LSI-11, называемый фаззбол (mzzball). Эти мини-компьютеры соединили выделенными линиями по 56 Кбит/с и сформировали подсеть по той же аппаратной технологии, которая использовалась в ARPANET. Однако программная технология была другой — мини-компьютеры с самого начала использовали протокол TCP/IP, составляя, таким образом, первую в мире глобальную сеть на основе протокола TCP/IP.

Национальный научный фонд также профинансировал создание нескольких (всего около 20) региональных локальных сетей, соединенных с магистралью, что позволило пользователям в тысячах университетов, исследовательских лабораторий, библиотек и музеев получить доступ к суперкомпьютерам. Вся сеть, состоящая из магистрали и региональных сетей, получила имя NSFNET. Она соединялась с ARPANET через линию между IMP и микрокомпьютером в компьютерном зале университета Карнеги — Меллона (Carnegie — Mellon University). Первоначальная магистраль сети NSFNET изображена на рис. ниже.

Сеть NSFNET имела мгновенный успех, ей предсказывали большое будущее. Национальный научный фонд сразу же после завершения работы над NSFNET начал планировать следующую сеть и с этой целью подписал контракт с базирующимся в штате Мичиган консорциумом MERIT. Для создания второй версии магистрали сети у оператора междугородной связи MCI (Microwave Communications, Inc. — компания, объединившаяся с тех пор с WorldCom) были арендованы волоконно-оптические каналы с пропускной способностью в 448 Кбит/с. В качестве маршрутизаторов использовались IBM PC-RT (RT-PC — RISC Technology Personal Computer — персональный компьютер на основе процессора с сокращенным набором команд). Вскоре и этого стало недостаточно, и вторая магистраль была ускорена до 1,5 Мбит/с.

Коммерциализация сети NSFNET — новый этап развития будущей сети Интернет

Рост отрасли продолжался, но Национальный научный фонд понимал, что правительство не сможет финансировать развитие сетей постоянно. Кроме того, коммерческие организации выражали желание поучаствовать в общем деле, но уставом фонда им было запрещено использовать сети, за которые заплатил Национальный научный фонд. Впоследствии Национальный научный фонд поддержал создание компаниями MERIT, MCI и IBM некоммерческой корпорации ANS (Advanced Networks and Services, Inc.) в качестве первого шага на пути коммерциализации. В 1990 году ANS вступила во владение сетью NSFNET и усовершенствовала линии со 1,5 Мбит/с до 45 Мбит/с, сформировав ANSNET. Эта сеть проработала пять лет, после чего была продана компании America Online. Но к тому времени уже появилось множество коммерческих фирм, предлагающих свои услуги в области IP-коммуникаций. Стало понятно, что государству не удастся выдержать конкуренцию с ними и оно должно уйти из этого бизнеса.

В декабре 1991 года Конгресс США утвердил закон, разрешающий создание сети NREN (National Research and Education Network — государственная научно-исследовательская и образовательная сеть), являвшейся преемницей сети NSFNET, но работающей на гигабитных скоростях. Целью было создание государственной сети, работающей на скорости 3 Гбит/с, до конца тысячелетия. Эта сеть должна была служить прототипом для многократно обсуждавшейся информационной супермагистрали.

Для того чтобы облегчить переход с одних сетей на другие и гарантировать, что все региональные сети могут связаться друг с другом, Национальный научный фонд заключил контракт с четырьмя различными сетевыми операторами об организации пунктов доступа к сети (NAP, Network Access Point). Этими операторами были компании PacBell (Сан-Франциско), Ameritech (Чикаго), MFS (Вашингтон) и Sprint (Нью-Йорк, с которым для удобства NAP были объединены Пеннсаукен и Нью-Джерси). Каждый сетевой оператор, который хотел предоставлять услуги по соединению региональных сетей NSF, должен был подключиться ко всем пунктам NAP.

Таким образом, пакет, пересылаемый с одной сети в другую, мог выбирать, по какому каналу перемещаться от одного пункта NAP до другого. Из-за этого операторы были вынуждены соперничать друг с другом в области цен и предоставляемых услуг, как, собственно, и было задумано. Концепция единой магистрали была заменена коммерчески управляемой конкурентной инфраструктурой. Многие люоят критиковать государственные структуры США за их консерватизм, а между тем не кто иные, как Министерство обороны и государственный Национальный научный фонд, создали все необходимые условия для развития Интернета, а затем передали свои закрытые разработки массовому пользователю.

В 90-х годах в других странах и регионах также были построены сети, сравнимые с NSFNET. Так, в Европе EuropaNET является IP-магистралью для исследовательских организаций, a EBONE представляет собой коммерчески ориентированную сеть. Обе сети соединяют большое число европейских городов. Скорость каналов изначально составляла 2 Мбит/с, но впоследствии была увеличена до 34 Мбит/с. В конечном счете сетевая инфраструктура в Европе, как и в США, превратилась в промышленную отрасль.
Так развивалась и росла сеть Интернет, такова ее история.

http://itandlife.ru/technology/computer-networks/istoriya-sozdaniya-interneta-ili-kak-poyavilsya-internet-video/