Текст книги "Удивительный интернет"

Кто придумал Интернет?

На простой вопрос: «Кто придумал Интернет?» простого ответа дать нельзя. Интернет не изобрел один человек, здесь работы хватило многим. И хватает, и хватит еще надолго.

Принято считать, что начало развитию Интернета положил доклад «RAND Corporation» по вопросу устойчивости систем связи в условиях ядерной войны. Доклад этот в 1960 году представила группа, которой руководил видный инженер-электрик Пол Бэрен (Paul Baran, 1926–2011). Таким образом, П. Бэрена с полным основанием можно считать отцом-основателем Интернета.

П. Бэрен родился в еврейской семье в городе Гродно, тогда находившемся на территории Польши. В 1928 году семья перебралась в США, сначала в Бостон, а потом в Филадельфию.

В 1949 году Пол Бэрен получил диплом инженера-электрика и поработал в нескольких компаниях, одна из которых занималась производством первого коммерческого американского компьютера UNIVAC, а другая – системой обработки радиолокационных данных. При этом П. Бэрен перебрался с восточного берега Соединенных Штатов на западный, из Пенсильвании в Калифорнию. Если посмотреть по карте, расстояние это сравнимо с расстоянием от Москвы до Иркутска. Но для американцев, особенно молодых, переезд к новому месту работы – дело обычное, даже если для этого приходится пересечь всю страну.

Пол Бэрен

В 1959 году П. Бэрен начал свою работу в «RAND Corporation» в отделе, проектировавшем системы связи, которые могли бы «выжить» в условиях ядерного удара.

Прежняя система связи была приспособлена к централизованной, иерархической структуре армейского командования. Доклады о том, как идут боевые действия, передавались снизу вверх, от младших командиров к старшим. Приказы же «спускались» сверху вниз, от Генерального штаба к крупным воинским подразделениям, оттуда к подразделениям более мелким, пока, наконец, не достигали уровня командиров рот и взводов.

С появлением радиосвязи управление войсками стало, как казалось генералам, идеально быстрым и идеально надежным. Ведь чем выше был уровень командира, тем дальше он находился от поля боя и тем более защищенным был его штаб. Здесь о защищенности линии связи думать не приходилось. На уровне же роты или взвода, то есть в самом пекле, проблема надежности связи решалась просто: убили радиста – пришлем другого, и связь будет восстановлена.

Появление ракетно-ядерного оружия сделало беззащитными и самые верхние командные уровни. Более того, стало ясно, что именно на них будет направлен первый удар. Обезглавить армию – значит сделать ее небоеспособной. Вспомните тактику испанских конкистадоров при завоевании Южной Америки, о которой мы только что говорили. Ну, хорошо, можно дислоцировать Генеральный штаб в нескольких местах, можно пересидеть ядерный удар в защищенных подземных бункерах. Но как отдавать приказы, если единственная линия связи повреждена? Посылать нарочных по радиоактивной пустыне, как в компьютерной игре Fallout? Проложить несколько запасных телефонных линий, которые в мирное время будут бездействовать? Но сколько таких линий должно быть, чтобы обеспечить приемлемую надежность за приемлемую цену? Одним словом, следовало придумать правильный метод децентрализации линий связи. Эту задачу и должна была решить группа, возглавляемая П. Бэреном.

Ученые моделировали систему связи с помощью особых математических объектов, которые называются графами. В этой модели узлы связи (приемники – передатчики) обозначались точками (вершинами графа), а линии связи – прямыми, соединявшими эти точки (ребрами графа).

Графическая модель с очевидностью демонстрировала ненадежность иерархически организованной системы связи. При повреждении узла связи выходят из строя все связанные с ним линии. «Выбивание» любого узла в системе связи с иерархической структурой (на рисунке – схема а) приводит к тому, что все нижестоящие узлы глохнут, слепнут и немеют. «Выбивание» самого верхнего узла (условно говоря, Генерального штаба) делает бесполезной всю систему связи. Если учесть, что повреждений в системе может быть несколько и на разных уровнях, время восстановления работоспособности иерархической системы драматически возрастает.

Децентрализация системы связи, то есть дублирование некоторых узлов и линий связи, увеличивает общую надежность, но не намного.

А вот распределенная сеть связи (схема б) оказалась очень надежной. Каждый узел в такой сети связан линиями с несколькими соседними узлами. Здесь нет «главных» и «подчиненных» узлов. Если граф централизованной сети по своему внешнему виду напоминает перевернутое дерево (или, по другой терминологии, «веник»), то граф распределенной сети похож на рыболовную сеть с множеством ячеек. Так что сложнее: сломать «веник» или разорвать «невод»?

С помощью компьютерного моделирования П. Бэрен и его группа проанализировали устойчивость распределенной сети с одинаковым количеством линий связи для каждого узла. По ходу моделирования случайным образом повреждались некоторые узлы. После этого считался общий процент узлов, так или иначе доступных для передачи данных. Оказалось, что в распределенной сети, где каждый узел связан не менее чем с тремя соседями, даже при повреждении 50 % узлов сохраняется достаточное количество линий связи для того, чтобы можно было передать сообщение между двумя любыми узлами сети, если не прямо, то окольным путем. В распределенной компьютерной сети всегда отыщется такой путь, и, как правило, не один.

Графические модели систем связи

На этом основана другая идея П. Бэрена – о коммутации пакетов (packet switching). Он предложил передавать по линиям связи не аналоговые, а цифровые сообщения, разбивая их на небольшие равные порции, пакеты. Передача таких пакетов по сети должна была производиться одновременно по разным путям, а в пункте назначения сообщение заново собиралось бы из пришедших пакетов. Такой способ одновременно уменьшал общее время передачи сообщения и повышал надежность передачи.

Правда, чтобы эта идея заработала, каждый узел распределенной сети должен был иметь специальную аппаратуру для коммутации (перенаправления) пакетов в соответствии с определенным алгоритмом и отдельный узел для превращения аналогового сигнала в цифровой и обратно.

Фактически в предыдущем абзаце в одном предложении – хоть патентуй! – описан принцип работы сотовой связи. Без сотовых сетей и мобильных телефонов мы не можем себе представить современную жизнь. Но в начале 1960-х годов ни одна из телефонных компаний (а линии связи тогда были в основном телефонными) технически и коммерчески разумное решение для создания таких сетей не нашла. До появления мобильного телефона оставалось еще пятнадцать лет…

Одновременно с П. Бэреном идею пакетной передачи информации по коммуникационным сетям предложил английский физик Дональд Дэвис (Donald Watts Davies, 1924–2000). Именно он ввел в широкий обиход термин «пакет», ставший одним из основных терминов Интернета.

По окончании Имперского Колледжа в Лондоне, где среди прочего были отмечены его выдающиеся математические способности, Д. Дэвис поступил на работу в национальную физическую лабораторию (National Physical Laboratory – NPL), в группу Алана Тьюринга (Alan Mathison Turing, 1912 – 1954), выдающегося математика и логика, одного из основателей компьютерных наук. Группа Тьюринга создавала первый в Англии компьютер АСЕ.

Дональд Дэвис

Кстати, о математических способностях Дэвиса. Говорят, что он обнаружил ошибку в одной из предыдущих работ своего руководителя. Поскольку в упомянутой работе описывался принцип действия универсальной вычислительной машины, можно считать, что Д. Дэвис был первым человеком в мире, обнаружившим ошибку в компьютерной программе, «баг» (bug). Соответственно, А. Тьюринга можно было считать первым человеком в мире, такую ошибку допустившим. Нельзя сказать, чтобы руководитель отнесся с энтузиазмом к подобному научному рвению своего подчиненного.

Так или иначе, Д. Дэвиса перевели на менее амбициозный проект. Его группе было поручено создание компьютера небольшого размера и ограниченных возможностей. Но меньше – не всегда хуже, особенно в области вычислительной техники. В результате работы группы Д. Дэвиса на свет появился компьютер, оказавшийся самым популярным и самым покупаемым английским компьютером 1950-х годов.

В 1966 году, став заведующим одним из отделов NPL, Д. Дэвис заинтересовался вопросами передачи данных. Идея пакетной передачи информации была высказана им в 1968 году. В начале 1970-х годов в NPL начала функционировать межкомпьютерная сеть, работающая по принципу коммутации пакетов. Успех работы этой сети заставил использовать пакетную передачу информации в межкомпьютерной сети ARPANET, создававшейся в те годы в США.

Одним из самых успешных проектов, инициированных ARPA, считается проект создания электронной сети, которая позволяла осуществлять устойчивый обмен информацией между компьютерами. Эта сеть называлась ARPANET. При ее создании были разработаны и отлажены практически все составляющие будущего Интернета. Даже само слово «Интернет», появилось в процессе работы над этим проектом.

Первая работа группы П. Бэрена была опубликована в виде доклада «RAND Corporation» в 1960 году. До сих пор можно услышать мнение, что именно этот доклад дал толчок работам по созданию сети ARPANET. Это не так. Доклад П. Бэрена в ARPA даже не читали. На самом деле проект ARPANET был запущен по инициативе, исходящей от самого Агентства. А конкретно – от Джозефа Ликлайдера (Joseph Carl Robnett Licklider, 1915 – 1990).

Нельзя сказать, что без этого человека Интернет не был бы создан. Конечно, человечество не «проехало» бы мимо идеи объединения компьютеров в единую Всемирную сеть. Но без Джозефа Ликлайдера это наверняка произошло бы позже. И, без сомнения, по-другому выглядел бы сейчас Интернет, который нынче для многих стал столь же привычным, как холодильник и телевизор. Дело в том, что в начале 1960-х годов никто лучше Дж. Ликлайдера не представлял, как должна выглядеть единая межкомпьютерная сеть США.

Если бы в то время кто-нибудь составил рейтинг людей, имевших большой опыт работы с компьютерами, несомненно, Дж. Ликлайдер занимал бы в этом рейтинге одну из первых, если не самую первую строчку.

Джозеф Ликлайдер

В 1938 году он окончил университет, получив степень бакалавра сразу по трем специальностям: по математике, по физике и по психологии. Людей с такой широтой интересов было тогда в мире не так уж много.

Первые свои научные работы Дж. Ликлайдер сделал как раз в области прикладной психологии. В годы Второй Джозеф Ликлайдер мировой войны он работал в лаборатории психоакустики при Гарвардском университете. Задача, которую здесь решали, касалась улучшения качества переговоров по радио между летчиками, участвующими в бою, и наземным командным пунктом. Речь шла не только об улучшении качества связи (над этим бились радисты), но и о том, как следует строить фразы, чтобы оба говорящих, несмотря на помехи, правильно понимали друг друга – буквально с полуслова. Это было поле деятельности Дж. Ликлайдера и других психоакустиков.

Дж. Ликлайдер написал докторскую диссертацию по психоакустике и занимался исследованиями в этой области уже после окончания войны. При этом он впервые столкнулся с компьютерами и сразу же оценил их возможности, поскольку с помощью таких средств удалось ускорить обработку огромного количества экспериментальных данных, собранных в ходе исследований.

В дальнейшем он уже не расставался с компьютерной тематикой. Став профессором Массачусетского технологического института, Дж. Ликлайдер принимал участие в создании одной из первых компьютерных систем, работавших в диалоге с человеком. Это была система обнаружения стратегических бомбардировщиков противника. Данные с радиолокатора поступали на специальный экран, перед которым сидел оператор. Руководствуясь своим опытом, он выделял из множества вероятных целей, обнаруженных радиолокатором, стратегический бомбардировщик, а дальше компьютер уже сам вел наблюдение за указанным объектом, автоматически обрабатывая результаты, поступавшие на него с радиолокационной станции. Оператор общался с компьютером с помощью специального светового карандаша. До изобретения компьютерной мышки оставалось еще лет пятнадцать, а об экранах, реагирующих на касание пальца, не мечтали даже самые смелые фантасты.

Сейчас работа человека в диалоге с компьютером многим кажется единственно возможной. Трудно представить, что могло быть иначе.

Однако именно так это и было! В середине 1950-х годов словосочетание «персональный компьютер» казалось нонсенсом. Тогдашние компьютеры персональными назвать не мог даже большой фантазер. В Советском Союзе в то время вместо слова «компьютер» употреблялся термин «ЭВМ», который, надо сказать, правильно отражал действительность. Вычислительные устройства были изрядных размеров и занимали большие помещения. Производились они штучно и стоили слишком дорого, чтобы это устройство мог купить индивидуальный пользователь. Более того, вокруг каждого компьютера кружила целая группа техников и программистов. Большинство ЭВМ работало в так называемом «пакетном режиме». Программа расчетов и данные загружались в память с перфокарт или с магнитной ленты. Результаты вычислений выдавались в виде распечаток. Естественно, что при этом ни о каком оперативном изменении хода вычислений и речи быть не могло.

Программисты, стремясь повысить эффективность работы компьютеров, разработали специальные системные программы, позволяющие одновременно обрабатывать несколько заданий. Не отставали и электронщики, обеспечившие возможность подключения к одному компьютеру множества периферийных устройств. Благодаря этому доступ к вычислительным мощностям получали десятки пользователей одновременно. Причем некоторые из них находились порой за сотню километров от работающего компьютера. Зоркий Дж. Ликлайдер увидел в совместной работе многих пользователей на одном компьютере возможность удешевить стоимость использования вычислительной техники, чтобы сделать ее доступной всем.

Отсюда был один шаг до идеи межкомпьютерной сети или, как называл ее Дж. Ликлайдер, «Галактической Сети». Компьютеры следует объединить между собой. Причем все компьютеры во всем мире. Благодаря такой сети любой человек, где бы он ни находился, сможет получить быстрый и практически бесплатный доступ к данным или программам. Не правда ли, точнее описать еще не существовавший Интернет никому не удавалось!

Наконец, Дж. Ликлайдер обладал еще одним важным качеством, необходимым для руководителя проекта. У него был широкий круг знакомств. Он знал многих специалистов, трудившихся в области вычислительной техники и в смежных областях.

Первоначального толчка, приданного Дж. Ликлайдером, хватило на то, чтобы работа «завертелась». Окончательное решение о финансировании проекта ARPANET было принято в начале 1966 года, когда Дж. Ликлайдер уже покинул ARPA, а его место занял Боб Тейлор (Robert William Taylor, родился в 1932). Пошучивают, что Тейлор был лично заинтересован в создании единой компьютерной сети. Возглавляемый им отдел контролировал разработки в компьютерной области, финансируемые правительством. Эти разработки проводились в нескольких университетах США, которые находились в разных частях страны. В кабинете Тейлора находились четыре терминала, и на них стекалась информация из университетских вычислительных центров. При этом система команд и представление выводимой на экран информации не были стандартизированы. На каждом из четырех экранов представлялась своя «картинка», у каждой клавиатуры были свои командные последовательности. Невольно голова пойдет кругом! Создание единой компьютерной сети – не без основания полагал Б. Тейлор – позволит осуществлять вывод всей информации единообразно и на один терминал.

Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) родился в 1934 году в Нью-Йорке. Первую степень по электротехнике он получил в 1957 году на вечернем отделении нью-йоркского городского колледжа, где обучался целых пять с половиной лет. Но не от лени или разгильдяйства. Просто параллельно нужно было работать, зарабатывая на жизнь и на дальнейшую учебу.

Зато потом Л. Клейнроку повезло, что он впоследствии и сам признавал. В 1958 году, когда он смог продолжить учебу в Массачусетском технологическом институте, его руководителем оказался Клод Шеннон, создатель теории информации. «Он был блестящим человеком и стал для меня примером на всю жизнь», – вспоминал позже Л. Клейнрок. Под руководством К. Шеннона он получил в 1959 году степень магистра, а в 1963 году стал доктором в области электротехники и компьютерных наук.

Леонард Клейнрок рядом со шкафом IMP

Главное достижение Л. Клейнрока – создание математической теории пакетной коммуникации и анализ загруженности цифровых компьютерных сетей. Его можно считать одним из первых теоретиков сетевой передачи данных. Но и одним из первых практиков тоже. Более того, можно сказать, что он присутствовал при «родах» Интернета, поскольку первый сеанс межкомпьютерной связи произошел при его непосредственном участии. Как это произошло, мы скоро узнаем.

В 1962 году Л. Клейнрок перебрался из Бостона в Лос-Анджелес, в Калифорнийский университет, и организовал там Центр сетевых измерений (Network Measurement Center – NMC). В центре работали студенты-дипломники и аспиранты. Центр пытался оптимизировать работу компьютеров таким образом, чтобы на них могло работать максимальное число пользователей. Не забудем, что компьютеры тогда были очень большие и очень дорогие, а, кроме того, передача данных по выделенным телефонным линиям тоже стоила немало. Идея состояла в том, чтобы, связав компьютеры в сеть, сделать их общую вычислительную мощность постоянно доступной любому пользователю. Тот, кому нужен компьютер, может воспользоваться электронным помощником сразу же, без всякой предварительной записи, без всякого ожидания. «Счастье для всех, даром, и пусть никто не уйдет обиженным…»

В октябре 1968 года Леонард Клейнрок был включен в проект ARPANET для оценки производительности межкомпьютерной сети.

К этому моменту работы по созданию сети ARPANET велись уже два года. Создавался зародыш межкомпьютерной сети. Линиями для передачи данных были соединены четыре компьютера, находящихся в четырех разных университетах на Западе США. Это были Исследовательский институт Стэнфордского университета (Stanford Research Institute – SRI), Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (University of California at Los Angeles – UCLA) и Калифорнийский университет в Санта-Барбаре (University of California, Santa Barbara – UCSB). Четвертый университет находился в соседнем штате Юта (Utah State University – USU). Все перечисленные университеты располагались на расстоянии сотен километров друг от друга. Каждый университет выполнял работы в рамках различных программ, курируемых агентством ARPA. Компьютеры были куплены за государственные деньги как раз для выполнения этих работ. Все компьютеры были разные и работали они под управлением различных операционных систем.

В течение 1969 года в каждом университете был организован узел сети. Узел обслуживался специализированным мини-компьютером, изготовленным на фирме «BBN». Кстати, в 1969 году именно на этой фирме работал Дж. Ликлайдер. У этого мини-компьютера было собственное название – «Процессор интерфейсных сообщений» (Interface Message Processor, IMP).

Хотя IMP и назывался мини-компьютером, но его размеры были совсем не маленькими. Он представлял собой тяжелый металлический шкаф высотой около двух метров, наполненный электронными блоками. Леонард Клейнрок несколько раз сфотографировался на его фоне, чтобы дать представление о размерах этого процессора. В современных компьютерах работу этого ископаемого монстра выполняет небольших размеров сетевая карта, а то и просто микросхема, размещенная на материнской плате. Это неудивительно. Времена меняются, и техника меняется вместе с ними. Удивительна скорость, с которой происходят эти изменения…

IMP «сыграл роль» в американском шпионском сериале «Американцы» (первая серия второго сезона). В этой серии советские агенты устанавливают в IMP небольшой чемоданчик для контроля и записи всей информации, которая проходит через только создаваемый в те годы Интернет. Попутно один из руководителей проекта читает им краткую лекцию о том, что такое Интернет, сравнивая его с электронной автострадой. К слову сказать, действие этого фильма происходит во время правления Р. Рейгана, то есть, в 1980-е годы. В эти годы Интернет уже стал международной системой, и американцы не имели ничего против того, чтобы Советский Союз подсоединился к ней. Многие секреты при этом не пришлось бы воровать друг у друга…

Но вернемся в далекий 1969 год. К IMP с одной стороны подсоединялся «большой» местный компьютер, а с другой стороны – выделенная телефонная линия. Линия по тем временам была самая лучшая. Она позволяла передавать данные со скоростью 56 кбит/с. Для сравнения: современные линии межкомпьютерной связи передают мегабиты и даже гигабиты информации в секунду.

Чтобы передавать цифровые сигналы по линиям, приспособленным для передачи звука, применялось специальное устройство, «модулятор – демодулятор» или, сокращенно, «модем». На выходе модема генерировалось высокочастотное колебание, которое ухо воспринимало как тонкий писк. Частота выходного сигнала изменялась в зависимости от того, какие цифровые сигналы поступали на вход модема. Тон писка то повышался, то понижался. На другом конце линии такой же модем работал в режиме демодуляции. Воспринимая звуковой сигнал высокой переменной частоты на входе, на выходе он генерировал последовательность цифровых сигналов.

По тому же принципу работает и факс. Писк, который слышится иногда при передаче факсимильного сообщения, является закодированной последовательностью просканированных белых и черных точек, передаваемых по телефонному кабелю.

Каждый узел, в котором был установлен IMP, соединялся телефонными линиями с двумя IMP, размещенными в соседних узлах. Исключением был узел Университета штата Юта. Он соединялся одной телефонной линией только со Стэнфордским университетом (см. рисунок).

В сентябре 1969 года два IMP поступили в Стэнфордский университет и в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Настройка узлов связи, которые разделяло более 500 километров, и проверка соединения между ними заняли около месяца. 29 октября Л. Клейнрок и группа руководимых им студентов старших курсов начали проверку связи между компьютерами двух университетов. Для проверки было решено, находясь в Лос-Анджелесе, зайти на компьютер, который находился в Стэнфорде, то есть передать слово «login», а затем пароль.

Первоначальная конфигурация сети ARPANET. Исторический документ!

Проверку произвели поздно, в 9 часов вечера. Перед началом проверки Л. Клейнрок связался по телефону с оператором, сидевшим у пульта компьютера в Стэнфорде, и нажал на клавишу «L».

– Ты видишь букву «L»? – спросил он по телефону.

– Я вижу букву «L», – ответили из Стэнфорда.

– Ты видишь букву «О»? – спросил Клейнрок, нажав на следующую клавишу.

– Я вижу букву «О», – ответили из Стэнфорда.

После того как была нажата клавиша «G», произошел сбой системы. Связь смогли восстановить только через час. И вот 29 октября 1969 года в 10 часов вечера произошло дистанционное подключение! Таким образом, 29 октября можно считать днем рождения Интернета.

Первую очередь ARPANET испытывали до 1 декабря 1969 года. После этого к сети были подключены еще два узла. Теперь это был полноценный участок будущей сети.

Тут же на эту «лужайку» устремились ребята из Центра сетевых измерений Леонарда Клейнрока. Ведь теперь они могли проверить теорию коммутационных сетей на практике. Вопросов здесь, как всегда, было больше, чем ответов. Каким маршрутом направлять пакеты от узла к узлу, чтобы ускорить процесс передачи и избежать путешествия пакетов по кругу? Как избежать перегрузок сети? Какие новые возможности открывают коммуникационные сети?

Лиха беда начало! Сеть ARPANET стала расти и развиваться очень активно. В 1971 году к ней были подключены уже пятнадцать университетов США. В 1973 году к ARPANET подключились первые пользователи из-за океана: из Великобритании и Норвегии. Сеть стала международной.