Русский      English

Локальнi обчислювальнi мережi: створення i розвиток
Вiктор Дорохiн

До першої локальної обчислювальної мережi (ЛОМ)

Важко в даний час не визнати, що основною рушiйною силою розвитку ЛОМ у свiтi є мiжнародний Iнститут iнженерiв по електротехнiцi i радiоелектронiцi (IEEE). Iсторiя його починається в дев'ятнадцятому сторiччi, у 1884 р., коли був заснований Американський iнститут iнженерiв по електротехнiцi (AIEE). Наступний крок був зроблений у 1912-м, i знову в США: Iнститут радiоiнженерiв (The Institute of Radio Engineers) створив свiй комiтет стандартiв. У 1958 р. спочатку об'єдналися комiтети стандартiв Американського iнституту iнженерiв по електротехнiцi й Iнституту радiоiнженерiв, а потiм у 1963 р. i самi цi iнститути, породивши IEEE.

Коли 4 жовтня 1956 р. у СРСР був запущений перший штучний супутник Землi, президент США Ейзенхауер скликав американських учених, щоб вони пояснили Бiлому дому, як забезпечити перевагу США в науцi i технiчному розвитку. Ученi запропонували створити нову структуру усерединi Мiнiстерства оборони, що стала б фiнансувати перспективнi науковi проекти. Розумiючи, що необхiдно вирiшити проблему спiвробiтництва вчених i Мiнiстерства оборони США, мiнiстр Нейл Мак-Елрой органiзував нове агентство - Advanced Research Projects Agency (ARPA). Перед ним була поставлена задача займатися космiчною проблематикою. Це агентство i стало генератором iдей, якi привели через десятилiття з лишком до створення мережi ARPANET, а потiм до всього наступного мережевого буму.

ARPA функцiонувало як державна дослiдницька установа, що не мала власних лабораторiй: воно фiнансувало дослiдження, що проводилися в державному i приватному iнститутах та передбачалося використовувати в майбутнiх вiйськових додатках. Комп'ютернi науки, що тiльки почали становлення в цей час, одержали заступництво ARPA. У 1962 р. ARPA створило новий департамент технологiй обробки iнформацiї (Information Processing Techniques Office, IPTO), якому було доручено вивчити технологiї контролю i керування. Цей департамент i керував роботами в галузi комп'ютерних наук. Першим директором IPTO був психолог, фахiвець з поводження людини, спiвробiтник Массачусетського технологiчного iнституту по iменi Джозеф Карл Ликлайдер (Joseph Carl Licklider). Пiд його керiвництвом IPTO фiнансував дослiдження в декiлькох раптово виниклих галузях комп'ютерних наук, у тому числi в комп'ютерних мережах. Цi роботи i привели до створення ARPANET у 1969 р., коли IPTO очолював уже новий директор Роберт Тейлор (Robert Taylor).

   
 
Джозеф Лiклайдер
 

Хотiлося б сказати кiлька слiв про Лiклайдере. У 1960-х вiн опублiкував свої iдеї щодо майбутньої ролi обчислювачiв, взаємодiючих один з одним у середовищi передачi даних iз множинним доступом. Вiн заглядав далеко вперед, за можливостi перфокарт i перфострiчок, у часи, коли комп'ютери i людина будуть разом працювати в реальному часi. Виконуючи рутиннi обчислення, комп'ютери зможуть звiльнити людей для нових винаходiв. Лiклайдер бачив у людино-машиннiй взаємодiї шлях до пiдвищення якостi й ефективностi рiшення людських проблем. Формулювання цього бачення було важливим внеском у можливiсть людей перевiрити додатка нової технологiї. Працюючи в ARPA, вiн виявився здатний зробити своє бачення реальнiстю. Проекти, що вiн пiдтримував за допомогою своєї програми, забезпечили дослiдження в комп'ютерних науках у США на кiлька наступних рокiв. Бiльш того, це була перша програма, що одержала з боку держави гарантiї фiнансової стабiльностi, вiд якої залежали перспективнi дослiдження. Однак найбiльший вплив Лiклайдер зробив, iмовiрно, на комп'ютерну освiту. До його роботи в ARPA в американських унiверситетах не було вiддiлень, що готували комп'ютерних фахiвцiв. Його програма фiнансувала першi чотири унiверситети, що ввели в себе вiдповiднi курси, виступивши, у свою чергу, як моделi для iнших вiддiлень.

Таким чином, Лiклайдер зiграв центральну роль в iнiцiацiї i постановцi комп'ютерних наук у США.

   
 
Леонард Клейнрок на 30-рiччя Iнтернет
в Калiфорнiйському унiверситетi (Лос-Анджелес, США)
 

У 1961 р. роботу, присвячену комутацiї пакетiв i яка послужила темою для майбутньої дисертацiї опублiкував у Массачусетському технологiчному iнститутi Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock); це було перше згадування про комутацiю пакетiв. Змiст цiєї технологiї полягав у тiм, що при передачi iнформацiї на невизначено велику вiдстань протягом невизначеного великого часу через невизначену кiлькiсть промiжних вузлiв блок переданого повiдомлення повинний бути укладений у капсулу, що мiстить усi необхiднi зведення про повiдомлення, щоб будь-який промiжний вузол мiг визначити його подальший напрямок, а прийомний вузол - прийняти i перевiрити цiлiснiсть.

У 1963 р. у США був створений Iнститут iнженерiв по електротехнiцi i радiоелектронiцi (IEEE) - який став згодом головним розроблювачем масових стандартiв у галузi ЛОМ. Тодi ж захистив дисертацiю Леонард Клейнрок, майбутнiй творець Iнтернету i головний теоретик.

   
 
Пауль Баран
 

У серпнi 1964 р. Пауль Баран (Paul Baran), спiвробiтник корпорацiї RAND, опублiкував меморандум "On Distributed Communications: IX Security, Secrecy, and Tamper-Free Considerations", де уперше висловив iдею побудови розподiленої мережi передачi даних, що не має керуючого центра. Роботи виконувалися за замовленням ВПС США. Однак практичну реалiзацiю iдеї незалежно вiд нього здiйснив три роки потому у Великобританiї Дональд Девiс.

Через рiк агентство ARPA Мiнiстерства оборони США фiнансувало вивчення роботи комп'ютерiв у загальнiй мережi в режимi подiлу часу.

Першу у свiтi ЛОМ створив у 1967 р. Дональд Девiс (Donald Davies) у Нацiональнiй фiзичнiй лабораторiї Великобританiї (British National Physics Laboratory). До цього вiн брав участь в експериментах по створенню цифрових комп'ютерiв i навiть очолював групу, що збирала переведенi з росiйської на англiйську науковi статтi по комп'ютернiй тематицi.

До початку 70-х мережа працювала з пiковою швидкiстю 0,25 Мбiт/с, обслуговуючи близько 200 користувачiв. Надалi Дональд Девiс став вiдомим фахiвцем в галузi захисту iнформацiї. Зокрема, у 1989 р. вiн видав монографiю "Security for Computer Networks".

Створення базових методiв

У США в 1968 р. у Лабораторiї Белла дослiдник В.Чу (W.W.Chu) вводить термiн "Asynchronous Time Division Multiplexing" - так зароджується технологiя ATM. У тому ж роцi Мiнiстерство оборони США схвалило чорновий варiант стандарту MIL-STD-1553 - це був перший у свiтi стандарт на ЛОМ. А у Швецiї Олаф Содерблюм з IBM розробив мережу Token Ring.

У 1969-му дослiдження, що фiнансувалися IPTO, директором якого в цей час був Роберт Тейлор, привели до того, що в Калiфорнiйському унiверситетi в Лос-Анджелесi Леонард Клейнрок створив ARPANET - перший вузол майбутнього Iнтернету. Його творцi були розбитi на двi групи. Перша працювала в унiверситетах i приватних компанiях i вiдповiдала за розвиток мережних технологiй, необхiдних для функцiонування ARPANET. Друга група складалася з дослiдникiв у IPTO, що виконували роль адмiнiстративних директорiв. Окремi особи в цю групу попадали з дослiдницьких iнститутiв, i їхня робота була обмежена керiвництвом i розподiлом фiнансiв.

Через рiк, у 1970-м, на Гавайських островах Норман Абрамсон (Norman Abramson) створив мережу ALOHA - прообраз майбутнiх i Ethernet, i IEEE 802.11. Це була перша у свiтi пакетна радiомережа, що використовувала дивно простий метод доступу до середовища передачi: пакети передавалися в ефiр, коли в цьому виникала необхiднiсть. Якщо через якийсь час поверталося послане таким же простим методом пiдтвердження одержання, то повiдомлення вважалося доставленим. Якщо пiдтвердження не приходило, випливала повторна спроба передачi.

   
 
Ларрi Робертс
 

На початку 1973 р. на однiй з пiвнiчних баз ВПС у США пройшла нарада, у якiй серед iнших взяли участь усi головнi дiючi особи в галузi комп'ютерних мереж: Ларрi Робертс (ARPA), Норман Абрамсон (творець мережi ALOHA), Боб Меткалф (Robert Metcalfe, майбутнiй винахiдник Ethernet), Льон Клейнрок i Фоуад Тобаги (Fouard Tobagi) (обоє - вiдомi теоретики, фахiвцi в областi теорiї iмовiрностi i мереж масового обслуговування). Обговорювалися протоколи доступу до каналу передачi даних. У своєрiдної "таємної вечерi", про яку через тридцять рокiв розповiв Ф.Тобаги, виявилися дивно далекi наслiдки. Пiсля нього база ВПС чомусь змiнює свою назву на Rockwell International, а Боб Меткалф 22 травня подає у фiрмi Xerox записку з пропозицiєю створити Ethernet!

Перша ЛОМ Ethernet, створена Бобом Меткалфом i Девiдом Боггсом у дослiдницькому центрi PARC (Palo Alto Research Centre) фiрми Xerox, працювала зi швидкiстю 2,944 Мбiт/с i з'єднувала один з одним два комп'ютери. Цi комп'ютери мали власнi iмена "Майкельсон" i "Морлi" - по iменi двох учених (Michelson i Morley) XIX столiття, що довели, що "ефiру" (ether) не iснує.

Пiзнiше Меткалф сформулював так називаний закон Меткалфа, що служив вiрою i правдою, коли треба було обгрунтувати необхiднiсть створення ЛОМ: вартiсть ЛОМ iз ростом числа вузлiв росте лiнiйно, а цiннiсть - пропорцiйно квадрату числа вузлiв.

   
 
Боб Меткалф
 

Боб Меткалф мав досить багату бiографiю до моменту створення свого головного дiтища. Вiн народився в Бруклiнi в 1946 р. у родинi технiка по ракетних гiроскопiчних системах. Будучи учнем восьмого класу, вiн виконав свою першу "наукову працю" - iз запчастин залiзницi, що йому спорудив у пiдвалi будинку батько, сконструював пристрiй, що виконував пiдсумовування двох чисел. Цей пристрiй шкiльний учитель назвав "комп'ютером". Здатностi Меткалфа були такi, що в останньому класi школи вiн мiг вiдвiдувати спецiальнi курси в Колумбiйському унiверситетi для особливо обдарованих дiтей, де познайомився з першою мiнi-еом фiрми DEC PDP-8 i навiть намагався писати для неї програму. З цим перiодом пов'язаний забавний i знаменний епiзод. Як говорить Меткалф, в один прекрасний день, прийшовши до унiверситету, вiн знайшов, що комп'ютер украли. А коштував вiн 30 тис. дол.! Жахаючи, що йому доведеться все життя розплачуватися за пропажу, Меткалф знайшов все-таки в собi сили подзвонити в DEC i повiдомив про те що трапилося. Наступного дня в унiверситетi з'явилася людина, що вiдповiдала за маркетинг, що надала комп'ютер. З ним прийшли два фахiвцi зi зв'язкiв iз громадськiстю. Вони поводилися так, начебто збиралися вiдкривати Всесвiтню виставку. Вони заявили, що фiрма DEC зробила перший у свiтi комп'ютер, досить маленький для того, щоб його можна було УКРАСТИ!

У Массачусетськом технологiчному iнститутi Меткалф займався теорiєю пакетної передачi iнформацiї (тема його докторської дисертацiї), а крiм того, взяв участь у роботах по створенню мережi ARPANET. Так що, перейшовши у фiрму Xerox у команду, що займалася проектуванням лазерного принтера, вiн одержав завдання розробити систему зв'язку комп'ютера з цим майбутнiм принтером (як в одному зi своїх iнтерв'ю пояснює сам Бобе Меткалф: "Оскiльки я був мережним опудалом"). Обсяг iнформацiї, яку потрiбно було вивести на сторiнку принтера, складав приблизно 1 Мбiт, а друкувати треба було по однiй сторiнцi в секунду, отже, необхiдна швидкiсть передачi даних по мережi повинна була перевищити 1 Мбiт/с. Виходило, що протоколи типу RS-232 не годилися i було потрiбно щось бiльш продуктивне.

Очевидно, перша ЛОМ у СРСР, розроблена в 1975 р. автором цих рядкiв, з'являється у ФiАН iм.П.Н.Лебедєва (Москва); вона ще дуже недосконала, але в нiй вперше у свiтi застосований "двунаправлений пiдсилювач - формувач"; потiм такий пристрiй будуть називати hub (концентратор). Розроблювача з ФiАН дуже сильно турбувало якiсть сигналiв, оскiльки його ЛОМ виявилася розгалуженою: вона охоплювала кiлька кiмнат, у кожнiй з який до неї повинно було бути пiдключене 6-8 пристроїв. Йому було ясно, що абонентiв у кiмнатах треба "iзолювати" вiд загальної магiстралi. Заявка Боба Меткалфа на патент на аналогiчний пристрiй для Ethernet була подана лише 16 лютого 1977 р.

У 1977 р. японськi вченi М.Токоро (Mario Tokoro - у наступному вiце-президент компанiї Sony) i К. Тамару (Kiichirou Tamaru) розробили спосiб використання Ethernet у радiоканалi (Acknowledging Ethernet). У процесi передачi по радiоканалу неможливо здiйснити прийом iнформацiї, а виходить, неможливо й установити, чи мала мiсце колiзiя. Автори запропонували по закiнченнi прийому iнформацiйного блоку повiдомлення посилати у вiдповiдь невеликий пакет пiдтвердження. Вiдсутнiсть такого пiдтвердження i повинно було говорити про колiзiю. Ця робота стала першою сходинкою до сучасного радiо ЛОМ IEEE 802.11 i IEEE 802.15.

Через рiк Мiжнародна органiзацiя стандартизацiї розробила семирiвневу модель вiдкритої мережної архiтектури, що стала своєрiдним "перекладачем" для рiзнорiдних мережних розробок: стало ясно, як вони спiввiдносяться один з одним. У тiм же 1978 р. з'явився перший варiант стандарту ARINC-429, дотепер справно служить в авiацiї. Топологiя ЛОМ вiдповiдно до цього стандарту була дуже проста: практично крапка - крапка, оскiльки на кручений парi шини лише один пристрiй мав право передавати, iншi (а їх могло бути декiлька) повиннi були тiльки слухати. Якщо був потрiбний двунаправлений обмiн, прокладали другий канал ЛОМ. Настiльки ж просто здiйснювалося i кодування сигналiв: позитивний iмпульс означав передачу одиницi, негативний - нуля.

У 1979 р. у США три фiрми - Xerox, DEC i Intel - об'єднали свої зусилля, щоб стандартизувати Ethernet. Вiдбулося це за посередництвом Боба Меткалфа, що вважає це об'єднання навiть бiльш важливою своєю заслугою, чим винахiд самої Ethernet. Аргументи, "що добили" конкуруючi сторони, були простi: об'єднання зусиль для стандартизацiї багаторазово збiльшувало загальний збут виробiв i пiдвищувало прибуток кожної компанiї.

4 липня того ж 1979 р. Боб Меткалф за допомогою фiрми DEC заснував компанiю 3Com (потрiйна абревiатура вiд COMputer COMmunications COMpability - сумiснiсть комп'ютерних комунiкацiй). У задачу компанiї входило виробництво мережного устаткування, що вiдповiдає майбутньому стандарту Ethernet. А тим часом Комiтет зi стандартизацiї СРСР затвердив ДСТ 18977-79 (аналог ARINC-429) - це єдиний вiдомий приклад оперативної роботи нашого вiдомства.

Американський нацiональний iнститут стандартiв (ANSI) у 1979 р. сформував цiльову групу (Task Group) X3T9.5 iз задачею розробки високоякiсного каналу обмiну даними, названого Local Distributed Data Interface (LDDI), - у результатi був створений FDDI.

У вереснi 1979 р. була опублiкована робота, присвячена приорiтетно-кодовим методам доступу до шини ЛОМ, що виявила собою одну з перших спроб радикального рятування вiд колiзiй у Ethernet (J. Capetanakis, "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels"). У СРСР цей метод доступу, багаторазово "перевiдкривався" рiзними фахiвцями, називався "приорiтетно-кодовий метод арбiтражу шини". Згодом вiн знайшов застосування в шинi CAN iз сiмейства Fieldbus i VAN (ЛОМ автоматизацiї автомобiля, див. PC Week/RE, № 33/2000, с.26)

Спiльна праця DEC, Intel i Xerox завершився 30 вересня 1980 р. опублiкуванням роботи зi стандартизацiї Ethernet, першого варiанта цього стандарту.

У груднi 1980 р. з'явилася стаття П.Ферерта (P.Ferert, "Application of Spread Spectrum Radio to Wireless Terminal Communications"), що поклала початок технiцi радiо-ЛОМ iз безупинним спектром.

З Вiктором Дорохiним, спiвробiтником НДIСI РАН, можна зв'язатися за адресою: v.a.dorohin@ieee.org.


Переклад з росiйської Малашок Т.I.
Матерiали опублiкованi з дозволу редакцiї сайту "Виртуальный компьютерный музей"
Хронологiя розвитку обчислювальної технiки в Українi