Русский      English

Локальні обчислювальні мережі: створення і розвиток
Віктор Дорохін

До першої локальної обчислювальної мережі (ЛОМ)

Важко в даний час не визнати, що основною рушійною силою розвитку ЛОМ у світі є міжнародний Інститут інженерів по електротехніці і радіоелектроніці (IEEE). Історія його починається в дев'ятнадцятому сторіччі, у 1884 р., коли був заснований Американський інститут інженерів по електротехніці (AIEE). Наступний крок був зроблений у 1912-м, і знову в США: Інститут радіоінженерів (The Institute of Radio Engineers) створив свій комітет стандартів. У 1958 р. спочатку об'єдналися комітети стандартів Американського інституту інженерів по електротехніці й Інституту радіоінженерів, а потім у 1963 р. і самі ці інститути, породивши ІEEE.

Коли 4 жовтня 1956 р. у СРСР був запущений перший штучний супутник Землі, президент США Ейзенхауер скликав американських учених, щоб вони пояснили Білому дому, як забезпечити перевагу США в науці і технічному розвитку. Учені запропонували створити нову структуру усередині Міністерства оборони, що стала б фінансувати перспективні наукові проекти. Розуміючи, що необхідно вирішити проблему співробітництва вчених і Міністерства оборони США, міністр Нейл Мак-Елрой організував нове агентство - Advanced Research Projects Agency (ARPA). Перед ним була поставлена задача займатися космічною проблематикою. Це агентство і стало генератором ідей, які привели через десятиліття з лишком до створення мережі ARPANET, а потім до всього наступного мережевого буму.

ARPA функціонувало як державна дослідницька установа, що не мала власних лабораторій: воно фінансувало дослідження, що проводилися в державному і приватному інститутах та передбачалося використовувати в майбутніх військових додатках. Комп'ютерні науки, що тільки почали становлення в цей час, одержали заступництво ARPA. У 1962 р. ARPA створило новий департамент технологій обробки інформації (Information Processing Techniques Office, IPTO), якому було доручено вивчити технології контролю і керування. Цей департамент і керував роботами в галузі комп'ютерних наук. Першим директором ІPTO був психолог, фахівець з поводження людини, співробітник Массачусетського технологічного інституту по імені Джозеф Карл Ликлайдер (Joseph Carl Licklider). Під його керівництвом ІPTO фінансував дослідження в декількох раптово виниклих галузях комп'ютерних наук, у тому числі в комп'ютерних мережах. Ці роботи і привели до створення ARPANET у 1969 р., коли ІPTO очолював уже новий директор Роберт Тейлор (Robert Taylor).

   
 
Джозеф Ліклайдер
 

Потрібно сказати кілька слів про Ліклайдере. У 1960-х він опублікував свої ідеї щодо майбутньої ролі обчислювачів, взаємодіючих один з одним у середовищі передачі даних із множинним доступом. Він заглядав далеко вперед, за можливості перфокарт і перфострічок, у часи, коли комп'ютери і людина будуть разом працювати в реальному часі. Виконуючи рутинні обчислення, комп'ютери зможуть звільнити людей для нових винаходів. Ліклайдер бачив у людино-машинній взаємодії шлях до підвищення якості й ефективності рішення людських проблем. Формулювання цього бачення було важливим внеском у можливість людей перевірити додатка нової технології. Працюючи в ARPA, він виявився здатний зробити своє бачення реальністю. Проекти, що він підтримував за допомогою своєї програми, забезпечили дослідження в комп'ютерних науках у США на кілька наступних років. Більш того, це була перша програма, що одержала з боку держави гарантії фінансової стабільності, від якої залежали перспективні дослідження. Однак найбільший вплив Ліклайдер зробив, імовірно, на комп'ютерну освіту. До його роботи в ARPA в американських університетах не було відділень, що готували комп'ютерних фахівців. Його програма фінансувала перші чотири університети, що ввели в себе відповідні курси, виступивши, у свою чергу, як моделі для інших відділень.

Таким чином, Ліклайдер зіграв центральну роль в ініціації і постановці комп'ютерних наук у США.

   
 
Леонард Клейнрок на 30-річчя Інтернет
в Каліфорнійському університеті (Лос-Анджелес, США)
 

У 1961 р. роботу, присвячену комутації пакетів і яка послужила темою для майбутньої дисертації опублікував у Массачусетському технологічному інституті Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock); це було перше згадування про комутацію пакетів. Зміст цієї технології полягав у тім, що при передачі інформації на невизначено велику відстань протягом невизначеного великого часу через невизначену кількість проміжних вузлів блок переданого повідомлення повинний бути укладений у капсулу, що містить усі необхідні зведення про повідомлення, щоб будь-який проміжний вузол міг визначити його подальший напрямок, а прийомний вузол - прийняти і перевірити цілісність.

У 1963 р. у США був створений Інститут інженерів по електротехніці і радіоелектроніці (ІEEE) - який став згодом головним розроблювачем масових стандартів у галузі ЛОМ. Тоді ж захистив дисертацію Леонард Клейнрок, майбутній творець Інтернету і головний теоретик.

   
 
Пауль Баран
 

У серпні 1964 р. Пауль Баран (Paul Baran), співробітник корпорації RAND, опублікував меморандум "On Dіstrіbuted Communications: ІX Security, Secrecy, and Tamper-Free Considerations", де уперше висловив ідею побудови розподіленої мережі передачі даних, що не має керуючого центра. Роботи виконувалися за замовленням ВПС США. Однак практичну реалізацію ідеї незалежно від нього здійснив три роки потому у Великобританії Дональд Девіс.

Через рік агентство ARPA Міністерства оборони США фінансувало вивчення роботи комп'ютерів у загальній мережі в режимі поділу часу.

Першу у світі ЛОМ створив у 1967 р. Дональд Девіс (Donald Davіes) у Національній фізичній лабораторії Великобританії (British National Physics Laboratory). До цього він брав участь в експериментах по створенню цифрових комп'ютерів і навіть очолював групу, що збирала переведені з російської на англійську наукові статті по комп'ютерній тематиці.

До початку 70-х мережа працювала з піковою швидкістю 0,25 Мбіт/с, обслуговуючи близько 200 користувачів. Надалі Дональд Девіс став відомим фахівцем в галузі захисту інформації. Зокрема, у 1989 р. він видав монографію "Security for Computer Networks".

Створення базових методів

У США в 1968 р. у Лабораторії Белла дослідник В.Чу (W.W.Chu) вводить термін "Asynchronous Time Division Multiplexing" - так зароджується технологія ATM. У тому ж році Міністерство оборони США схвалило чорновий варіант стандарту MІL-STD-1553 - це був перший у світі стандарт на ЛОМ. А у Швеції Олаф Содерблюм з ІBM розробив мережу Token Ring.

У 1969-му дослідження, що фінансувалися ІPTO, директором якого в цей час був Роберт Тейлор, привели до того, що в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі Леонард Клейнрок створив ARPANET - перший вузол майбутнього Інтернету. Його творці були розбиті на дві групи. Перша працювала в університетах і приватних компаніях і відповідала за розвиток мережних технологій, необхідних для функціонування ARPANET. Друга група складалася з дослідників у ІPTO, що виконували роль адміністративних директорів. Окремі особи в цю групу попадали з дослідницьких інститутів, і їхня робота була обмежена керівництвом і розподілом фінансів.

Через рік, у 1970-м, на Гавайських островах Норман Абрамсон (Norman Abramson) створив мережу ALOHA - прообраз майбутніх і Ethernet, і ІEEE 802.11. Це була перша у світі пакетна радіомережа, що використовувала дивно простий метод доступу до середовища передачі: пакети передавалися в ефір, коли в цьому виникала необхідність. Якщо через якийсь час поверталося послане таким же простим методом підтвердження одержання, то повідомлення вважалося доставленим. Якщо підтвердження не приходило, випливала повторна спроба передачі.

   
 
Ларрі Робертс
 

На початку 1973 р. на одній з північних баз ВПС у США пройшла нарада, у якій серед інших взяли участь усі головні діючі особи в галузі комп'ютерних мереж: Ларрі Робертс (ARPA), Норман Абрамсон (творець мережі ALOHA), Боб Меткалф (Robert Metcalfe, майбутній винахідник Ethernet), Льон Клейнрок і Фоуад Тобаги (Fouard Tobagi) (обоє - відомі теоретики, фахівці в області теорії імовірності і мереж масового обслуговування). Обговорювалися протоколи доступу до каналу передачі даних. У своєрідної "таємної вечері", про яку через тридцять років розповів Ф.Тобаги, виявилися дивно далекі наслідки. Після нього база ВПС чомусь змінює свою назву на Rockwell International, а Боб Меткалф 22 травня подає у фірмі Xerox записку з пропозицією створити Ethernet!

Перша ЛОМ Ethernet, створена Бобом Меткалфом і Девідом Боггсом у дослідницькому центрі PARC (Palo Alto Research Centre) фірми Xerox, працювала зі швидкістю 2,944 Мбіт/с і з'єднувала один з одним два комп'ютери. Ці комп'ютери мали власні імена "Майкельсон" і "Морлі" - по імені двох учених (Michelson і Morley) XІX століття, що довели, що "ефіру" (ether) не існує.

Пізніше Меткалф сформулював так називаний закон Меткалфа, що служив вірою і правдою, коли треба було обгрунтувати необхідність створення ЛОМ: вартість ЛОМ із ростом числа вузлів росте лінійно, а цінність - пропорційно квадрату числа вузлів.

   
 
Боб Меткалф
 

Боб Меткалф мав досить багату біографію до моменту створення свого головного дітища. Він народився в Брукліні в 1946 р. у родині техніка по ракетних гіроскопічних системах. Будучи учнем восьмого класу, він виконав свою першу "наукову працю" - із запчастин залізниці, що йому спорудив у підвалі будинку батько, сконструював пристрій, що виконував підсумовування двох чисел. Цей пристрій шкільний учитель назвав "комп'ютером". Здатності Меткалфа були такі, що в останньому класі школи він міг відвідувати спеціальні курси в Колумбійському університеті для особливо обдарованих дітей, де познайомився з першою міні-еом фірми DEC PDP-8 і навіть намагався писати для неї програму. З цим періодом пов'язаний забавний і знаменний епізод. Як говорить Меткалф, в один прекрасний день, прийшовши до університету, він знайшов, що комп'ютер украли. А коштував він 30 тис. дол.! Жахаючи, що йому доведеться все життя розплачуватися за пропажу, Меткалф знайшов все-таки в собі сили подзвонити в DEC і повідомив про те що трапилося. Наступного дня в університеті з'явилася людина, що відповідала за маркетинг, що надала комп'ютер. З ним прийшли два фахівці зі зв'язків із громадськістю. Вони поводилися так, начебто збиралися відкривати Всесвітню виставку. Вони заявили, що фірма DEC зробила перший у світі комп'ютер, досить маленький для того, щоб його можна було УКРАСТИ!

У Массачусетському технологічному інституті Меткалф займався теорією пакетної передачі інформації (тема його докторської дисертації), а крім того, взяв участь у роботах по створенню мережі ARPANET. Так що, перейшовши у фірму Xerox у команду, що займалася проектуванням лазерного принтера, він одержав завдання розробити систему зв'язку комп'ютера з цим майбутнім принтером (як в одному зі своїх інтерв'ю пояснює сам Бобе Меткалф: "Оскільки я був мережним опудалом"). Обсяг інформації, яку потрібно було вивести на сторінку принтера, складав приблизно 1 Мбіт, а друкувати треба було по одній сторінці в секунду, отже, необхідна швидкість передачі даних по мережі повинна була перевищити 1 Мбіт/с. Виходило, що протоколи типу RS-232 не годилися і було потрібно щось більш продуктивне.

Очевидно, перша ЛОМ у СРСР, розроблена в 1975 р. автором цих рядків, з'являється у ФіАН ім.П.Н.Лебедєва (Москва); вона ще дуже недосконала, але в ній вперше у світі застосований "двунаправлений підсилювач - формувач"; потім такий пристрій будуть називати hub (концентратор). Розроблювача з ФіАН дуже сильно турбувало якість сигналів, оскільки його ЛОМ виявилася розгалуженою: вона охоплювала кілька кімнат, у кожній з який до неї повинно було бути підключене 6-8 пристроїв. Йому було ясно, що абонентів у кімнатах треба "ізолювати" від загальної магістралі. Заявка Боба Меткалфа на патент на аналогічний пристрій для Ethernet була подана лише 16 лютого 1977 р.

У 1977 р. японські вчені М.Токоро (Mario Tokoro - у наступному віце-президент компанії Sony) і К. Тамару (Kiichirou Tamaru) розробили спосіб використання Ethernet у радіоканалі (Acknowledging Ethernet). У процесі передачі по радіоканалу неможливо здійснити прийом інформації, а виходить, неможливо й установити, чи мала місце колізія. Автори запропонували по закінченні прийому інформаційного блоку повідомлення посилати у відповідь невеликий пакет підтвердження. Відсутність такого підтвердження і повинно було говорити про колізію. Ця робота стала першою сходинкою до сучасного радіо ЛОМ ІEEE 802.11 і ІEEE 802.15.

Через рік Міжнародна організація стандартизації розробила семирівневу модель відкритої мережної архітектури, що стала своєрідним "перекладачем" для різнорідних мережних розробок: стало ясно, як вони співвідносяться один з одним. У тім же 1978 р. з'явився перший варіант стандарту ARІNC-429, дотепер справно служить в авіації. Топологія ЛОМ відповідно до цього стандарту була дуже проста: практично крапка - крапка, оскільки на кручений парі шини лише один пристрій мав право передавати, інші (а їх могло бути декілька) повинні були тільки слухати. Якщо був потрібний двунаправлений обмін, прокладали другий канал ЛОМ. Настільки ж просто здійснювалося і кодування сигналів: позитивний імпульс означав передачу одиниці, негативний - нуля.

У 1979 р. у США три фірми - Xerox, DEC і Intel - об'єднали свої зусилля, щоб стандартизувати Ethernet. Відбулося це за посередництвом Боба Меткалфа, що вважає це об'єднання навіть більш важливою своєю заслугою, чим винахід самої Ethernet. Аргументи, "що добили" конкуруючі сторони, були прості: об'єднання зусиль для стандартизації багаторазово збільшувало загальний збут виробів і підвищувало прибуток кожної компанії.

4 липня того ж 1979 р. Боб Меткалф за допомогою фірми DEC заснував компанію 3Com (потрійна абревіатура від COMputer COMmunications COMpability - сумісність комп'ютерних комунікацій). У задачу компанії входило виробництво мережного устаткування, що відповідає майбутньому стандарту Ethernet. А тим часом Комітет зі стандартизації СРСР затвердив ДСТ 18977-79 (аналог ARINC-429) - це єдиний відомий приклад оперативної роботи нашого відомства.

Американський національний інститут стандартів (ANSI) у 1979 р. сформував цільову групу (Task Group) X3T9.5 із задачею розробки високоякісного каналу обміну даними, названого Local Distributed Data Interface (LDDI), - у результаті був створений FDDI.

У вересні 1979 р. була опублікована робота, присвячена приорітетно-кодовим методам доступу до шини ЛОМ, що виявила собою одну з перших спроб радикального рятування від колізій у Ethernet (J. Capetanakis, "Tree Algorithms for Packet Broadcast Channels"). У СРСР цей метод доступу, багаторазово "перевідкривався" різними фахівцями, називався "приорітетно-кодовий метод арбітражу шини". Згодом він знайшов застосування в шині CAN із сімейства Fieldbus і VAN (ЛОМ автоматизації автомобіля, див. PC Week/RE, № 33/2000, с.26)

Спільна праця DEC, Intel і Xerox завершився 30 вересня 1980 р. опублікуванням роботи зі стандартизації Ethernet, першого варіанта цього стандарту.

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

З Віктором Дорохіним, співробітником НДІСІ РАН, можна зв'язатися за адресою: v.a.dorohin@ieee.org.


Переклад з російської Малашок Т.І.
Матеріали опубліковані з дозволу редакції сайту "Виртуальный компьютерный музей"
Хронологія розвитку обчислювальної техніки в Україні