Первые шаги коммутации пакетов

Пол Бэран говорит, что первая реакция на его идею коммутации пакетов была: «Этот парень сошел с ума»

Время: середина 60-х. Место: Национальная физическая лаборатория в Англии. Дональд Дэвис, руководитель отдела компьютерных исследований лаборатории, занимаясь изучением концепций построения операционных систем разделения времени, приходит к выводу, что возможности передачи данных не соответствуют современным требованиям. Ведь в отличие от телефонных коммуникаций, для которых необходима фиксированная полоса пропускания на все время разговора, компьютерные взаимодействия носят импульсивный характер и отличаются довольно длинными периодами бездействия.

Между тем корпорация Rand по заказу Агентства перспективных исследований министерства обороны США (ARPA) уже несколько лет работала над созданием надежной коммуникационной сети, способной пережить ядерную атаку. «Холодная война была в самом разгаре, и в любой момент можно было ждать атаки со стороны СССР, что неотвратимо вывело бы из строя все телефонные линии Соединенных Штатов», — говорит Пол Бэран, один из участников проекта. Национальная телекоммуникационная система имела централизованную архитектуру, так что малейшее повреждение главной станции привело бы к полной блокировке всех линий связи.

Два человека и два совершенно разных проекта. Но и Бэран, и Дэвис пришли к абсолютно одинаковым результатам. Независимо друг от друга эти ученые разработали технологию, получившую название «коммутация пакетов» — термин, придуманный Дэвисом в 1965 году. Бэран, использовавший выражение «распределенная адаптивная коммутация блока сообщений», признал, что Дэвис подобрал более подходящее название.

Коммутация пакетов предполагает разбиение информационного потока на небольшие порции данных, которые и называются пакетами. Пакеты передаются отдельно и независимо друг от друга по наиболее подходящему маршруту в сети, доступному на данной момент. Каждый пакет содержит информацию об отправителе и адресате. Когда все пакеты достигают адреса назначения, они собираются в исходное сообщение.

В обычной телефонной связи, в основе которой лежит коммутация соединений, происходит последовательная передача информации по выделенной линии. Сети с пакетной коммутацией отличаются высоким уровнем устойчивости к ошибкам, поскольку в случае сбоя в повторной передаче нуждаются лишь отдельные пакеты, а не все сообщение. Кроме того, если на пути пакета встречается выключенный компьютер или поврежденная линия, он просто направляется по другому маршруту.

По словам Бэрана, коммутация пакетов обходится дешевле других способов передачи данных, поскольку в ходе построения сети допускается использование менее надежных компонентов. Вся сеть целиком получается намного надежнее, чем любая из ее составляющих. Поэтому неудивительно, что работа большинства современных сетевых протоколов, включая TCP/IP, X.25 и frame relay, основана на коммутации пакетов.

Несмотря на схожесть идей, Дэвис и Бэран действовали в совершенно разных направлениях. Бэран изложил концепцию коммутации пакетов в известном отчете «О распределенных коммуникациях» (On Distributed Communications), опубликованном в 1962 году. В последующие годы ему не раз приходилось выступать в защиту своей концепции. Враждебное отношение к коммутации пакетов со стороны главного оппонента, корпорации AT&T, Бэран объясняет тем, что для такого способа передачи информации необходима цифровая сеть. AT&T — тогдашний монополист на средства связи — боялась конкуренции, которая была бы неизбежна с появлением оператора цифровых служб связи. Кроме того, в те годы компании только начинали экспериментировать с цифровыми коммуникациями и не имели опыта реальной работы с ними.

«Первая реакция была: «Этот парень сошел с ума. То, что он предлагает, невозможно!», — рассказывает Бэран. — На одной из встреч с сотрудниками AT&T нашелся даже представитель старшего поколения, который заявил примерно следующее: «Подожди-ка, сынок. Ты что, хочешь сказать, что начинаешь коммутацию еще до установления сеанса связи?» — и он начал объяснять мне, как работает телефон. Конечно, человеку, который всю жизнь проработал с аналоговой техникой, трудно всерьез воспринимать цифровую».

Прорыв случился в 1966 году, когда руководители агентства APRA, Роберт Тейлор и Лоренц Робертс, приняли решение о создании сети, соединяющей все университеты и научно-исследовательские компании этого агентства. «Можно было использовать принципы централизованного разделения времени, но они предпочли коммутацию пакетов», — рассказывает Бэран. Появившаяся в итоге сеть Arpanet легла в основу современного Internet.

Однако вернемся в 1965 год. Работавший в это время в Англии Дэвис вынашивал идею создания национальной сети, основанной на коммутации пакетов и обеспечивающей дешевый обмен данными по всей территории страны. Но бюджет этого проекта составлял много меньше 20 млн. долл., потраченных на создание Arpanet, и Дэвис был вынужден ограничиться построением опытного образца с одним-единственным узлом коммутации в самой Национальной физической лаборатории. Сеть была завершена в 1969 году и просуществовала вплоть до 1986 года. Дэвис также часто выступал с лекциями. На одной из них — в Гатлинбурге (шт. Теннесси) присутствовал сотрудник APRA Робертс, которого чрезвычайно заинтересовала идея коммутации пакетов.

Неужели для создания лучшего из доступных способов сетевой передачи информации требовалась независимая работа двух великих умов? Или эта идея неизбежно должна была осенить не одного человека? Бэрана не удивляет, что два человека мыслили одинаково. «Просто существует множество вариантов воплощения этой концепции в жизнь», — считает он.