«Открытые системы»

Классическая коммутация каналов постепенно вытесняется коммутацией пакетов; сначала она нашла свое место в компьютерных сетях, потом в сотовой телефонии, а теперь и в IP-телефонии

Как свидетельствует известный английский толковый словарь Merriam-Webster, в число основных значений слова packet, ведущего свою «родословную» от французского pacquet, с недавнего времени вошло и такое: «Короткий фрагмент данных фиксированной длины, передаваемый как единое целое по электронным коммуникационным сетям». Своей популярностью в данном контексте это слово обязано сетевой технологии, названной «коммутацией пакетов» и ставшей сегодня доминирующей коммуникационной парадигмой. До этого в средствах связи доминировала коммутация каналов. Классическая технология связи начиналась с простейшей электрической коммутации, когда между абонентами устанавливалось омическое соединение. В последующем коммутация каналов развивалась, но оставался неизменным основной принцип: связь между абонентами представляет собой неразрывный физический канал, собираемый средствами коммутации из отдельных канальных участков. Поэтому в сети с коммутацией каналов для того, чтобы начать передачу, необходимо выполнить процедуру установления соединения, в результате которой создается составной канал, но если он разрывается, связь прекращается.

До начала 90-х, то есть вплоть до широкого распространения Internet, в данном значении слово «пакет» употребляли лишь немногие специалисты, а сейчас коммутация пакетов используется настолько широко, что за право считаться ее автором разгорелась нешуточная борьба

Требование неразрывности канала — главная слабость этой технологии. Альтернативная ей пакетная коммутация предполагает, что данные собираются в последовательность пакетов, каждый из которых, подобно почтовому конверту, имеет оболочку и адрес. Пакеты передаются по распределенной сети в соответствии с заданными алгоритмами маршрутизации. Преимущество этого типа коммутации состоит в том, что в случае неисправности одного из сетевых соединений можно использовать альтернативные маршруты, а также полнее загружать линии связи, мультиплексируя пакеты. В то же время короткие сообщения содержат заголовки, что несколько снижает фактическую пропускную способность. Победное шествие пакетной коммутации началось с Internet, затем последовали сети Ethernet и, наконец, мобильная телефония в лице GPRS и I-mode. До начала 90-х, то есть вплоть до широкого распространения Internet, в данном значении слово «пакет» употребляли лишь немногие специалисты, а сейчас коммутация пакетов используется настолько широко, что за право считаться ее автором разгорелась нешуточная борьба.

Идея пакетной передачи данных была независимо предложена в середине 60-х тремя людьми — сотрудником корпорации RAND Полом Бараном, английским профессором Дональдом Дэвисом и американским ученым Леонардом Клейнроком. Баран и Дэвис были более глубоки в теоретическом обосновании пакетной передачи, а Клейнрок, наряду с Винтом Серфом, Ларри Робертсом и Робертом Каном признанный в качестве одного из отцов Internet, был в числе тех, кто реализовал эту идею на практике. Так случилось, что автором признали именно его, а затем своими претензиями на исключительность Клейнрок создал скандальную ситуацию, поставив самого себя в неудобное положение. Впрочем, скандалы ему не впервой. Задолго до обретения Клейнроком славы изобретателя Internet о них с Робертсом написали все газеты мира. Дело в том, что они с помощью незамысловатых технических средств научились обнаруживать изъяны в работе рулеток в Лас-Вегасе и на основании этих данных находить выигрышную стратегию. Своими неслучайными выигрышами они привлекли к себе внимание администрации казино и были изгнаны.

Строго говоря, хронологически первым был именно Клейнрок. В защищенной им в 1961 году диссертации «Информационные потоки в больших коммуникационных сетях» есть фрагменты, которые можно представить как предпосылки к пакетной передаче. Однако эта типично аспирантская работа по своей глубине существенно уступает исследованию Пола Барана «О распределенных коммуникационных сетях», выполненному в RAND и опубликованному в 1964 году. Статья стала первой открытой публикацией, но ей предшествовал многотомный секретный отчет RAND Paper P-2626, датируемый 1962 годом. В нем Баран сформулировал основные принципы коммутации пакетов: наличие распределенной децентрализованной сети, предполагающей возможность альтернативных связей между двумя точками; разделение сообщения на блоки; дисциплину передачи блоков между промежуточными узлами. В последующем Баран познакомил со своей работой Джозефа Ликлайдера и Роберта Тейлора, руководителей отдела информационных технологий в ARPA, повлияв тем самым на выбор технологий для ARPAnet. Секретность отчета P-2626 многим дает основание считать эту сеть заказной работой для Пентагона; на самом же деле Баран разработал эскизный проект сети, предназначенной для ВВС США. Архитектура этой сети должна была обеспечивать сохранность связи при нанесении ядерного удара.

В своих воспоминаниях Баран рассказывает: «Я понимал необходимость в нахождении сохранившегося после удара пути и точно так же понимал, что этот путь может быть очень многозвенным. Но в то время все телефонные каналы были аналоговыми, что ограничивало сложность пути; известно, что после прохождения через пять коммутационных пунктов голосовой сигнал становится неразличимым. Это привело меня к необходимости отдать предпочтение цифровому способу передачи сигнала, теоретически позволяющему передать сообщение без ошибки. Все типы данных, звук и текст, должны передаваться в одной форме. Второе, что я осознал, это необходимость разбиения на небольшие фрагменты, таким образом можно обеспечить более высокую скорость передачи и возможность собирать сообщения, пришедшие в виде отдельных блоков по разным маршрутам».

Баран выбрал длину блока, равную 1024 байт; точно такой же размер предложил Дональд Дэвис, он-то и предложил термин «коммутация пакетов». Дэвис входил в элитную группу британских ученых, которая образовалась вокруг Алана Тьюринга, а также участвовал в разработке первого британского компьютера Automatic Computing Engine (ACE). Совершенно независимо от Барана Дэвис разработал проект локальной сети для английской Национальной физической лаборатории, засекреченного объекта, информация о котором стала доступной только в 1967 году. Экономический анализ показал, что предложенная им сеть с пакетной коммутацией обладает существенными преимуществами, и в конце 60-х годов обсуждались идеи создания подобной сети в масштабах Объединенного Королевства, однако сообщество связистов, отличавшееся сильной инерционностью, ее отвергло. В конечном итоге была построена локальная сеть лаборатории с единственным коммутатором, которая стала первой практической реализацией коммутации пакетов.

В последующие годы было реализовано еще несколько проектов. Одной из самых интересных была построенная в 1973 году под руководством Луи Пуссена французская сеть Cyclades. Ее создание оказало заметное влияние на формирование европейского сетевого сообщества. В середине 70-х начался процесс стандартизации, и в марте 1976 года были приняты рекомендации CCITT Recommendation X.25. 

Пол Баран родился в 1926 годув Польше. В 1928 году его родители эмигрировали в Бостон. В течение нескольких лет он учился в Университете Дрексела, но диплом магистра прикладных наук получил в Университете штата Калифорния в Лос-Анджелесе в 1959 году. В том же году он поступил на работу в корпорацию RAND. В этот период разработка сети связи, способной выдержать ядерный удар, представлялась для США чрезвычайно важной стратегической задачей. Решение этой задачи стало толчком для Барана к развитию идеи пакетной коммутации. Барану принадлежит также весомый вклад в развитие еще четырех важных сетевых технологий. Он участвовал в создании технологии StrataCom, ставшей предшественницей стандарта ATM. Технология дискретной мультитоновой модемной технологии, предложенная Telebit, стала предшественницей технологий, используемых в нынешних DSL-модемах. Баран также основал компанию Metricom, которая впервые занялась беспроводными технологиями Internet, и компанию Com21, одну из первых компаний, разрабатывавших кабельные модемы. Кроме того, Баран участвовал в изобретении металлодетекторов для прохода в аэропорты и другие общественные помещения.

Леонард Клейнрок (родился в 1934 году) получил степень бакалавра по электротехнике в 1957 году в Сити-колледже в Нью-Йорке, затем в 1959 году — магистра и в 1963 году — доктора философии в области электротехники и информатики в Массачусетском технологическом институте. Затем он поступил в штат Университета штата Калифорния, где работает по сей день. С 1991 по 1995 год он возглавлял факультет информатики университета. Клейнроку принадлежит существенный вклад в развитие теории компьютерных сетей. Кроме того, он сыграл существенную роль в разработке сети ARPANET, которая велась в университете. Наибольшую известность ему принесли ранние работы по теории очередей, которые применяются во многих областях науки, а также разработка математического аппарата для коммутации пакетов, базовой технологии Internet. Собственно, развивать эту тему он начал в своей докторской диссертации. В конце 70-х он опубликовал работу по иерархической маршрутизации, выполненную совместно с одним из его студентов. Положения этой работы активно используются сейчас в организации функционирования Internet.

Дональд Дэвис (1924 — 2000) учился в Имперском колледже в Лондоне, где получил степени бакалавра по физике в 1943 году и по математике в 1947 году. Он поступил на работу в Национальную физическую лабораторию, и с 1947 года вместе с Аланом Тьюрингом трудился над создани?ем компьютера Pilot ACE. Это первый? компьютер, созданный в Великобритании. В нем было примерно 800 электронных ламп, объем оперативной памяти составлял 12832-разрядных слов, а в 1954 году была добавлена дисковая память объемом 4096 слов. Кроме того, Дэвис взял на себя труд искать ошибки в основополагающем труде Тьюринга On Computable Numbers («О вычислимых числах») изданном в 1936 году, посвященном его универсальной машине, чем вызвал изрядное раздражение автора. Можно сказать, что найденные ошибки были первыми в истории компьютинга, они появились раньше, чем сами вычислительные устройства. В 1966 году Дэвис возглавил NPL Autonomic Division, а начиная с конца 70-х годов работал в сфере сетевой компьютерной безопасности. В частности именно Дэвису принадлежит термин «коммутация пакетов». В 1987 году Дэвис стал членом Королевского научного общества.