Odešlete e-mail. Vysíláte video. Načítáte tuto stránku. Nic z toho se neděje přes jediný vyhrazený kabel otevřený pouze vám. To je mýtus. Internet běží v chaosu. Funguje v sítích s přepínáním paketů.
Jedná se o digitální systémy, které rozdělují vaše datové soubory na malé jednotky zvané pakety. Posílají tyto pakety bludištěm uzlů nebo přepínačů po celém světě. Přepínače používají metodu store-and-forward. Popadnou balík, podívají se na adresu a přepošlou dál. V cíli počítač sestaví fragmenty zpět do původního souboru. Bez tohoto procesu by moderní internet, jak jej známe, neexistoval.
Většina místních sítí (LAN) používá stejnou logiku. Pokud jste připojeni k Wi-Fi nebo Ethernetu, používáte vlny přepínání paketů.
Rozdíl mezi přepínáním okruhů a přepínáním paketů
Tradiční sítě byly jiné. Vzpomeňte si na staré telefonní linky. Sítě s přepojováním okruhů vytvářejí fyzickou cestu s pevnou kapacitou. Udržují tuto cestu otevřenou od začátku do konce. Všechna data jsou přenášena postupně po této jediné cestě. Je to pořádek. Je to těžké.
Paketově přepínané sítě se nestarají o pořádek. Směrují pakety po více cestách současně. Každý přepínač se rozhoduje na základě účinnosti. Pokud jedna cesta selže z důvodu selhání, přepne pakety dál na jiné dostupné trasy.
To vytváří problém. Balíčky přicházejí mimo provoz. Přicházejí v různých časech. Přijímající strana musí vyřešit hádanku.
Tento přístup nabízí významné výhody oproti přepínání okruhů. Optimalizuje propustnost kanálu. Zvyšuje odolnost proti chybám. Pokud je jedna silnice uzavřena, provoz proudí kolem. Ale je tu také cena. Přepínání paketů je složité. Vyžaduje značný výpočetní výkon. Vyžaduje velké množství paměti RAM (random access memory) v přepínačích.
Dochází také ke zpožděním. Přesměrování vyžaduje čas. Někdy se v procesu ztratí pakety. Kvůli této režii je u relativně malých souborů preferováno přepínání paketů. Přepínání okruhů se stále používá u velkých přenosů, kde je čas kritický, jako jsou videohovory v reálném čase.
Anatomie sítě s přepínáním paketů
Každá síť s přepínáním paketů má dvě hlavní součásti. Jádro a periferie.
Jádro tvoří routery a řídící systémy. Jsou propojeny širokopásmovými komunikačními kanály. Tohle je dálnice. Hrana je tam, kde žijí systémy koncových uživatelů. Váš notebook. Váš telefon. Tito hostitelé jsou schopni odesílat a přijímat datové pakety.
Komunikace přes jádro závisí na protokolech. Toto jsou postupy, které odesílatelé a příjemci používají k efektivní vzájemné komunikaci. Protokoly používané k přenosu vašich dat tvoří zásobník protokolů.
Každý přenášený paket, často nazývaný datagram, má dvě části. Záhlaví a užitečné zatížení.
Záhlaví obsahuje řídicí informace. Obsahuje adresu odesílatele. Obsahuje adresu příjemce. Říká spínačům, kam mají jít. Užitná zátěž je skutečná informace, kterou chcete dodat. Někdy jsou pakety rozděleny na ještě menší jednotky. Tomu se říká fragmentace paketů.
Bezsíťové a síťové sítě
Existují dva typy sítí s přepínáním paketů. Bezsíťové a síťové.
Bezsíťové sítě, známé také jako datagramové sítě, fungují tak, jak je popsáno výše. Data jsou rozdělena na menší části. K nim jsou připojeny hlavičky. Datagramy mají nejlepší možnou cestu od svého zdroje k cíli. Žádná předběžná dohoda neexistuje.
Síťové sítě napodobují sítě s přepojováním okruhů. Vytvoří vyhrazenou cestu mezi odesílajícím hostitelem a přijímajícím hostitelem před přenosem jakýchkoli paketů. Tato fáze nastavení poskytuje výhody přepínání okruhů při setrvání v digitální síti.
Kdo to vymyslel?
Myšlenka rozdělit velké jednotky dat do menších balíčků nevyšla z krabice. Vyvinula se.
Paul Baran, inženýr společnosti RAND Corporation, poprvé představil tento koncept. Odpovídal na otázku amerického letectva. Jak může počítačová komunikační síť přežít jaderný útok? Jeho řešením bylo „směrování horkých brambor“. Svou teorii publikoval ve studiích RAND v letech 1960 až 1962. Rozvinul ji v 11svazkové analýze nazvané On Distributed Communications v srpnu 1964.
Vláda a soukromé korporace ho ignorovaly. Nápad vyvolal v té době malý zájem.
Nezávisle na tom vyvinul stejný koncept Donald Davis, počítačový vědec z britské Národní fyzikální laboratoře (NPL). Začal pracovat na síti, aby ji otestoval. Baran nazval své jednotky „bloky zpráv“. Davis jim říkal „balíčky“.
Termín se zasekl. Lawrence (Larry) Roberts, manažer ARPA (nyní DARPA), se o Davisově práci dozvěděl v říjnu 1967. Zúčastnil se sympozia v Gatlinburgu, Tennessee. Roberts přijal Davisův termín přepínání paketů pro ARPANET. Tento projekt se stal předchůdcem internetu.
Nebyla to hladká plavba. Nebylo to hned. Ale povedlo se. A nyní, pokaždé, když obnovíte stránku, jste svědky výsledku rozhodnutí přežít jadernou válku. Nebo snad jen pro rychlejší odeslání e-mailu. Na rozdílu už nezáleží. Balíčky létají.
Základ moderního internetu byl položen dlouho předtím, než jste vůbec klikli na odkaz. Všechno to začalo ARPANET, první veřejnou sítí s přepojováním paketů, která provedla svůj první úspěšný test v říjnu 1969. Architektura byla chytrá: síť byla vyvinuta za pouhý rok Boltem Berankem a Newmanem (BBN). Vzali Baranovy a Davisovy koncepty a přivedli je k životu. Zpočátku byla síť malá. Čtyři uzly jsou: University of California, Los Angeles (UCLA), Stanford Research Institute (SRI), UC Santa Barbara a Utah. Do roku 1975 se počet uzlů zvýšil na 57.
Ale skutečný příběh není jen kód. To je tření. Když byl ARPANET demonstrován v říjnu 1972 na první mezinárodní konferenci o počítačové komunikaci (ICCC), reakce průmyslu byly smíšené. Ano, ukázalo se, že přepínání paketů funguje. Velká část amerického komunikačního sektoru však zůstala lhostejná. Někteří k tomu byli otevřeně nepřátelští.
BBN a Roberts viděli tuto mezeru. Ve stejném roce založili Telenet. Obchodní síť. Protože se veřejný sektor pohyboval příliš pomalu.
Globální skepticismus a paralelní vývoj
Zatímco Spojené státy váhaly, ostatní země postupovaly vpřed. Nebo to tak vypadalo.
V listopadu 1973 Francie oznámila TRANSPAC. Interní paketová síť spravovaná divizí pošty a telekomunikací. Poté, v říjnu 1974, se zrodil DATAPAC. Byl nasazen společností Trans-Canada Telephone System. Japonská korporace Nippon Telegraph and Telephone (NTT) plánovala vytvořit vlastní veřejnou datovou síť s přepojováním paketů.
Většina poskytovatelů zůstala stranou. Raději čekali. Sledujte provoz raných veřejných sítí. Podívejte se, zda skutečně fungují v podmínkách reálného světa.
„Většina poskytovatelů zůstávala skeptická a raději počkali a viděli, jak se chovaly první veřejné sítě.“
Experimentální sítě utvářející Evropu
Během čekací doby výzkumníci nepřestali pracovat. Vybudovali nové sítě. Experimentovali jsme. Vylepšený základní koncept.
Donald Davis dokončil svou síť Mark I v National Physical Laboratory (NPL) v roce 1970. Poté postavil Mark II. Dokončeno v roce 1973. Postupně ovlivnilo Británii a velkou část Evropy.
Louis Pouzin, francouzský počítačový vědec, dokončil práci na CYKLADÁCH v roce 1973. Byla jiná. Byl založen na datagramech. Přenesla zodpovědnost. Místo toho, aby jádro sítě řešilo chyby, dělali to hostitelé. To navždy změnilo počítačovou komunikaci.
Evropská informační síť (EIN) byla spuštěna v roce 1976. Financována na mezinárodní úrovni. Další dílek skládačky.
Snaha o standardizaci
Proč měly státy potřebu komunikovat? Pět zemí budovalo veřejné sítě s přepojováním paketů. Kanada. Francie. Japonsko. Spojené království. USA.
Potřebovali standard rozhraní hostitel-síť. Silná motivace. Bez něj zůstaly jejich sítě izolovanými ostrovy. Jednání začala v roce 1975. Výsledkem bylo doporučení CCITT X.25. Přijato všemi zúčastněnými zeměmi v březnu 1976.
X.25 otevřel další fázi. Propojené sítě veřejných služeb. Tohle nebyl konec příběhu. Následovaly další dohody. X.75 se stal standardním protokolem pro připojení mezinárodních sítí. To umožnilo infrastrukturám různých zemí komunikovat mezi sebou.
Rozdělení na DoD a TCP/IP
V roce 1979 se Robert Kahn stal ředitelem úřadu pro zpracování informací (IPTO) v DARPA. Americké ministerstvo obrany mělo několik sítí s přepínáním paketů. Ale žádný z nich nebyl kompatibilní. „Mluvily“ různými jazyky.
Kahn tento problém vyřešil. Dostal DoD, aby přijal standard TCP/IP. Protokol, jehož koncept poprvé nastínil v roce 1974 v článku napsaném s Vincentem Cerfem. Vynikající vývojář softwaru. Spoluautor.
TCP/IP se rozšířil. Přešel do jiných výzkumných laboratoří. Pak – pro širokou veřejnost. Stala se základem pro případnou síť s přepojováním paketů. Internet.
Přechod nebyl okamžitý. Ale architektura přežila. Normy byly stanoveny. A skepticismus 70. let se rozpustil v dnešní infrastruktuře. Stále používáme stejnou základní logiku. Pakety se pohybují. Hostitelé opravují chyby. Rozhraní jsou definována.
