Краткий курс истории Интернет

Первоначальные концепции объединения сетей

ARPANET постепенно должна была перерасти в Интернет. Интернет основывается на идее существования множества независимых сетей почти произвольной архитектуры, начиная от ARPANET — пионерской сети с пакетной коммутацией, к которой вскоре должны были присоединиться пакетные спутниковые сети, наземные пакетные радиосети и т.д. Интернет в современном понимании воплощает ключевой технический принцип открытости сетевой архитектуры. При подобном подходе архитектура и техническая реализация отдельных сетей не навязываются извне; они могут свободно выбираться поставщиком сетевых услуг при сохранении возможности объединения с другими сетями посредством метауровня "Межсетевой архитектуры". Однако в описываемое нами время существовал только один общий метод объединения сетей — традиционная коммутация соединений, когда сети объединяются на канальном уровне, а отдельные биты передаются в синхронном режиме по сквозному соединению между двумя оконечными системами. Напомним, что в 1961 году Клейнрок в своих работах указал на преимущества пакетной коммутации. Эти идеи, в сочетании со специализированными устройствами межсетевой связи, могли стать основой иного подхода. Были и другие частные методы объединения различных сетей, однако они требовали, чтобы одна сеть выступала как часть другой, а не как равноправный партнер по предоставлению сквозных (от одной оконечной системы до другой) сервисов.

Открытая сетевая архитектура подразумевает, что отдельные сети могут проектироваться и разрабатываться независимо, со своими уникальными интерфейсами, предоставляемыми пользователям и/или другим поставщикам сетевых услуг, включая услуги Интернет. При проектировании каждой сети могут быть приняты во внимание специфика окружения и особые требования пользователей. Вообще говоря, не накладывается никаких ограничений на типы объединяемых сетей или их территориальный масштаб, хотя, конечно, прагматические соображения должны сузить спектр возможных решений.

Идея открытой сетевой архитектуры была впервые высказана Каном в 1972 году, вскоре после того, как он начал работать на DARPA. Деятельность, которой занимался Кан, первоначально была частью программы пакетных радиосетей, но впоследствии она переросла в полноправный проект под названием "Internetting". Ключевым для работоспособности пакетных радиосистем был надежный сквозной протокол, способный поддерживать эффективные коммуникации несмотря на радиопомехи или временное затенение, вызванное особенностями местности или пребыванием в туннеле. Сначала Кан предполагал разработать протокол, специфичный для пакетных радиосетей, поскольку это избавило бы от необходимости иметь дело с множеством различных операционных систем и позволило бы продолжать использовать протокол NCP.

Однако NCP не содержал средств для адресации сетей (и машин), расположенных за IMP-устройством в месте назначения, так что некоторые модификации NCP все же были необходимы. (Первоначально предполагалось, что динамические изменения ARPANET невозможны.) В обеспечении сквозной надежности протокол NCP полагался на ARPANET. Если какие-то пакеты терялись, протокол (и, естественно, поддерживаемые им приложения) должны были остановиться. В модели NCP отсутствовало сквозное управление ошибками, поскольку ARPANET должна была являться единственной существующей сетью, причем настолько надежной, что от компьютеров не требовалось умение реагировать на ошибки.

В итоге Кан решил разработать новую версию протокола, удовлетворяющую требованиям окружения с открытой сетевой архитектурой. Этот протокол позднее будет назван Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP — Протокол управления передачей/Межсетевой протокол). В то время как NCP действовал в духе драйвера устройства, новинка должна была в большей мере напоминать коммуникационный протокол.

В основу своих первоначальных рассуждений Кан положил четыре принципа:

• Каждая сеть должна сохранять свою индивидуальность. При подключении к Интернет сети не должны подвергаться внутренним переделкам.
• Коммуникации должны идти по принципу "максимум возможного". Если пакет не прибыл в пункт назначения, источник должен вскоре повторно передать его.
• Для связывания сетей должны использоваться черные ящики; позднее их назовут шлюзами и маршрутизаторами. Шлюзы не должны хранить информацию об отдельных протекающих через них потоках данных. Они должны оставаться простыми, без сложных средств адаптации и восстановления после разного рода ошибочных ситуаций.
• На эксплуатационном уровне не должно существовать глобальной системы управления.

Другими ключевыми проблемами, нуждавшимися в решении, были:

• Алгоритмы, препятствующие разрыву связи из-за потери пакетов и позволяющие источнику повторно передать их.
• Средства "конвейеризации" потоков данных между компьютерами, позволяющие маршрутизировать множество пакетов на всем пути от отправителя до получателя с точностью до компьютеров, участвующих в процессе передачи, если промежуточные сети дают такую возможность.
• Функции шлюзов, позволяющие им правильно перенаправлять пакеты. Имеется в виду интерпретация IP-заголовков для маршрутизации, обслуживание интерфейсов, разбиение пакетов на более мелкие, если это необходимо и т.п.
• Необходимость сквозного контрольного суммирования, пересборки пакетов из фрагментов, выявления повторяющихся пакетов при появлении таковых.
• Необходимость глобальной адресации.
• Методы сквозного управления потоками данных.
• Взаимодействие с различными операционными системами.

Были и другие проблемы, такие как эффективность реализации и производительность объединенной сети, но первоначально их отодвинули на второй план.

Кан начал работать над коммуникационно-ориентированными принципами операционных систем, еще будучи сотрудником BBN. Он зафиксировал некоторые из своих ранних соображений в виде внутреннего меморандума BBN, озаглавленного "Коммуникационные принципы операционных систем" ("Communications Principles for Operating Systems") [4]. Кан понял, что для эффективного встраивания любого нового протокола необходимо изучить детали реализации каждой операционной системы. В результате весной 1973 года, после образования проекта "Internetting", Кан пригласил Винта Серфа (работавшего в то время в Стэнфорде) для совместной работы над детальной спецификацией протокола. Серф активно участвовал в проектировании и реализации NCP, поэтому он уже обладал информацией об интерфейсах с существующими операционными системами. Вооружившись архитектурным подходом Кана к коммуникациям и опытом Серфа, полученным во время работ над NCP, коллеги объединились для уточнения деталей того, что впоследствии станет семейством протоколов TCP/IP.

Взаимообогащение дало превосходные результаты, и первая документированная версия выработанных спецификаций была распространена на специальной встрече Международной сетевой рабочей группы (INWG), состоявшейся во время конференции в Университете Суссекса в сентябре 1973 года. В свое время Серфу предложили возглавить эту группу, и он не упустил случая организовать встречу членов INWG, поскольку большинство из них присутствовало на конференции в Суссексе.

В процессе сотрудничества между Каном и Серфом были сформулированы следующие основополагающие принципы:

• Общение между двумя процессами логически должно представляться как обмен непрерывными последовательностями байт (октетов в терминологии Кана и Серфа). Для идентификации октета используется его позиция в последовательности.
• Управление потоком данных осуществляется на основе механизмов скользящих окон и подтверждений. Получатель может выбирать, когда посылать подтверждение, распространяющееся на все полученные к этому моменту пакеты.
• Вопрос о том, как именно отправитель и получатель договариваются о параметрах окон, оставлен открытым. Первоначально используются подразумеваемые значения.
• Хотя в то время в Исследовательском центре компании Ксерокс в Пало Альто (Xerox PARC) уже велись работы над сетями Ethernet, массового распространения локальных сетей пока не предвиделось. О персональных компьютерах и рабочих станциях вообще не было речи.

Первоначальную модель составляли сети национального уровня, такие как ARPANET; предполагалось, что подобных сетей будет относительно немного. В результате под IP-адрес было отведено 32 бита, из которых первые 8 бит обозначали сеть, а оставшиеся 24 бита — компьютер в сети. Предположение о том, что в обозримом будущем будет достаточно 256 сетей, очевидно, пришлось пересматривать с появлением локальных сетей в конце 1970-х годов.

В первоначальном документе Серфа и Кана по объединению сетей описывался один протокол, названный TCP. Он предоставлял все услуги по транспортировке и перенаправлению данных в Интернет. Кан планировал, что протокол TCP будет поддерживать целый диапазон транспортных сервисов, от абсолютно надежной упорядоченной доставки данных (модель виртуального соединения) до дэйтаграммного сервиса, когда приложение напрямую взаимодействует с нижележащим сетевым уровнем, что может привести к случайным потерям, повреждению или дублированию пакетов.

Однако первые попытки реализовать TCP породили версию, поддерживающую только виртуальные соединения. Такая модель отлично работала для приложений типа пересылки файлов или удаленного входа в систему, но ряд ранних исследований продвинутых сетевых приложений, в частности, пакетной передачи голоса (1970-е годы), показали, что в некоторых случаях потерю пакетов не следует исправлять на уровне TCP — пусть приложение само разбирается с ними. Это привело к реорганизации первоначального варианта TCP и разделению его на два протокола — простой IP, обслуживающий только адресацию и перенаправление отдельных пакетов, и отдельный TCP, имеющий дело с такими аспектами, как управление потоком данных и нейтрализация потери пакетов. Для приложений, не нуждавшихся в услугах TCP, была добавлена альтернатива — Пользовательский дэйтаграммный протокол (User Datagram Protocol, UDP), открывающий прямой доступ к базовым сервисам уровня IP.

Первоначально основным стимулом к созданию как ARPANET, так и Интернет было совместное использование ресурсов, позволяющее, например, пользователям пакетных радиосетей осуществлять доступ к системам с разделением времени, подключенным к ARPANET. Объединять сети было гораздо практичнее, чем увеличивать число очень дорогих компьютеров. Тем не менее, хотя пересылка файлов и удаленный вход (Telnet) были очень важными приложениями, наибольшее влияние из инноваций того времени оказала, безусловно, электронная почта. Она породила новую модель межперсонального взаимодействия и изменила природу сотрудничества, сначала в рамках собственно построения Интернет (об этом речь впереди) и, позднее, в пределах большей части общества.

На заре Интернет предлагались и другие приложения, включая основанные на пакетах голосовые коммуникации (предшественники Интернет-телефонии), различные модели разделения файлов и дисков, а также ранние программы-черви, иллюстрирующие концепцию агентов (и, конечно, вирусов). Ключевая концепция создания Интернет состояла в том, что объединение сетей проектировалось не для какого-то одного приложения, но как универсальная инфраструктура, над которой могут быть надстроены новые приложения. Последующее распространение Всемирной паутины стало превосходной иллюстрацией универсальной природы сервисов, предоставляемых TCP и IP.

Проверка идей

Управление DARPA заключило три контракта на реализацию TCP/IP — со Стэнфордом (Серф), BBN (Рэй Томлинсон) и Университетским колледжем Лондона, UCL (Петер Кирстен — Peter Kirstein). (В статье Серфа и Кана использовалось название TCP, за которым скрывались оба протокола.) Стэнфордская команда, возглавляемая Серфом, подготовила детальные спецификации, после чего примерно за год были выполнены три реализации TCP, способные взаимодействовать друг с другом.

Начался долгий период экспериментов и разработок, направленных на развитие и шлифовку концепций и технологий Интернет. Отправляясь от первых трех сетей (ARPANET, Packet Radio, Packet Satellite) и образовавшихся вокруг них коллективов исследователей, экспериментальное окружение росло, вбирая в себя по существу все виды сетей и очень широкое сообщество исследователей и разработчиков [5]. Каждое расширение ставило новые задачи.

Ранние реализации TCP были выполнены для больших систем с разделением времени, таких как Tenex и TOPS 20. Когда начали появляться настольные системы, многие посчитали, что для персональных компьютеров TCP — слишком большой и сложный протокол. Дэвид Кларк и его исследовательская группа из MIT решили доказать возможность компактной и простой реализации TCP, выполнив ее сначала для Xerox Alto (ранняя персональная рабочая станция, созданная в Xerox PARC), а затем для IBM PC. Эта реализация обладала полной интероперабельностью с другими воплощениями TCP, но была специально настроена на набор приложений и параметры производительности персональных компьютеров. Таким образом удалось продемонстрировать, что рабочие станции могут войти в Интернет наряду с большими системами с разделением времени. В 1976 году Клейнрок опубликовал первую книгу по ARPANET [8]. В ней он обращал особое внимание на сложность протоколов и связанные с этим опасности. Книга способствовала распространению идей пакетной коммутации среди очень широкого сообщества.

Широкое распространение в 1980-е годы локальных сетей, персональных компьютеров и рабочих станций дало толчок бурному росту Интернет. Технология Ethernet, разработанная в 1973 году Бобом Меткалфом (Bob Metcalfe) из Xerox PARC, в наши дни является, вероятно, доминирующей сетевой технологией в Интернет, а ПК и рабочие станции стали доминирующими компьютерами. Переход от небольшого количества сетей с умеренным числом систем с разделением времени (первоначальная модель ARPANET) ко многим сетям привел к выработке ряда новых концепций и внесению изменений в базовые технологии. Во-первых, были определены три класса сетей (A, B и C), чтобы учесть разные масштабы конфигураций. В класс A входят большие сети общенационального масштаба (малое количество сетей с большим числом компьютеров). Класс B предназначен для сетей регионального масштаба, класс C — для локальных сетей (большое количество сетей с относительно малым числом компьютеров).

Рост Интернет вызвал важные изменения и в вопросах управления. Чтобы сделать сеть более дружественной, компьютерам были присвоены имена, делающие ненужным запоминание числовых адресов. Первоначально, при небольшом количестве компьютеров, было разумно иметь единую таблицу с их именами и адресами. Переход к большому числу независимо администрируемых сетей (таких как ЛВС) сделал идею единой таблицы непригодной. Пол Мокапетрис (Paul Mockapetris) из Института информатики Университета Южной Калифорнии (USC/ISI) придумал доменную систему имен (Domain Name System, DNS). DNS позволила создать масштабируемый распределенный механизм для отображения иерархических имен компьютеров (например, www.acm.org) в Интернет-адреса.

Рост Интернет заставил пересмотреть характер функционирования маршрутизаторов.

Первоначально существовал единый распределенный алгоритм маршрутизации, единообразно реализуемый всеми маршрутизаторами в Интернет. В условиях быстрого увеличения числа сетей стало невозможным расширять этой ранний подход в нужном темпе. Его пришлось заменить иерархической моделью маршрутизации с Внутренним шлюзовым протоколом (Interior Gateway Protocol, IGP), используемым внутри каждой области Интернет, и Внешним шлюзовым протоколом (Exterior Gateway Protocol, EGP), применяемым для связывания областей между собой. Подобная архитектура позволила иметь в разных областях разные варианты IGP, учитывающие специфику требований к стоимости, скорости реконфигурации, устойчивости и масштабируемости. Кроме алгоритма, тяжелым испытанием стал рост таблиц маршрутизации. Недавно были предложены новые подходы к агрегированию адресов (в частности, бесклассовая междоменная маршрутизация, CIDR) позволяющие уменьшить размер этих таблиц.

Еще одной проблемой, вызванной ростом Интернет, стало внесение изменений в программное обеспечение, особенно в ПО хостов. Управление DARPA поддержало исследования Университета Беркли (Калифорния) по модификации операционной системы Unix, включая встраивание реализации TCP/IP, выполненной в компании BBN. Хотя позднее в Беркли переписали программы, полученные от BBN, чтобы более эффективно объединить их с Unix-системой в целом и ядром ОС в особенности, встраивание TCP/IP в Unix BSD оказалось критически важным для распространения протоколов среди исследовательского сообщества. Дело в том, что большая часть специалистов в области информатики в то время начала использовать Unix BSD в своей повседневной практике. Оглядываясь назад, можно придти к заключению, что стратегия встраивания протоколов Интернет в операционную систему, поддерживаемую исследовательским сообществом, явилась одним из ключевых элементов успешного и повсеместного распространения Интернет.

Одной из самых интересных задач был перевод ARPANET с протокола NCP на TCP/IP, состоявшийся 1 января 1983 года. Это был переход в стиле "Дня X", требующий одновременных изменений на всех компьютерах. (На долю опоздавших оставались коммуникации с помощью специализированных средств.) Переход тщательно планировался всеми заинтересованными сторонами в течение нескольких предшествующих лет и прошел на удивление гладко (но привел к распространению значка "Я пережил переход на TCP/IP").

Протокол TCP/IP был принят в качестве военного стандарта тремя годами раньше, в 1980 году. Это позволило военным начать использование технологической базы Интернет и в конце концов привело к разделению на военное и гражданское Интернет-сообщества. К 1983 году ARPANET использовало значительное число военных исследовательских, разрабатывающих и эксплуатирующих организаций. Перевод ARPANET с NCP на TCP/IP позволил разделить эту сеть на MILNET, обслуживавшую оперативные нужды, и ARPANET, использовавшуюся в исследовательских целях.

Таким образом, к 1985 году технологии Интернет поддерживались широкими кругами исследователей и разработчиков. Интернет начинали использовать для повседневных компьютерных коммуникаций люди самых разных категорий. Особую популярность завоевала электронная почта, работавшая на разных платформах. Совместимость различных почтовых систем продемонстрировала выгоды массовых электронных коммуникаций между людьми.

Переход к широко распространенной инфраструктуре

Параллельно с экспериментальной проверкой Интернет-технологий и их интенсивным использованием частью специалистов по информатике, разрабатывались и развивались другие сети и сетевые технологии. Практические достоинства компьютерных сетей и особенно электронной почты, продемонстрированные на примере ARPANET Управлением DARPA и организациями, имевшими контракты с Министерством обороны США, были замечены специалистами из других кругов и предметных областей. К середине 1970-х годов компьютерные сети начали расти, как грибы после дождя — везде, где для этой цели удавалось найти финансирование. Министерство энергетики США сначала создало сеть MFENet в интересах исследователей термоядерного синтеза с магнитным удержанием, затем специалисты в области физики высоких энергий получили сеть HEPNet. Для астрофизиков из NASA построили сеть SPAN, а Рик Эдрион (Rick Adrion), Дэвид Фарбер (David Farber) и Лэрри Лэндвебер (Larry Landweber), получив первоначальные субсидии от Национального научного фонда (NSF) США, развернули сеть CSNET, объединившую специалистов по информатике из академических и промышленных кругов. Свободное распространение компанией AT&T операционной системы UNIX породило сеть USENET, основанную на встроенном в UNIX коммуникационном протоколе UUCP. В 1981 году Айрэ Фачс (Ira Fuchs) и Грейдон Фримэн (Greydon Freeman) придумали BITNET — сеть, связавшую академические мэйнфреймы сервисами почтовой рассылки.

За исключением BITNET и USENET, ранние сети (в том числе ARPANET) строились целенаправленно. Они должны были использоваться замкнутым сообществом специалистов; как правило, этим работа сетей и ограничивалась. Особой потребности в совместимости сетей не было; соответственно, не было и самой совместимости. Кроме того, в коммерческом секторе начали появляться альтернативные технологии, такие как XNS от компании Xerox, DECNet, а также SNA от IBM. Только в программах JANET (Великобритания, 1984) и NSFNet (США, 1985) было явно провозглашено намерение обслуживать всех причастных к системе высшего образования, независимо от специализации. В самом деле, чтобы американский университет мог получить от NSF средства на подключение к Интернет, он, как было записано в программе NSFNet, "должен обеспечить доступность этого подключения для ВСЕХ подготовленных пользователей в университетском городке".

В 1985 году из Ирландии для годичного руководства программой NSFNet был приглашен Дэнис Дженнингс (Dennis Jennings). Он активно способствовал принятию критически важного решения об обязательном использовании в NSFNet протокола TCP/IP. Стив Вулф, принявший руководство NSFNet в 1986 году, поставил задачу формирования глобальной сетевой инфраструктуры для обслуживания широких академических и исследовательских кругов. По мнению Вулфа, следовало разработать стратегию создания сетевой инфраструктуры, исходя из принципа максимальной независимости от прямого федерального финансирования. Такая стратегия и методы проведения ее в жизнь были разработаны и утверждены (см. далее).

В NSF решили присоединиться к существовавшей под эгидой DARPA иерархической организационной инфраструктуре Интернет, которую возглавлял Совет по развитию Интернет (Internet Activities Board, IAB). Сделанный выбор был закреплен в виде "Требований к Интернет-шлюзам" (RFC 985), совместно разработанных специалистами из подведомственных IAB Тематических групп по технологии и архитектуре Интернет (Internet Engineering and Architecture Task Forces) и членами Сетевой технической консультативной группы NSF. Требования формально гарантировали совместимость частей Интернет, находящихся в ведении DARPA и NSF.

Помимо выбора TCP/IP как основы NSFNet, федеральные агентства США приняли и реализовали ряд дополнительных принципов и правил, сформировавших современный облик Интернет.

• Федеральные агентства разделяли расходы на общую инфраструктуру, такую как трансокеанские каналы связи. Кроме того, они совместно поддерживали "администрируемые точки соединения", через которые проходили межведомственные потоки данных. Построенные для обслуживания таких потоков Федеральные Интернет-станции FIX-E и FIX-W стали прототипом Пунктов доступа к сети и "*IX"-станций — характерных компонентов современной архитектуры Интернет.
• Для координации совместной деятельности был образован Федеральный сетевой совет (Federal Networking Council, FNC). FNC взаимодействовал также с международными организациями, такими как RARE в Европе, при посредстве Координационного комитета по межконтинентальным исследовательским сетям (Coordinating Committee on Intercontinental Research Networking, CCIRN). Цель взаимодействия состояла в координации поддержки Интернет мировым исследовательским сообществом.
• Разделение расходов между агентствами и координация деятельности в области Интернет имеет давнюю историю. Беспрецедентное соглашение, заключенное в 1981 году Фарбером, действовавшим от имени CSNET и NSF, и Каном, представлявшим DARPA, разрешало потокам данных CSNET использовать инфраструктуру ARPANET на статистической основе, без расчетов "по счетчику".
• Позднее, действуя в аналогичном ключе, NSF поощрял деятельность региональных (первоначально академических) сетей-компонентов NSFNet по поиску коммерческих, неакадемических клиентов и по расширению спектра услуг для таких клиентов. Повышение эффективности за счет увеличения масштабов сетевой деятельности следовало использовать для всеобщего снижения платы за пользование сетью.
• NSF разработал и ввел в действие "Правила пользования" магистральным сегментом NSFNet национального масштаба — NSFNet Backbone. Эти правила запрещали использование магистрали для целей, не способствующих исследовательской и учебной деятельности. Предсказуемым (и запланированным) результатом поощрения коммерческого сетевого трафика на местном и региональном уровнях в сочетании с отказом в транспортировке на национальном уровне стало активное создание и/или наращивание "частных", конкурирующих "дальнобойных" сетей, таких как PSI, UUNET, ANS CO+RE и (позднее) других. Процесс увеличения коммерческого использования сети за счет частного финансирования детально обсуждался, начиная с 1988 года, в рамках серии конференций "Коммерциализация и приватизация Интернет", проводившихся по инициативе NSF в Правительственной школе Кеннеди в Гарварде. Шло обсуждение и в самой сети — в списке рассылки "com-priv".
• В 1988 году в комитете Национального исследовательского совета (National Research Council), который возглавлял Клейнрок, а в число членов входили Кан и Кларк, по поручению NSF был подготовлен доклад, озаглавленный "К вопросу о национальной исследовательской сети". Этот доклад произвел сильное впечатление на Альберта Гора (Al Gore), бывшего в то время сенатором, и дал толчок развитию высокоскоростных сетей, ставших основой будущей информационной супермагистрали.
• В 1994 году, вновь под руководством Клейнрока (и при участии Кана и Кларка), по поручению NSF был подготовлен еще один доклад Национального исследовательского совета "Информационное будущее: Интернет и другие". В этом документе был прорисован проект развития информационной супермагистрали, оказавший долговременное воздействие на трактовку данной проблемы. Авторы доклада обратили внимание на такие критически важные аспекты, как права на интеллектуальную собственность, этические нормы, ценообразование, обучение, архитектура и законодательство Интернет.
• На апрель 1995 года пришлась кульминация приватизационной политики NSF, выразившаяся в прекращении финансирования NSFNet Backbone. Высвободившиеся средства были (на конкурсной основе) перераспределены между региональными сетями для оплаты подключения к ныне многочисленным частным "дальнобойным" сетям, взявшим на себя обеспечение связности Интернет в национальном масштабе.

Магистраль NSFNet Backbone "прожила" восемь с половиной лет. За эти годы на смену исследовательским маршрутизаторам (таким как "Fuzzball" Дэвида Милза (David Mills)) пришло коммерческое оборудование. Сама магистраль выросла с шести узлов, соединенных каналами на 56 Кбит/с, до 21 узла с множественными связями на 45 Мбит/с. Число сетей в Интернет превысило 50 тысяч, из которых примерно 29 тысяч располагается на территории Соединенных Штатов, а остальные — во всех частях света и даже в космическом пространстве.

Размах сети NSFNet и размеры финансирования этой программы (200 миллионов долларов за период с 1986 по 1995 год) в сочетании с качеством протоколов привели к тому, что к 1990 году, когда окончательно разукомплектовали ARPANET, семейство TCP/IP вытеснило или значительно потеснило во всем мире большинство других протоколов глобальных компьютерных сетей, а IP уверенно становился доминирующим сервисом транспортировки данных в Глобальной информационной инфраструктуре.

Роль документации

Ключом к быстрому росту Интернет стал свободный, открытый доступ к основным документам, особенно к спецификациям протоколов.

ARPANET и Интернет, зародившиеся в университетском исследовательском сообществе, развивались в академических традициях открытой публикации идей и результатов. Однако обычный академический цикл был слишком формальным и медленным для динамичного обмена идеями, необходимого при создании сетей.

В 1969 году С. Крокер (работавший тогда в UCLA) сделал ключевой шаг, основав серию публикаций "Запросы на комментарии и предложения" (Request For Comments, RFC) [3]. Эти статьи должны были служить цели неформального, быстрого распространения идей и их обсуждения с другими сетевыми специалистами. Первоначально RFC-статьи печатались на бумаге и рассылались обычной медленной почтой. После того, как начал использоваться Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP), RFC-статьи стали готовить в виде файлов и передавать посредством FTP. Сейчас, разумеется, эти документы легко доступны по Всемирной паутине (World Wide Web), они лежат на десятках серверов во всех частях света. Стэнфордский исследовательский институт (SRI), выполняя функции Сетевого информационного центра, поддерживал оперативный доступ к каталогам. Джон Постел исполнял обязанности редактора RFC-статей. Он же занимался централизованным распределением номеров версий протоколов. Эти функции Джон выполняет и поныне.

RFC-статьи позволили создать положительную обратную связь, когда идеи и предложения, содержавшиеся в одном документе, служили отправной точкой для создания новых документов с новыми идеями, и так далее. Когда достигался определенный уровень согласия (или, по крайней мере, вырабатывался согласованный набор идей), готовились спецификации, служившие основой для реализаций, выполнявшихся несколькими командами исследователей.

Со временем RFC-статьи стали посвящаться в основном стандартам протоколов ("официальным" спецификациям), хотя осталась и определенная доля информационных заметок, описывающих альтернативные подходы или идейные основы протокольных и технических решений. Сейчас RFC-статьи рассматриваются как протокол деятельности по стандартизации и реализации Интернет.

Открытый доступ к документам RFC (бесплатный для всех подключенных к Интернет) способствовал росту Интернет, поскольку он позволял использовать действующие спецификации и во время занятий со студентами, и в процессе разработки новых систем.

Электронная почта сыграла очень важную роль во всех аспектах жизни Интернет, особенно при разработке спецификаций протоколов, технических стандартов и реализационных решений. Самые первые RFC-статьи зачастую представляли собой набор идей, предлагавшихся на всеобщее обсуждение группой исследователей из какой-то одной местности. Использование электронной почты изменило характер авторства — RFC-статьи стали представляться коллективами авторов с общими взглядами, не зависящими от территориальной принадлежности.

Для выработки спецификаций протоколов в течение долгого времени использовались списки электронной почтовой рассылки; и поныне они остаются важным рабочим инструментом. Сейчас в иерархии IETF насчитывается ни много ни мало 75 Тематических групп, занимающихся разными аспектами Интернет. Каждая из этих групп имеет список рассылки для обсуждения проектов разрабатываемых документов. После согласования проекта в рабочей группе, он публикуется в виде RFC-документа.

Нынешний быстрый рост Интернет во многом объясняется осознанием выгод от разделения информации, которое обеспечивает Сеть. При этом важно понимать, что первым видом информации, разделявшейся в Сети, были RFC-документы, описывавшие проектирование и эксплуатацию Интернет. Этот уникальный метод разработки новых сетевых средств остается критически важным для дальнейшей эволюции Интернет.

Формирование широкой общественности

Интернет — это не только собрание технологий, но и собрание сообществ. Успехи Интернет в значительной степени объясняются как способностью удовлетворить основные социальные потребности, так и умением эффективно использовать общественность для развития инфраструктуры. Дух коллективизма, содружества в Интернет имеет глубокие корни, он зародился еще в начале работ над ARPANET.

Пионеры ARPANET работали как единый, спаянный коллектив, чтобы как можно быстрее продемонстрировать жизнеспособность технологии пакетной коммутации. Аналогично, проекты пакетных спутниковой и радиосети (Packet Satellite, Packet Radio) равно как и другие исследовательские программы DARPA в области информатики развивались в условиях сотрудничества многих подрядчиков, интенсивно использовавших для координации все наличные механизмы. Исторически первым механизмом была электронная почта, затем к ней добавились разделение файлов и удаленный доступ; сейчас пришел черед Всемирной паутины. В рамках каждой из программ формировалась рабочая группа, первой из которых была Сетевая рабочая группа ARPANET. В силу уникальной инфраструктурной роли, которую сеть ARPANET играла для многих исследовательских программ в начале развития Интернет, Сетевая рабочая группа эволюционировала в Рабочую группу Интернет (Internet Working Group).

В конце 1970-х годов, когда стало понятно, что рост Интернет сопровождается ростом заинтересованного исследовательского сообщества, все больше нуждающегося в средствах координации, Винт Серф, руководивший в то время в DARPA Программой Интернет, сформировал несколько координирующих органов — Международный совет по сотрудничеству (International Cooperation Board, ICB), Исследовательскую группу Интернет (Internet Research Group) и Совет по конфигурационному управлению Интернет (Internet Configuration Control Board, ICCB). Совет ICB, который возглавил Петер Кирстен из UCL, должен был координировать работы с рядом европейских стран, участвовавших в проекте Packet Satellite. Исследовательская группа Интернет обеспечивала среду для обмена информацией общего характера. Совету ICCB под руководством Кларка отводились "пригласительные" функции; он должен был помогать Серфу управлять нарастающей Интернет-активностью.

В 1983 году исследовательскую Программу Интернет возглавил Барри Лейнер. Вместе с Кларком они решили, что продолжающийся рост Интернет-сообщества требует перестройки координирующих механизмов. Совет ICCB был упразднен, ему на смену пришла совокупность Тематических групп (Task Forces), занимавшихся определенными технологическими областями (например, маршрутизаторами, сквозными протоколами и т.п.). Из руководителей Тематических групп был образован Совет по развитию Интернет (Internet Activities Board, IAB). По чистой случайности Тематические группы возглавили люди, бывшие до этого членами ICCB, а Дэйв Кларк сохранил пост главы совета.

После некоторых изменений в составе IAB, Фил Гросс (Phill Gross) стал председателем возрожденной Тематической группы по технологии Интернет (Internet Engineering Task Force, IETF), в то время бывшей обычной тематической группой IAB. Как уже отмечалось выше, к 1985 году наблюдался стремительный рост именно практических, технологических аспектов Интернет. Этот рост привел к колоссальному увеличению числа специалистов, присутствовавших на заседаниях IETF, так что Гросс был вынужден создать в IETF подструктуру в виде рабочих групп.

Рост Интернет сопровождался значительным увеличением числа заинтересованных организаций. Не только Управление DARPA перестало быть единственным крупным инвестором; в дополнение к NSFNet и другим программам, финансировавшимся правительствами США и других стран, начали разворачиваться коммерческие проекты. В том же 1985 году Кан и Лейнер ушли из DARPA, после чего активность Управления в области Интернет резко пошла на убыль. В результате Совет IAB остался без основного спонсора, но это только укрепило его руководящую роль.

Рост продолжался, приводя к созданию все новых подструктур в рамках как IAB, так и IETF. В IETF прошло объединение Рабочих групп по областям деятельности с назначением директоров областей, объединившихся в Группу управления технологией Интернет (Internet Engineering Steering Group, IESG). В IAB осознали растущую важность IETF и перестроили процесс стандартизации, сделав IESG основным рецензирующим органом. Изменилась и структура самого Совета IAB. Тематические группы, не входившие в иерархию IETF, были объединены в Тематическую группу Интернет-исследований (Internet Research Task Force, IRTF), которую возглавил Постел, и переименованы в исследовательские группы.

Рост в коммерческом секторе принес с собой повышенное внимание к самому процессу стандартизации. С начала 1980-х годов и по настоящее время Интернет далеко отошел от первоначальных исследовательских корней, что выразилось как в расширившемся круге пользователей, так и в возросшей коммерческой активности. Предметом особой заботы стали открытость и честность процесса стандартизации.

Это, в сочетании с осознанием необходимости общественной поддержки Интернет, в конце концов привело к формированию в 1991 году Сообщества Интернет (Internet Society) под патронажем возглавляемой Каном Корпорации национальных исследовательских инициатив (Corporation for National Research Initiatives, CNRI) и под руководством Серфа, работавшего в то время в CNRI.

В 1992 году состоялась еще одна реорганизация — Совет по развитию Интернет (Internet Activities Board) был превращен в Совет по архитектуре Интернет (Internet Architecture Board), функционирующий под покровительством Сообщества Интернет. Между новым вариантом IAB и IESG были установлены более равноправные отношения, а на IETF и IESG легла большая ответственность за принятие стандартов. В итоге между IAB, IETF и Сообществом Интернет были сформированы отношения сотрудничества и взаимной поддержки, причем целью Сообщества стало обеспечение оптимальных условий для работы IETF.

Недавнее создание и широкое распространение Всемирной паутины привлекло в Интернет массу новых людей, никогда не причислявших себя к числу исследователей и разработчиков сетей. Была создана новая координирующая организация, W3-консорциум (World Wide Web Consortium, W3C). Первыми руководителями консорциума стали изобретатель WWW Тим Бернерс-Ли (Tim Berners-Lee) и Эл Вецца (Al Vezza). Новый орган, поддерживаемый Лабораторией информатики MIT, принял на себя обязанности по развитию протоколов и стандартов, ассоциированных с Web.

Таким образом, в течение более чем двадцатилетнего периода мы наблюдаем постоянное развитие организационных структур, призванных поддерживать все расширяющееся сообщество, работающее на благо Интернет.

Коммерциализация технологии

Коммерциализация Интернет включает в себя не только развитие конкурентных, частных сетевых сервисов, но и разработку коммерческих продуктов, реализующих Интернет-технологию. В начале 1980-х годов десятки производителей, предвидя спрос на подобные сетевые решения, встраивали TCP/IP в свои продукты. К сожалению, они не располагали достоверной информацией о том, как Интернет-технология должна была работать, и как потенциальные покупатели предполагали использовать сети. Большинство производителей видели в TCP/IP небольшую добавку к собственным закрытым сетевым решениям: SNA, DECNet, NetWare, NetBios. Министерство обороны США во многих контрактах требовало обязательного использования TCP/IP, но практически не помогало своим подрядчикам понять, как строить полезные TCP/IP-продукты.

В 1985 году, осознав недостаток доступной информации и возможности пройти обучение, Дэн Линч (Dan Lynch) совместно с IAB организовал трехдневный семинар для ВСЕХ производителей. На семинаре рассказывалось о возможностях, устройстве и о нерешенных пока проблемах TCP/IP. Большинство докладчиков (всего их было около 50 на 250 слушателей) представляло исследовательские круги DARPA, разработавшие протоколы и использовавшие их в своей повседневной деятельности. Результаты семинара оказались удивительными для обеих сторон. Сотрудников компаний-производителей поразила открытость, с которой изобретали рассказывали о том, как все работает (и что пока не работает). Изобретатели с удовольствием узнали о новых для себя проблемах, с которыми сталкивались производители. Таким образом начался диалог, продолжающийся более десяти лет.

После двух лет конференций, учебных курсов, встреч и семинаров проектировщиков, было организовано специальное мероприятие, на которое пригласили производителей наиболее зрелых TCP/IP-продуктов. Производители собрались на три дня в одном зале, чтобы продемонстрировать, насколько хорошо их продукты взаимодействуют между собой и с Интернет. В сентябре 1988 года состоялась первая торговая выставка Interop. В ней приняли участие 50 компаний. Выставку посетило около 5 тысяч инженеров из организаций — потенциальных клиентов. Их интересовало, действительно ли все работает так, как обещают. Все работало. Почему? Потому, что производители чрезвычайно настойчиво стремились обеспечить интероперабельность со всеми другими продуктами, даже представленными конкурентами. С тех пор размах торговых выставок Interop увеличился в огромной степени. В наши дни они каждый год устраиваются в семи местах, расположенных в разных странах. Их посещает более 250 тысяч человек, чтобы узнать о взаимной совместимости продуктов, о новинках на рынке и в технологии.

Параллельно с действиями по коммерциализации, связанными с Interop, производители начали посещать собрания IETF, происходящие 3 или 4 раза в год, чтобы обсудить новые идеи по расширению семейства протоколов TCP/IP. Раньше на такие встречи, финансировавшиеся правительством, собиралось несколько сот человек, преимущественно из академических кругов. Теперь число участников нередко превосходит тысячу, по большей части они представляют производителей и сами оплачивают организационные расходы. Такое самоорганизующееся сообщество, объединяющее все заинтересованные стороны — исследователей, пользователей и производителей, весьма эффективно развивает семейство TCP/IP в духе сотрудничества и взаимной выгоды.

Примером сотрудничества между исследовательскими и коммерческими кругами может служить сетевое управление. На заре Интернет основной упор делался на определении и реализации протоколов, обеспечивающих интероперабельность. С ростом Сети становилось понятно, что некоторые частные решения, использовавшиеся для управления, не всегда удается промасштабировать. В результате ручное конфигурирование таблиц стало заменяться распределенными автоматическими алгоритмами, были придуманы улучшенные средства изоляции неисправностей. В 1987 году выявилась потребность в протоколе, обеспечивающем единообразное удаленное администрирование сетевых компонентов, таких как маршрутизаторы. Для этой цели было предложено несколько протоколов, в том числе Простой протокол управления сетью (Simple Network Management Protocol, SNMP), спроектированный, как подсказывает название, из соображений простоты и ставший развитием более раннего предложения SGMP (Simple Gateway Monitoring Protocol, простой протокол мониторинга шлюзов). Кроме SNMP, были предложены протоколы HEMS (High-level Entity Management System, высокоуровневая система управления объектами — более сложный проект исследовательского сообщества) и CMIP (Common Management Information Protocol, общий протокол передачи управляющей информации — проект OSI-сообщества). Серия встреч привела к решению вывести HEMS из числа кандидатов на стандартизацию, чтобы разрядить конфликтную ситуацию. Было решено также продолжить работы над обоими оставшимися протоколами — SNMP и CMIP, причем SNMP рассматривался как краткосрочное решение, а CMIP — как более долгосрочное. Рынок мог делать выбор по своему усмотрению. В наше время практически повсеместно базой сетевого управления служит SNMP.

В последние несколько лет можно наблюдать новую фазу коммерциализации. Первоначально в коммерческой деятельности участвовали преимущественно производители базовых сетевых продуктов, а также поставщики услуг, предлагающие подключение к Интернет и базовые сервисы. В наши дни Интернет-обслуживание почти перешло в разряд бытового, и основное внимание теперь сосредоточено на использовании этой глобальной информационной инфраструктуры как основы других коммерческих сервисов. Данный процесс в огромной степени ускорен широким распространением и быстрым усваиванием Web-технологии, открывающей пользователям легкий доступ к информации, расположенной по всему миру. Имеются продукты, облегчающие предоставление информации, а многие из недавних технологических разработок направлены на создание все более сложных информационных сервисов на основе базовых Интернет-коммуникаций.

История будущего

24 октября 1995 года Федеральный сетевой совет (FNC) единодушно одобрил резолюцию, определяющую термин "Интернет" [12]. Это определение разрабатывалось при участии специалистов в области сетей и в области прав на интеллектуальную собственность.

РЕЗОЛЮЦИЯ: Федеральный сетевой совет признает, что следующие словосочетания отражают наше определение термина "Интернет".

Интернет — это глобальная информационная система, которая:

1. логически взаимосвязана пространством глобальных уникальных адресов, основанных на Интернет-протоколе (IP) или на последующих расширениях или преемниках IP;
2. способна поддерживать коммуникации с использованием семейства Протокола управления передачей/Интернет-протокола (TCP/IP) или его последующих расширений/преемников и/или других IP-совместимых протоколов;
3. обеспечивает, использует или делает доступной, на общественной или частной основе, высокоуровневые сервисы, надстроенные над описанной здесь коммуникационной и иной связанной с ней инфраструктурой.

За два десятилетия своего существования Сеть Интернет претерпела кардинальные изменения. Она зарождалась в эпоху разделения времени, но сумела выжить во времена господства персональных компьютеров, одноранговых сетей, систем клиент/сервер и сетевых компьютеров. Она проектировалась до первых ЛВС, но впитала эту новую сетевую технологию, равно как и появившиеся позднее сервисы коммутации ячеек и кадров. Она задумывалась для поддержки широкого спектра функций, от разделения файлов и удаленного входа до разделения ресурсов и совместной работы, породив электронную почту и, в более поздний период, Всемирную паутину. Но важнее всего то, что Сеть, создававшаяся вначале как объект деятельности небольшого коллектива специально выделенных исследователей, выросла до коммерчески выгодного предприятия, в которое ежегодно вкладываются миллиарды долларов.

Не следует думать, что все изменения Интернет остались позади. По названию и географически Интернет является сетью, но это порождение компьютерной, а не традиционной телефонной или телевизионной индустрии. Чтобы передовой уровень Интернет сохранялся, изменения должны продолжаться и они будут продолжены, развитие и дальше будет идти в темпе, характерном для компьютерной индустрии. Происходящие в наши дни изменения направлены на предоставление таких новых сервисов, как передача данных в реальном масштабе времени с целью поддержки, например, аудио- и видеопотоков. Повсеместная доступность сетей (таких как Интернет) в сочетании с мощными, компактными и доступными по цене вычислительными и коммуникационными средствами (ПК-блокноты, двунаправленные пейджеры, персональные цифровые секретари, сотовые телефоны и т.п.) делает возможной новую парадигму мобильных вычислений и коммуникаций.

Развитие подарит нам новые приложения — Интернет-телефонию и, несколько позже, Интернет-телевидение. Появятся новые модели ценообразования и окупаемости — несколько болезненные, но необходимые аспекты коммерческого мира. Будут освоены базовые сетевые технологии нового поколения, такие как широкополосный доступ населения и спутниковые коммуникации, с иными характеристиками и требованиями. Новые режимы доступа и новые формы обслуживания породят новые приложения, которые в свою очередь станут движущей силой дальнейшего развития самой Сети.

Для будущего Интернет важнее всего не то, как будут изменяться технологии, а то, как будет управляться сам процесс изменения и развития. Как показано в данной статье, архитектура Интернет всегда определялась ядром, состоящим из ведущих проектировщиков, но с увеличением числа заинтересованных сторон форма ядра изменилась. Успех Интернет расширил круг людей и организаций, вложивших в Сеть финансовые и интеллектуальные ресурсы. Споры вокруг управления доменным пространством имен и формата следующего поколения IP-адресов показывают, что идет поиск новой социальной структуры, способной осуществлять руководство Интернет в будущем. Трудно сказать, какой будет эта структура — слишком многие хотят в ней участвовать. В то же время, промышленные круги нуждаются в экономическом обосновании крупных инвестиций, необходимых для будущего роста, например, в плане улучшения технологии доступа населения. Если Интернет суждено столкнуться с неудачами, это произойдет не из-за дефицита технологий, предвидения или мотивации. Главная опасность состоит в том, что мы не можем установить единое направление и стройными рядами двинуться в светлое будущее.

Об авторах

Барри Лейнер (Barry M. Leiner) является вице-президентом Microelectronics and Computer Technology Corp.

Винтон Серф (Vinton G. Cerf) — первый вице-президент по архитектуре и технологии Интернет в MCI Communications Corp.

Дэвид Кларк (David D. Clark) работает в должности главного научного сотрудника в лаборатории информатики Массачусетского технологического института.

Роберт Кан (Robert E. Kahn) является президентом корпорации Национальных исследовательских инициатив.

Леонард Клейнрок (Leonard Kleinrock) — профессор информатики Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Дэниэл Линч (Daniel C. Lynch) является председателем CyberCash Inc. и основателем сетевых торговых выставок и конференций Interop.

Джон Постел (Jon Postel) работает в должности директора отделения компьютерных сетей Института информатики Университета Южной Калифорнии.

Лоуренс Робертс (Lawrence G. Roberts) является президентом отделения ATM-систем в Connectware Inc.

Стефен Вулф (Stephen Wolff) работает в Cisco Systems, Inc.

Литература

1. P. Baran -- On Distributed Communications Networks -- IEEE Trans. Comm.Systems, March 1964
2. V.G. Cerf -- A protocol for packet network interconnection -- IEEE Trans. Comm. Tech., vol. COM-22, V 5, pp. 627-641, May 1974
3. S. Crocker -- RFC001 Host software -- IEEE Trans. Comm.Systems, Apr-07-1969
4. R. Kahn -- Communications Principles for Operating Systems -- Internal BBN memorandum, Jan. 1972
5. R. Kahn Keith Uncapher (ред.), Harry van Trees (ред.) -- Proceedings of the IEEE. Special Issue on Packet Communication Networks -- Volume 66, No. 11, November, 1978
6. L. Kleinrock -- Information Flow in Large Communication Nets -- RLE Quarterly Progress Report, July 1961
7. L. Kleinrock -- Communication Nets: Stochastic Message Flow and Delay -- Mcgraw-Hill (New York), 1964
8. L. Kleinrock -- Queueing Systems -- John Wiley and Sons (New York), Vol II - Computer Applications, 1976
9. J.C.R. Licklider -- On-Line Man Computer Communication , August 1962
10. L. Roberts -- Toward a Cooperative Network of Time-Shared Computers -- Fall AFIPS Conf, Oct. 1966
11. L. Roberts -- Multiple Computer Networks and Intercomputer Communication -- ACM Gatlinburg Conf, October 1967
12. FNC Resolution: Definition of "Internet" , 10/24/95