Na počátku byl ARPANET ....
Tento článek vyšel v počítačových novinách Computerworld č. 4/95, v rámci tzv. tématu týdne, jako součást série článků věnovaných problematice Internetu.
Na počátku byl ARPANET ...
Touto dnes již klasickou větou začíná "Stopařův průvodce po Internetu", jeden z prvních a nejznámějších textů, popisujících historii i současnost této sítě sítí, a pokračuje slovy ....
.......coby experimentální rozlehlá síť vzájemně propojující hostitelské počítače a terminálové servery. Byly vytvořeny postupy pro přidělování adres a pro vypracování standardů pro provoz sítě. Díky stále širšímu nasazování lokálních sítí se mnohé hostitelské počítače staly bránami do lokálních sítí. Byla vytvořena síťová vrstva, umožňující vzájemnou součinnost s těmito sítěmi, a byla nazvána Internet Protocol (IP). Časem vznikly další sítě s velkým dosahem, založené na protokolu IP (NASA, NSF, sítě v jednotlivých státech USA ....). Také s těmito sítěmi je díky protokolu IP možná součinnost. Souhrn všech těchto vzájemně propojených a spolupracujících sítí je Internetem.....
Ovšem pro správné pochopení některých základních myšlenek a principů, na kterých je postaven dnešní Internet, je vhodné jít ještě hlouběji do historie, před vznik samotného ARPANETu. Tedy do období konce padesátých a počátku šedesátých let, kdy studená válka byla v plném proudu, a nad lidstvem jak Damoklův meč visel přízrak nukleární války.
Největší mozkový trust tehdejší Ameriky, firma RAND Corporation, až po uši zavalená zakázkami z resortu obrany, tehdy právě řešila nemalý úkol - vymyslet, jak by jednotlivé orgány administrativy USA mohly úspěšně komunikovat i po jaderné válce. Pokud by vůbec přestála první nukleární úder, Amerika by velmi naléhavě potřebovala fungující systém řízení a velení, který by dokázal spojit jednotlivá města, jednotlivé státy, jednotlivé vojenské základny atd. Systém fungující i přesto, že některé jeho části mohou být rozbity doslova na padrť.
Řešení by jistě mělo být založeno na existenci vhodné komunikační sítě, ale jak tuto síť koncipovat, jak ji řídit a jak zajišťovat její správu? Vždyť jakákoli její význačná část - řídící centrum, centrální přepojovací uzel, ústředna apod. - bude zcela jistě středem zájmu nepřítele, a bude tedy "odstřelena" nejspíše jako první?
RAND Corporation nakonec přišla s možným řešením, které bylo v roce 1964 dokonce zveřejněno. Je založeno na následujících dvou principech:
- síť nebude mít žádnou centrální složku
- síť bude od začátku navrhována tak, aby fungovala i když jsou některé její části v troskách
Světlo světa tedy spatřila technika, označovaná příznačně jako přepojování paketů (packet switching), navíc ještě v takové variantě, které se dnes říká datagramová služba (datagram service). Obvykle je sice méně efektivní než takový způsob přenosu dat, který modeluje fungování telefonní sítě (a který je označován jako přepojování okruhů, angl. Circuit Switching), ale na druhé straně zase přináší maximální možnou robustnost. A o to právě šlo.
Na scénu vstupuje ARPA
Myšlenka silně decentralizované, maximálně robustní a "výbuchuvzdorné" sítě, pracující na principu přepojování paketů, se tedy zrodila počátkem šedesátých let v USA. Poprvé však byla v praxi implementována ve Velké Británii, v podobě experimentální sítě tamní National Physical Laboratory (Národní laboratoře pro fyziku), počátkem roku 1968. Netrvalo dlouho, a k obdobnému experimentu se odhodlali i v USA. Podnět, a naštěstí i potřebné finanční prostředky přišly z resortu obrany, konkrétně od grantové agentury ministerstva obrany USA, s názvem ARPA (Advanced Research Projects Agency). Podle této grantové agentury byla experimentální síť také pojmenována jako ARPANET. Na tom již nic nezměnil ani fakt, že samotná agentura ARPA se posléze přejmenovala na DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), což mělo zdůraznit její zaměření na potřeby resortu obrany.
Konkrétním úkolem sítě ARPANET bylo především praktické ověření techniky přepojování paketů. Kromě toho měla být tato síť využita i k mnohem konkrétnějším a prozaičtějším účelům - měla na dálku umožnit přístup k tehdejším nejvýkonnějším superpočítačům (resp. k tomu, co bylo v tehdejší době považováno za superpočítače), a co se nacházelo především na významných univerzitách, v jejich výpočetních střediscích. Proto také první uzly sítě ARPANET byly umístěny právě na univerzitách - první z nich byl na podzim roku 1969 instalován na známé UCLA (University of California Los Angeles), další pak na UCSB (University of California Santa Barbara), ve Stanfordu (Stanford Research Institute, SRI), a na univerzitě v Utahu. Vlastní uzel přitom byl realizován univerzálním počítačem (konkrétně šlo o počítač Honeywell DDP516), který byl naprogramován tak, aby fungoval jako tzv. Interface Message Processor (IMP). Pro vzájemnou komunikaci používaly uzly IMP pevné okruhy s přenosovou rychlostí 50 kbps, a přenosový protokol NCP (Network Control Protocol). Ještě do konce roku 1969 byla vlastní síť uvedena do provozu, a její uživatelé tak mohli na dálku využívat možnosti a výpočetní kapacitu superpočítačů, které tato síť propojovala.
ARPANET však rychle rostl, a v roce 1971 již měl celkem 15 uzlů, přičemž tento počet neustále rostl: v roce 1972 měl ARPANET 37 uzlů, a v roce 1973 se k němu připojují také první zahraniční uzly, ve Velké Británii a v Norsku.
Komunikace vítězí nad počítáním na dálku
Již poměrně brzy se ale zjistilo, že původní představa o způsobu využití ARPANETu nebyla příliš realistická. Jestliže předpoklad byl takový, že uživatelé budou využívat především možnost práce na vzdálených počítačích (prostřednictvím tzv. vzdáleného přihlašování, remote login), pak praxe ukázala, že uživatelé si z ARPANETu udělali spíše státem sponzorovaný poštovní úřad. Začali totiž využívat přenosové možnosti ARPANETu hlavně k přenosu více či méně osobních vzkazů prostřednictvím elektronické pošty, a pro diskuse v rámci elektronických konferencí. Využívali tedy ARPANET k tomu, aby na dálku spolupracovali na různých výzkumných projektech, aby si předávali zkušenosti a získané poznatky, aby se vzájemně informovali o aktuálním dění, a eventuelně se i podělili o některé zákulisní informace. To sice příliš neladilo správcům sítě, ale uživatelé si prosadili své. Možnosti komunikace prostřednictvím sítě je lákaly mnohem víc, než možnost "počítání na dálku". No a tento trend v podstatě vydržel až do dnešních dní.
NCP je mrtvé. Ať žije TCP/IP!
Síť ARPANET byla ve své době bezesporu velkým technickým lákadlem, které muselo zákonitě přitáhnout pozornost mnoha šikovných lidí. Mezi nimi byla i skupina pedagogů a postgraduálních studentů z UCLA (University of California Los Angeles), kteří na základě grantu od agentury ARPA zřídili laboratoř (Network Measurement Center), ve které testovali a měřili chování ARPANETu. Členy této skupiny byli takoví lidé, jako např. Vinton Cerf, Steven Crocker či Jon Postel, kteří dnes jsou téměř legendou, ale tehdy byli teprve postgraduálními studenty. Když potřebovali "hodit na papír" něco, co vymysleli a co chtěli dát ostatním ve známost, aby jim k tomu sdělili své připomínky a názory, nemohli se opřít o žádnou formální autoritu a vydat nějaký oficiálněji koncipovaný dokument. Kromě toho zřejmě neměli ani v úmyslu komukoli vnucovat své představy. Místo toho své myšlenky a výsledky publikovali ve formě pracovních dokumentů, které nazvali velmi skromně a současně i výstižně jako "Request For Comment" - doslova "žádost o komentář". Šlo navíc i o vtipnou parafrázi na oficiální dokumenty "Request For Proposal", které přicházely od grantových agentur (zejména od agentury ARPA), a byly ve své podstatě vybídnutím k na podání žádostí o účelové granty.
Úplně první materiál RFC (Request For Comment) spatřil světlo světa v dubnu roku 1969. Napsal jej Steven Crocker, a týkal se problematiky programového vybavení uzlových počítačů sítě.
Také další osudy tehdejších postgraduálních studentů velmi významným způsobem ovlivnily vývoj ARPANETu a jeho postupné přerůstání v to, co dnes známe jako Internet. Klíčovou osobností byl v tomto ohledu Vinton G. Cerf, který v roce 1972 po ukončení svých postgraduálních studií nastoupil na místo docenta na univerzitě ve Stanfordu. Krátce nato začal pořádat síťové semináře, v rámci kterých byly položeny základy pro novou generaci komunikačních protokolů pro síť ARPANET - protokolů, které "žijí" dodnes, a jsou známy jako protokoly rodiny TCP/IP.
Jejich vývoj pod vedením Vintona Cerfa ovšem určitou dobu trval, a byl financován z prostředků agentury ARPA (mezitím přejmenované na DARPA). První verze specifikací protokolu TCP byla v září roku 1973 prezentována na počítačové konferenci na University of Sussex. Publikována byla následujícího roku, v květnovém čísle časopisu IEEE Transactions on Communications (autory byli Vinton Cerf a Robert Kahn). První implementace protokolu TCP pak probíhaly souběžně na třech místech, kromě Stanfordu i u firmy BBN (Bolt, Beranek and Newman) a na University College v Londýně. Šlo tedy od začátku o mezinárodní záležitost.
V roce 1977 proběhly první praktické zkoušky TCP, které prokázaly životaschopnost nového protokolu. Práce na jeho dokončení pak začaly vrcholit.
V té době však ale dochází i k jedné zásadní koncepční změně. Dosud totiž tvůrci protokolu TCP vycházeli z představy, že schopnosti a vlastnosti přenosových cest jsou různé, ale že přenosový protokol TCP by je měl zcela zakrýt, a své uživatele důsledně odstínit od jakýchkoli specifik přenosových cest. Tedy vytvářet iluzi, že všechna data jsou přenášena po zcela homogenní přenosové síti, která má vždy stejné vlastnosti. Navíc se tvůrci protokolu TCP rozhodli odstínit uživatele a jejich aplikace i od nespolehlivosti přenosů, a převzít na svá bedra veškeré akce, spojené s nápravou chyb při přenosech, ztrátách přenášených dat atd. Koncipovali tedy protokol TCP jako tzv. spolehlivý protokol - i za cenu toho, že k zajištění spolehlivosti bude vyžadovat určitou režii, která půjde na úkor rychlosti přenosů.
S postupem času se ale ukázalo, že tento přístup nemusí být vždy nejvýhodnější. Existují totiž i takové aplikace, které se raději obejdou s poněkud poškozenými daty, než se zpožděním v přísunu nových dat (ke kterému dochází tehdy, když se spolehlivý přenosový protokol snaží o nápravu dřívější chyby při přenosu). V případě původního protokolu TCP šlo hlavně o přenos hlasu - k pracovní skupině, která se vývojem protokolu TCP zabývala, se totiž časem přidali i lidé, kteří se předtím zabývali právě problematikou přenosu lidského hlasu. Tito lidé pak přinesli i nový pohled na celkovou koncepci přenosových protokolů, který nakonec vyústil v rozdělení původního protokolu TCP na dva samostatné protokoly - na protokol IP (Internet Protocol), který se staral zejména o vlastní přenos a o zakrytí všech specifik konkrétních přenosových cest, ale nikoli na spolehlivém principu (tj. když došlo k nějakému výpadku, ztrátě či poškození dat, sám se nestaral o nápravu), a na "nový" protokol TCP, který sám využíval přenosových služeb protokolu IP, a navíc k nim přidával i zajištění spolehlivosti. Jako alternativa ke spolehlivému protokolu TCP pak byl vytvořen protokol UDP (User Datagram Protocol), který také využíval přenosových služeb protokolu IP, ale již k nim nepřidával žádné zajištění spolehlivosti (a je tedy určen pro takové aplikace, které před spolehlivostí dávají přednost rychlosti a pravidelnějšímu přísunu dat).
Svou dnešní podobu tak protokoly TCP/IP získávají v letech 1978 až 1979. V roce 1980 se pro ně nadchl i Pentagon a rozhodl, že budou preferovanými protokoly pro rezort obrany (nezapomínejme, že jejich vývoj byl financován právě z prostředků tohoto resortu, přicházejících skrz agenturu ARPA). V roce 1982 se pak tentýž Pentagon rozhodl, že všechny počítače připojené k ARPANETu musí povinně přejít na protokoly TCP/IP. Tento přechod byl skutečně proveden, a to velmi razantně - od prvního ledna roku 1983 totiž ARPANET jednoduše přestal být průchozí pro jakékoli pakety protokolu NCP.
Období 1983 až 1986 pak bylo obdobím nástupu protokolů TCP/IP do života. Postarala se o to jak jejich kvalita a vhodná koncepce, tak i šikovná grantová politika agentury DARPA. Ta si totiž nechala na zakázku vyvinout implementaci protokolů TCP/IP pro prostředí Unixu (u firmy BBN), a poté ještě financovala i jejich začlenění do BSD Unixu, pocházejícího ze střediska BSD (Berkeley Software Distribution). Bylo to zrovna v době, kdy většina akademických pracovišť v USA právě "přezbrojovala" své výpočetní arzenály, a ve velké většině sáhla právě po BSD Unixu. Díky tomu se protokoly TCP/IP velmi rychle rozšířily po celé akademické komunitě USA. Kromě toho byly samozřejmě implementovány i v jiných systémových prostředích, než jen v BSD Unixu.
Jak vznikal Internet
Osudy sítě ARPANET, jak jsme si je až dosud líčili, se odehrávaly plně v režii resortu obrany USA - který také vše financoval. Přitom se choval i dosti filantropicky (alespoň na naše poměry): v roce 1983 totiž oddělil od původního ARPANETu ty jeho části, které měly něco společného s vojenstvím, a ustavil je jako samostatnou síť MILNET (samozřejmě propojenou a schopnou komunikace s ARPANETem). Samotný ARPANET tak získal mnohem civilnější náplň práce, ale přesto byl nadále financován z prostředků resortu obrany.
ARPANET ovšem nebyl zdaleka jedinou počítačovou sítí na světě či alespoň v USA. Své počítačové sítě si budovaly i jiné resorty, a vzhledem ke kvalitám a veřejné dostupnosti protokolů TCP/IP byly tyto sítě stále častěji budovány na bázi právě těchto protokolů. No a pro jejich provozovatele i uživatele se ukázalo jako velmi výhodné, když je mohli propojit s ARPANETem. Ten se tak stále více stával spíše zárodečnou sítí, na kterou se postupně "nabalovaly" další a další sítě, až vznikal celý konglomerát vzájemně propojených sítí. No a tomu se začalo říkat příznačně Internet - s velkým I.
Souviselo to ostatně i s nástupem lokálních sítí, ke kterému dochází někdy po roce 1983, kdy plně vyzrává nejznámější a nejpoužívanější přenosová technologie pro sítě LAN - Ethernet. Také pro myriády těchto lokálních sítí bylo velmi výhodné využít protokoly TCP/IP, a připojit se ke stále se rozšiřující soustavě vzájemně propojených sítí na bázi těchto protokolů, tj. k Internetu. Tento trend přitom jen posílil skutečnost, že původní ARPANET, neustále "obalovaný" dalšími a dalšími sítěmi, se stále více dostával jen do role páteřní sítě, přes kterou prochází provoz, vznikající i směřující do jiných sítí.
ARPANET odchází, NSFNET přichází
Zřejmě nejvýznamnější sítí, která se kdy "nabalila" na ARPANET a stala se tak součástí Internetu, byla síť NSFNET. Vytvořila si ji jako svou vlastní síť instituce NSF (National Science Foundation), která má v USA na starosti podporu vědy a výzkumu obecně, nikoli jen pro potřebu některého konkrétního rezortu. Tato instituce mimo jiné zřídila pět výpočetních středisek na univerzitách, které vybavila výkonnými superpočítači, načež je také potřebovala vzájemně propojit, a poskytnout tak přístup k příslušným superpočítačům co možná nejširšímu okruhu vědců. S byrokraty ve vedení ARPANETu se ale nedohodla na tom, aby za tímto účelem mohla využít právě přenosové možnosti ARPANETu. A tak agentuře NSF nezbylo, než si vybudovat vlastní síť NSFNET, která z počátku používala pevné okruhy s přenosovou rychlostí 56 kbps. Svou síť přitom propojila s ARPANETem, takže i NSFNET se stal součástí Internetu.
Tím ale zdaleka vše neskončilo. Díky relativně štědrému přísunu finančních prostředků mohla agentura NSF financovat doslova masové připojování dosud nepřipojených akademických institucí k NSFNETu, a tím i k Internetu. Přenosové možnosti sítě NSFNET sice brzy přestaly postačovat, ale to nebylo neřešitelným problémem - NSF si mohla dovolit průběžně zvyšovat přenosovou kapacitu. Např. v roce 1989 byly všechny páteřní spoje sítě NSFNET provozovány rychlostí 1,544 Mbps, a později přešly dokonce na rychlost 45 Mbps.
A tak se stalo, že NSFNET díky svým přenosovým schopnostem , a posléze i na základě koncepčního záměru, postupně přejímal původní roli ARPANETu - tedy roli páteřní sítě, skrz kterou prochází největší část provozu v rámci celého Internetu. Vše pak vyvrcholilo v březnu roku 1990, kdy byl původní ARPANET v tichosti odstaven a zrušen. Jen málokdo to zaznamenal, protože NSFNET mezitím úplně přebral úlohu páteřní sítě celé obrovské soustavy sítí, která tvořila Internet.
..... NSFNET odchází
Páteřní síť NSFNET byla dlouhá léta v očích mnoha uživatelů téměř synonymem Internetu jako takového. Pravdou bylo, že postavení této páteřní sítě bylo natolik klíčové, že tento názor nebyl zcela neopodstatněný.
Sám NSFNET přitom také prošel určitým vývojem, který nezahrnoval pouze změny technické. Šlo především o to, že NSFNET byl původně koncipován jako výzkumná síť, ale s postupem času se stal především provozní sítí, zajišťující spíše rutinní přenosy velkých objemů dat. Nikoli ale přenosy, sloužící ryze komerčním účelům, kterým se NSFNET nadále brání.
Provozovatel NSFNETu (agentura NSF) si změněnou roli své páteřní sítě uvědomil, a rozhodl se NSFNET pozvolna odstavit - s tím, že jeho přenosové funkce postupně převezmou jiné sítě, fungující již plně na komerčním základě. Tím vlastně NSF jen vzala na vědomí a přizpůsobila se trendu, který sama vyvolala svým omezením komerčního provozu po NSFNETu, a který dal vzniknout čistě komerčním páteřním sítím, schopným již dnes zcela se vyhnout NSFNETu (podrobněji viz článek: "Pro koho je Internet?").
Páteřní síť NSFNET tedy bude v následujících letech postupně odstavována. Samotná agentura NSF ovšem zdaleka neopustí arénu počítačových sítí - zaměří se na rozvoj špičkových vysokorychlostních síťových technologií v rámci výzkumného projektu VBNS (Very high-speed Backbone Network Service). Podobně jako v roce 1986, kdy začala budovat svůj NSFNET, hodlá i nyní začít propojením pěti akademických středisek vybavených superpočítači. Že by se historie opakovala?