Удивительный интернет

Появление ракетно-ядерного оружия сделало беззащитными и самые верхние командные уровни. Более того, стало ясно, что именно на них будет направлен первый удар. Обезглавить армию – значит сделать ее небоеспособной. Вспомните тактику испанских конкистадоров при завоевании Южной Америки, о которой мы только что говорили. Ну, хорошо, можно дислоцировать Генеральный штаб в нескольких местах, можно пересидеть ядерный удар в защищенных подземных бункерах. Но как отдавать приказы, если единственная линия связи повреждена? Посылать нарочных по радиоактивной пустыне, как в компьютерной игре Fallout? Проложить несколько запасных телефонных линий, которые в мирное время будут бездействовать? Но сколько таких линий должно быть, чтобы обеспечить приемлемую надежность за приемлемую цену? Одним словом, следовало придумать правильный метод децентрализации линий связи. Эту задачу и должна была решить группа, возглавляемая П. Бэреном.

Ученые моделировали систему связи с помощью особых математических объектов, которые называются графами. В этой модели узлы связи (приемники – передатчики) обозначались точками (вершинами графа), а линии связи – прямыми, соединявшими эти точки (ребрами графа).

Графическая модель с очевидностью демонстрировала ненадежность иерархически организованной системы связи. При повреждении узла связи выходят из строя все связанные с ним линии. «Выбивание» любого узла в системе связи с иерархической структурой (на рисунке – схема а) приводит к тому, что все нижестоящие узлы глохнут, слепнут и немеют. «Выбивание» самого верхнего узла (условно говоря, Генерального штаба) делает бесполезной всю систему связи. Если учесть, что повреждений в системе может быть несколько и на разных уровнях, время восстановления работоспособности иерархической системы драматически возрастает.

Децентрализация системы связи, то есть дублирование некоторых узлов и линий связи, увеличивает общую надежность, но не намного.

А вот распределенная сеть связи (схема б) оказалась очень надежной. Каждый узел в такой сети связан линиями с несколькими соседними узлами. Здесь нет «главных» и «подчиненных» узлов. Если граф централизованной сети по своему внешнему виду напоминает перевернутое дерево (или, по другой терминологии, «веник»), то граф распределенной сети похож на рыболовную сеть с множеством ячеек. Так что сложнее: сломать «веник» или разорвать «невод»?

С помощью компьютерного моделирования П. Бэрен и его группа проанализировали устойчивость распределенной сети с одинаковым количеством линий связи для каждого узла. По ходу моделирования случайным образом повреждались некоторые узлы. После этого считался общий процент узлов, так или иначе доступных для передачи данных. Оказалось, что в распределенной сети, где каждый узел связан не менее чем с тремя соседями, даже при повреждении 50 % узлов сохраняется достаточное количество линий связи для того, чтобы можно было передать сообщение между двумя любыми узлами сети, если не прямо, то окольным путем. В распределенной компьютерной сети всегда отыщется такой путь, и, как правило, не один.

Графические модели систем связи

На этом основана другая идея П. Бэрена – о коммутации пакетов (packet switching). Он предложил передавать по линиям связи не аналоговые, а цифровые сообщения, разбивая их на небольшие равные порции, пакеты. Передача таких пакетов по сети должна была производиться одновременно по разным путям, а в пункте назначения сообщение заново собиралось бы из пришедших пакетов. Такой способ одновременно уменьшал общее время передачи сообщения и повышал надежность передачи.

Правда, чтобы эта идея заработала, каждый узел распределенной сети должен был иметь специальную аппаратуру для коммутации (перенаправления) пакетов в соответствии с определенным алгоритмом и отдельный узел для превращения аналогового сигнала в цифровой и обратно.

Фактически в предыдущем абзаце в одном предложении – хоть патентуй! – описан принцип работы сотовой связи. Без сотовых сетей и мобильных телефонов мы не можем себе представить современную жизнь. Но в начале 1960-х годов ни одна из телефонных компаний (а линии связи тогда были в основном телефонными) технически и коммерчески разумное решение для создания таких сетей не нашла. До появления мобильного телефона оставалось еще пятнадцать лет…

1968. Дональд Дэвис. Пакетная передача – быстрота и надежность

Одновременно с П. Бэреном идею пакетной передачи информации по коммуникационным сетям предложил английский физик Дональд Дэвис (Donald Watts Davies, 1924–2000). Именно он ввел в широкий обиход термин «пакет», ставший одним из основных терминов Интернета.