Računalniška omrežja: Prva omrežja s paketnim preklapljanjem

V novi seriji prispevkov smo se podrobneje posvetili pojavu računalniških omrežij. Razpiramo celovit pogled na to kako so se razvojne stopnje in posamezni vidiki računalniških omrežij dotaknili domačega računalništva in kako se v računalniških omrežjih na edinstven način kaže in udejanja tesna prepletenost računalništva, informatike in telekomunikacij.

Terminalska omrežja so bila toga in centralizirana. Raziskovalci so zato vztrajno iskali načine za tvorjenje bolj učinkovitih in heterogenih računalniških omrežij. Tudi po zaslugi novih tehnologij, ki jih je omogočila mikroelektronika, se je močno spreminjal pogled na možnosti računalniških omrežij, njihovo mesto in vlogo v družbi. Kot učinkovita in vzdržljiva rešitev za tvorjenje decentraliziranih računalniških omrežij se je uveljavil že nekaj časa poznan koncept paketnega preklapljanja. Nastale so številne različne praktične izvedbe koncepta v Evropi in ZDA. Začela pa so se tudi prva prizadevanja za vzpostavitev omrežnih standardov, ki bi omogočili medmrežne povezave.

Omrežja s paketnim preklapljanjem

V omrežjih s paketnim preklapljanjem se podatki med računalniki prenašajo v obliki paketov s pomočjo prilagojene omrežne infrastrukture. Pri izvoru programska oprema poskrbi za vzpostavitev povezave in oblikovanje paketov po določenem vzorcu. Pot posameznega paketa po omrežju je lahko vnaprej predvidena ali poljubna. Na cilju ustrezna programska oprema spet poskrbi za združevanje paketov in preverjanje pravilnosti podatkov.

Koncept izvira iz ideje za nekakšen neuničljiv mehanizem za prenos sporočil prek porazdeljenega telekomunikacijskega omrežja, ki ga je v šestdesetih razvijal ameriški inženir Paul Baran. Takšen mehanizem naj bi v teoriji omogočil komunikacijo tudi v izrednih razmerah, ko so številne povezave v omrežjih prekinjene ali zelo obremenjene.

Omrežja s paketnim preklapljanjem delujejo po dveh osnovnih principih. Prva, bolj pogosta, delujejo brez povezave in usklajenega delovanja začetne in končne naprave. Potovanje posameznih paketov po omrežju usklajeno uravnavajo usmerjevalniki glede na izvor in cilj, ki sta zapisana v glavi posameznega paketa (Datagram). Tok posameznih podatkovnih paketov po omrežju je tu poljuben. Primer je medmrežje Internet.

Druga oponašajo delovanje telefonskega omrežja in posredujejo podatke prek navideznih povezav med začetno in končno napravo (Virtual circuit). Povezave so tu trajne, tok podatkovnih paketov prek njih pa je urejen in zaporeden. Primer so javna omrežja x.25 in Frame relay.

Prva raziskovalna omrežja

Prva raziskovalna omrežja utemeljena na tej ideji so nastala že konec šestdesetih. Najprej so omrežje s paketnim preklapljanjem razvijali v Angleškem fizikalnem laboratoriju (NPL) in v okviru Ministrstva za obrambo v ZDA (ARPANet). Nato so nastala omrežja še na francoskem raziskovalnem inštitutu (Cyclades) in drugje po Evropi. Paketno preklapljanje so prvi uvedli v omrežju NPL leta 1969. Leto kasneje je njihovo omrežje med napravami že omogočalo prenos s hitrostjo 768 Kb/s.

Prve povezave v ameriškem omrežju ARPANET so pravtako vzpostavili leta 1969. Do 1971 je omrežje z 18 posebnimi usmerjevalniki (IMP) povezovalo že 23 univerzitetnih in vladnih računalnikov po vsej državi. Vzpostavljena je bila tudi satelitska povezava med ameriškim ARPANET in Norveškim sistemom za beleženje potresnih sunkov (NORSAR). To je bila prva povezava ARPANET izven ZDA. Prek nje so leta 1973 preizkusili tudi prvo heterogeno medmrežno povezavo z angleškim univerzitetnim omrežjem v Londonu (UCL).

Druga evropska raziskovalna omrežja

V Franciji je s podporo francoskega raziskovalnega inštituta INRIA leta 1971 nastalo omrežje Cyclades. Z uporabljenimi koncepti je to omrežje močno vplivalo na razvoj omrežnih protokolov v ZDA. Leta 1973 so v Cyclades prikazali paketni prenos med tremi napravami s posredovanjem usmerjevalnika (Gateway). Leta 1974 je omrežje vključevalo že sedem usmerjevalnikov in je omogočalo omrežne storitve za interaktiven dostop, paketne obdelave in prenos podatkov.

Po zgledu protokolov uporabljenih v francoskem raziskovalnem omrežju Cyclades so leta 1974 v ZDA oblikovali Transmission control protocol (TCP). Z njim so želeli posodobiti paketno omrežje obrambnega ministrstva ARPAnet. Stremeli pa so tudi k razvoju učinkovitega mehanizma za prožne medmrežne povezave. Z ARPAnet so želeli povezati različna eksperimentalna omrežja, ki so jih v tem času preizkušali, na primer radijsko paketno omrežje (PRNET), satelitsko omrežje (SATNET) in različna krajevna omrežja (LAN).

Zanimanje za računalniška omrežja je predvsem v univerzitetnih okoljih v sedemdesetih vztrajno rastlo. Nastala so še druga raziskovalna omrežja v Evropi (na primer v Italiji, Švici, na Norveškem, Danskem in drugje), vsako s svojimi koncepti za izvedbo omrežja s paketnim preklapljanjem. Potreba po skupnih standardih in protokolih, ki bi omogočili izvedbo medmrežnih povezav med njimi je bila tudi tu vedno večja.

COST-11 in skupno evropsko raziskovalno omrežje

Evropska raziskovalna omrežja so se leta 1972 povezala in usmerila v razvoj skupnega evropskega računalniškega omrežja EIN (European informatics network). Ta naj bi z novo prilagojeno infrastrukturo in skupnimi dogovorjenimi protokoli in storitvami omogočilo medsebojno povezavo obstoječih raziskovalnih omrežij v Angliji, Franciji, Italiji in Švici, ter omrežje Evropske agencije za jedrsko energijo.

Mednarodna ekipa iz enajstih držav je v okviru projekta COST-11 razvila vrsto lastnih omrežnih protokolov. Predlagali so jih tudi za uporabo v takratnih novonastalih evropskih javnih omrežjih. Dela za izgradnjo omrežne infrastrukture EIN so se začela leta 1973, do leta 1976 pa so že vzpostavili predvidene povezave med petimi omrežji. Angleško omrežje NPL je v tem času povezovalo 14 računalnikov in 75 terminalov s hitrostjo prenosa do 1.5 MB/s, francosko omrežje Cyclades pa je povezovalo 20 računalnikov.

Javna omrežja za prenos podatkov

Medtem so po Evropi začela nastajati tudi prva javna omrežja prilagojena prenosu podatkov. Zgradilo jih je nekaj evropskih telekomunikacijskih podjetij, najprej v Franciji, Španiji in Angliji. Leta 1976 je Združenje telekomunikacijskih podjetij (CCITT) zavrnilo protokole projekta COST-11 in sprejelo uporabo lastnih omrežnih protokolov x.25 v vseh javnih omrežjih. To je spodbudilo in omogočilo njihovo medsebojno povezavo, do konca sedemdesetih pa so v tem okviru nastale tudi širše medkontinentalne povezave in prvo svetovno računalniško omrežje.

V uporabo protokola x.25 so se zato takrat morala preusmeriti tudi evropska raziskovalna omrežja v okviru projekta COST-11. Nastal je nov koncept omrežja Euronet, ki je s pomočjo navideznih povezav vzpostavljenih prek javnih omrežij x.25 do leta 1979 uspešno povezal številna sodelujoča evropska raziskovalna omrežja.

Omrežni protokoli x.25

Prenos paketov v omrežju x.25 poteka prek vnaprej vzpostavljenih povezav od izvorne do ciljne naprave, podobno kot pri telefonskih povezavah. Pozitivna stran je, da so paketi enostavni, saj ne potrebujejo nobenih dodatnih usmerjevalnih navodil, povezava pa se vzpostavi samo enkrat. Tehnologija navideznih povezav je v času še precej nerazvite omrežne infrastrukture lažje zagotavljala uspešen prenos podatkov, v drugi polovici osemdesetih pa je ob vztrajnem naraščanju zmogljivosti infrastrukture že postajal bolj smiselen in ekonomičen koncept omrežja brez trajnih povezav.

Omrežje x.25 je sestavljeno iz preklopnih vozlišč prilagojenih za paketno preklapljanje. Ti s paketi podatkov upravljajo po načelu shrani-posreduj. Nanje so naprave (različni računalniki in terminali) priključene predvsem prek običajnih najetih telefonskih povezav.

Pri omrežju x.25 je poblematična počasnost vzpostavljanja začetne povezave in nizka hitrost prenosa, ki jo bremenijo pretirani varnostni mehanizmi. Za medmrežno povezavo omrežij x.25 je skrbel dodaten protokol x.75, ki je pravtako predstavljal ozko grlo. Evropska in druga javna omrežja s protokolom x.25 so bila omejena na 9,6 Kb/s (oziroma na 19,2 Kb/s po dvojni povezavi). Bila so tudi zelo draga za uporabnike. Najpomembnejše je bilo predvsem dejstvo, da zanje dolgo časa ni bilo razvitih omrežnih storitev. Protokol so od sredine sedemdesetih uporabljali v javnih omrežjh po vsem svetu.

Primeri javnih omrežij x.25: Telenet, Datapac, Transpac, Compuserve, Tymnet, IPSS, Jupak

Sodelovanje Jugoslavije pri COST-11

Raziskave novih omrežnih konceptov so se v sedemdesetih z vključitvijo domače ekipe strokovnjakov v projekt COST-11 začele tudi pri nas. Ekipa Inštituta Jožef Stefan je pri projektu sicer sodelovala le na teoretični ravni, pri razvoju protokolov in storitev za omrežje EIN. S tem pa so kljub temu postavili solidne temelje za razvoj na področju računalniških omrežij tudi doma.

Praktično so si prizadevali za vključitev v sodobne omrežne tokove prek povezave Republiškega računskega centra z italijanskima centroma v Trstu in Bologni, spodbujali pa so tudi razvoj domačega raziskovalnega omrežja in modernizacijo zastarele omrežne infrastrukture.

Ekipa IJS je ob zaključku projekta COST-11 leta 1978 sodelovala tudi pri uspešnem preizkusu omrežja Euronet. Usklajevalno delo okrog priprave in izvedbe prikaza delovanja mreže je za vso državo opravljala Raziskovalana skupnost Slovenije. Prek terminala v njihovem informacijskem centru so poskusno vzpostavili povezavo do najbolj oddaljenih terminalov omrežja Euronet prek vozliščnih računalnikov v Milanu, Zurichu, Lodnodu in Parizu. Med vidnimi predstavniki ekipe sta dr.Tomaž Kalin in dr.Edo Pirkmajer.

Delovna skupina za računalniške komunikacije

Prva resna razmišljanja o javnem omrežju za prenos podatkov so se pri nas začela relativno zgodaj, vendar so nato vsi potrebni birokratski postopki potekali zelo počasi. Drugje v Jugoslaviji so bile potrebe za izgradnjo prilagojenega omrežja za prenos podatkov namreč precej manjše. Že leta 1974 je bila pri komisiji za računalništvo in informatiko ustanovljena delovna skupina za računalniške komunikacije, ki je objavila študijo Računalniško omrežje Slovenije, ter leta 1974 in 1976 opravila tudi informativni anketi o komunikacijskih potrebah v državi.

Leta 1979 so nato na podlagi ugotovljenih potreb znanstveno-raziskovalnih organizacij. javne uprave in gospodarstva v komisiji potrdili nujnost in upravičenost izgradnje javnega omrežja za paketni prenos podatkov v Sloveniji. Tako kot v drugih javnih omrežjih po svetu so predvideli uporabo protokola x.25, za izgradnjo omrežja pa so poverili javni PTT. Omrežje je v primerjavi z obstoječima telegrafskim in telefonskim omogočilo veliko bolj zanesljiv, cenejši in hitrejši prenos podatkov. Odprlo je dotedaj navzven nedosegljive in nepovezane informacijske sisteme v državi in olajšalo povezave s tujimi. Predstavlja pa tudi prvi korak v smeri novih informacijskih storitev na daljavo.

Jugoslovansko omrežje za paketni prenos podatkov

Temelji za izgradnjo jugoslovanskega omrežja za prenos podatkov (JUPAK) so bili tako v Sloveniji postavljeni že razmeroma zgodaj, vendar je prvi razpis za izgradnjo sledil šele deset let kasneje, leta 1983. V Sloveniji so z izvedbo pohiteli in je poskusno omrežje lahko začelo delovati že konec leta 1985. Zavedali so se, da spet precej zaostajamo za razvitimi državami in da omrežje JUPAK predstavlja le začasno rešitev pred prehodom na še boj ustrezne popolnoma digitalne rešitve (ISDN).

Slovenija in Hrvaška sta bili v računalniški opremljenosti precej pred ostalimi republikami, zato sta imeli tudi več interesa za izgradnjo omrežja. Ker domači proizvajalci niso imeli ustrezne ponudbe in bi za razvoj potrebovali tudi do tri leta, sta državi na hitro izbrali usmerjevalnike Ericsson, ki so jih po licenci izdelovali v podjetju Nikola Tesla. To je takrat sprožilo precejšen spor z drugimi republikami.

Konfiguracija omrežja JUPAK v Sloveniji

Redno je omrežje v Sloveniji začelo obratovati leta 1987, ko so vzpostavili tudi neposredno povezavo s hrvaškim delom. Do leta 1990 je omogočalo 200 priključkov. Večino teh priključkov so že vnaprej zakupili v 68 organizacijah, ki so prispevale tudi polovico finančnih sredstev za izgradnjo. 100 priključkov so si zagotovili v Ljubljani, 36 v Mariboru, 24 v Kopru, 21 v Celju, 20 v Novem Mestu, 18 v Kranju, 14 v Novi Gorici in 13 v Trbovljah. Običajna hitrost povezav v omrežju je bila 9,6 Kb/s, največja pa 19,2 Kb/s prek polne dvojne povezave (Full duplex).

Omrežje je dobilo en glavni komutacijski in upravni center v Ljubljani, ter osem manjših koncentratorskih centrov po državi. PTT je zagotavljala le JUPAK zveze med uporabniki, ki so bile primerljive z najetimi telefonskimi vodi, za uporabo the zvez pa je bilo potrebno oblikovati tudi ustrezne omrežne standarde in storitve. Te so v dogovoru z ostalimi deležniki takrat začeli razvijati na Inštitutu Jožef Stefan. Z vključitvijo v evropski projekt COSINE leta 1987 so omrežne rešitve razvijali po alternativnem modelu odptih omrežij ISO/OSI, ki predstavlja nadgradnjo uporabljenih protokolov x.25.

.. zbral in sestavil Miha Urh.

Več o tem

Prejšnji članek v seriji Računalniška omrežja: Državno računalniško omrežje

Naslednji članek v seriji Računalniška omrežja: Lastniške omrežne tehnologije