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, zato so raziskovalci 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 robustna rešitev za tvorjenje decentraliziranih računalniških omrežij in medmrežij 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 pa ustrezna programska oprema spet poskrbi za združevanje paketov in preverjanje pravilnosti podatkov.

V nasprotju s telefonskimi povezavami, ki se vzpostavijo le enkrat in služijo prenosu podatkov med začetno in končno napravo, usmerjanje in prenos podatkov s pomočjo naslovljenih paketov deluje na način, da je prenosna povezava zasedena samo med prenosom določenega paketa, nato pa je prosta za prenose drugih paketov.

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

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 ZDA (ARPANet). Kmalu so sledili tudi na francoskem raziskovalnem inštitutu (Cyclades) in drugje po Evropi. Paketno preklapljanje so v omrežju NPL uvedli 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 prilagojenimi 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. Njihovi koncepti so močno vplivali na razvoj omrežnih protokolov v ZDA. Leta 1973 so v Cyclades prikazali paketni prenos med tremi napravami s posredovanjem usmerjevalnika (Gateway). Leto kasneje je omrežje vključevalo že sedem usmerjevalnikov in je omogočalo storitve za interaktiven dostop, paketne obdelave in prenos podatkov.

Zanimanje za računalniška omrežja je predvsem v univerzitetnih okoljih v sedemdesetih vztrajno rastlo. Nastalo je še nekaj drugih raziskovalnih omrežji v Evropi, na primer v Italiji, Švici, na Norveškem in Danskem. Vsako omrežje je uporabilo svoje koncepte za izvedbo omrežja s paketnim preklapljanjem. Potreba po skupnih standardih in protokolih, ki bi omogočili izvedbo medmrežnih povezav med njimi, je bila zato vedno večja.

COST-11 in skupno evropsko raziskovalno omrežje

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

Ekipa enajstih držav je v okviru projekta COST-11 razvila nabor omrežnih protokolov in jih predlagala za uporabo v javnih omrežjih. Dela za izgradnjo omrežne infrastrukture so se začela leta 1973. Do leta 1976 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. Sprejeli so 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 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 omrežja x.25 do leta 1979 uspešno povezal številna sodelujoča evropska raziskovalna omrežja.

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

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.

Problematična je 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 v omrežju. Evropska in druga javna omrežja s protokolom x.25 so bila omejena na 19,2 Kb/s in zelo draga, zanje pa predvsem dolgo ni bilo razvitih omrežnih storitev. Protokol so od sredine sedemdesetih uporabljali v javnih omrežjh po vsem svetu.

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 zastarelega telekomunikacijskega omrežja. Ekipa IJS je leta 1978 sodelovala tudi pri uspešnem preizkusu omrežja Euronet.

Omrežje ARPAnet

Po zgledu protokolov uporabljenih v francoskem raziskovalnem omrežju Cyclades so medtem v ZDA oblikovali Transmission control protocol (TCP), s katerim so želeli posodobiti paketno omrežje obrambnega ministrstva ARPAnet. Tudi oni se stremeli k učinkovitejšim in bolj prožnim medmrežnim povezavam. Z ARPAnet so želeli povezati različna eksperimentalna omrežja, ki so jih v tem času preizkušali, na primer radijsko (PRNET), satelitsko (SATNET) in različna lokalna omrežja (LAN).

Protokol so do leta 1978 postopno izpopolnili in razplastili v nabor internetnih protokolov TCP/IP s fizično, prenosno, omrežno in aplikacijsko plastjo. Novi protokoli so postopno nadomestili starejše. Pogosto jih imenujejo kar model DOD (Department of defense), saj je bilo omrežje ARPAnet do osemdesetih omejeno na ustanove povezane z njihovim uradom za razvoj naprednih obrambnih tehnologij (DARPA).

Za dostop do omrežnih tehnologij pa so si v tem času vedno bolj prizadevale tudi druge organizacije, predvsem univerze in večje raziskovalne ustanove.

Omrežni protokoli TCP/IP

Prenos posameznih paketov v omrežju TCP/IP lahko poteka prek poljubnih nosilcev in poti. Protokoli omrežne plasti skrbijo za pravilno oblikovanje paketov po predpisanem vzorcu (Datagram). V glavi paketa je zapisan njegov izvor in cilj, zaporedna številka paketa, kontrolni seštevek in podobni podatki. Skrbijo tudi za vzpostavitev povezave, uspešen prenos paketov in prekinitev povezave.

Problem v omrežju je lahko izguba paketov. Ob prihodu paketa na ciljno napravo ta posreduje izvorni napravi potrdilo o uspešnosti in pravilnosti prenosa. V primeru napak izvorna naprava ponovno pošlje paket. Obstajajo pa tudi drugi varnostni problemi v omrežju. Prednosti so enostavnost, odprtost in večja fleksibilnost omrežja. Prenos podatkov pa je lahko precej hitrejši in bolj ekonomičen kot v omrežjih s protokolom x.25.

Delovna skupina za računalniške komunikacije

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

Šele leta 1979 so na podlagi ugotovljenih potreb znanstveno-raziskovalnih organizacij. javne uprave in gospodarstva v komisiji potrdili nujnost in upravičenost izgradnje javnega omrežja prilagojenega paketnemu prenosu podatkov. Tako kot v drugih javnih omrežjih po svetu pa so predvideli uporabo protokola x.25. Za izgradnjo omrežja so poverili javni PTT.

Stanje računalniškega omrežja v Sloveniji

V Sloveniji so nekakšno nepovezano državno računalniško omrežje do začetka osemdesetih sestavljala različna in nezdružljiva terminalska omrežja na različnih družbeno pomembnih področjih kot so statistika, bančništvo, univerza, zdravstvo, energetika, meteorologija in podobno. Prizadevali so si za uskladitev in povezavo vseh teh posameznih informacijskih sistemov v nekakšen enoten družben informacijski sistem, vendar ne posebej uspešno.

Zastarela komunikacijska infrastruktura, nezdružljiva in pomanjkljiva računalniška infrastruktura, pomanjkanje širše sistemske podpore in slab finančni položaj v državi so vztrajno zavirali uresničitev takšnih idej. Zaviralo pa jih je tudi pomanjkanje uveljavljenih omrežnih konceptov. Vsa že tako premajhna vlaganja v računalniško opremo v državi so zaradi zaostajanja pri povezljivosti postajala še toliko manj gospodarna.

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 zaradi dolgotrajnih birokratskih postopkov v Beogradu prvi razpis za izgradnjo sledil šele leta 1983. V Sloveniji so z izvedbo pohiteli in je poskusno omrežje začelo delovati že konec leta 1985. Redno pa je omrežje začelo obratovati leta 1987.

Do leta 1990 je omrežje JUPAK v Sloveniji omogočalo le 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 tako kot v drugih javnih omrežjih te vrste 19,2 Kb/s.

.. 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