اینترنت
اینترنت در واقع اصلا یک شبکه نیست، بلکه مجموعه ایست از شبکه های مختلف که از پروتکل های خاصی استفاده کرده، و سرویسهای مشخصی را ارائه می‌کند. ویژگی غیرعادی اینترنت اینست که توسط فرد خاصی طراحی نشده، و هیچکس هم آنرا کنترل نمی کند. برای درک بهتر این مطلب، اجازه دهید ببینیم اینترنت از کجا شروع شد، و علت آن چه بود. یکی از جالبترین تاریخچه های اینترنت را می توانید در کتاب جان نافتون- 2000- ببینید. این کتاب نه تنها برای افراد عادی، بلکه برای مورخان نیز جالب است، برخی از مطالب ذیل از این کتاب اقتباس شده است. البته کتابهای فنی بیشماری نیز درباره اینترنت و پروتکلهای آن نوشته شده، که از آن میان میتوان به
(Maufer, 1999) اشاره کرد.
آرپانت (ARPANET)
داستان ما از اواخر دهه 1950 شروع میشود . در اوج جنگ سرد وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا به فکر ایجاد یک شبکه فرماندهی و کنترل افتاد که بتواند حتی در مقابل حملات هسته ای دوام بیاورد. در آن زمان تمامی مخابرات نظامی به شبکه تلفن عمومی متکی بود، که مستعد آسیب تشخیص داده شده بود. با یک نگاه به شکل زیر (الف) می‌توانید مبنای این استدلال را دریابید. در این شکل نقاط سیاه نماینده مراکز سوئیچینگ شهری هستند که هزاران خط تلفن از آنها منشعب میشود. این مراکز نیز به نوبه خود به مراکز بین شهری بزرگتر متصل هستند، که در مجموع شبکه تلفن کشوری را می سازند. آسیب پذیری این سیستم از آنجا ناشی می شد که تخریب چند مرکز بین شهری کلیدی می توانست تماس تلفنی را در کل کشور مختل کند
در سال 1960 وزارت دفاع قراردادی را با شرکت راند امضاء کرد که در ان وظیفه یافتن یک راه حل به آن محول شده بود. یکی از متخصصان این شرکت، بنام پل بارن طرح یک شبکه توزیع شده (distributed) و تحمل پذیر خطا (fault- tolerant) را پیشنهاد کرد، که آنرا در شکل (ب) می بینید. از آنجائیکه در این شبکه طول مسیر بین مراکز سوئیچینگ طولانیتر از آن بود که بتوان از سیگنالهای آنالوگ استفاده کرد، بارن پیشنهاد کرد در این سیستم از تکنولوژی سوئیچینگ بسته دیجیتالی (digital packet- switching) استفاده شود. بارن گزارشات متعددی برای وزارت دفاع نوشت، و جزئیات سیستم پیشنهادی خود را تشریح کرد. مقامات رسمی پنتاگون به ایده نهفته در این سیستم علاقمند شدند و از AT&T (که در آن زمان انحصار شبکه تلفن کشوری را در دست داشت) خواستند که یک نمونه اولیه از آن بسازد. AT&T طرح بارن را رد کرد. بزرگترین و ثروتمندترین شرکت دنیا تحمل نمی کرد که یک جوان تازه از راه رسیده به آنها بگوید چگونه شبکه تلفن بسازند! آنها ادعا کردند که طرح بارن قابل اجرا نیست و بدین ترتیب ایده آن را در نطفه خفه کردند.
سالها گذشت، و وزارت دفاع همچنان به دنبال سیستم فرماندهی و کنترل ایده آل خود بود. برای درک بهتر اتفاقات بعدی، باید کمی به عقب برگردیم: به اکتبر 1957، زمانی که اتحاد جماهیر شوروی (سابق) با پرتاب اولین قمر مصنوعی به نام اسپوتنیک در مسابقه فضایی از ایالات متحده پیشی گرفت. آیزنهاور، رئیس جمهور وقت ایالات متحده در جستجو برای یافتن علت عقب افتادگی کشورش با وحشت دریافت که نیروهای زمینی، دریایی و هوایی آمریکا مشغول دعوا بر سر تقسیم بودجه تحقیقاتی پنتاگون هستند. وی بلافاصله تصمیم گرفت که یک مرکز واحد برای تحقیقات نظامی بوجود آورد، مرکزی که آرپا (آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته Advanced Research Projects Agency- ARPA نام گرفت. آرپا هیچ دانشمند یا آزمایشگاهی نداشت در واقع آرپا چیزی نبود جز یک دفتر هماهنگی کوچک با بودجه ای ناچیز (البته با معیارهای پنتاگون). آرپا کارش را با عقد قرارداد یا واگذاری امتیاز به شرکتها یا دانشگاه هایی که ایده های جالبی داشتند، انجام می داد.
در سالهای اول، آرپا بیشتر سعی داشت خطوط کلی ماموریت خود را روشن و ترسیم کند، ولی در سال 1967 توجه مدیرعامل آن، لاری رابرتس، به موضوع شبکه جلب شد. او با متخصصان بسیاری مشورت کرد و یکی از همین متخصصان بنام وسلی کلارک بود که پیشنهاد ایجاد یک زیر شبکه سوئیچینگ بسته را مطرح کرد.
بعد از مقداری بحثهای اولیه رابرتس ایده را پسندید و آنرا طی یک مقاله نسبتاً مبهم به گردهمایی اصول سیستم عامل (که در اواخر 1967 در گاتلین بورگ، تنسی برگزار شده بود) ارائه کرد (Roberts, 19670 . در میان ناباوری رابرتس مقاله دیگری نیز به این کنفرانس ارائه شده بود که نه تنها سیستم مشابهی را توصیه می کرد بلکه حتی صحبت از پیاده سازی آن تحت مدیریت فردی بنام دونالد دیویس در آزمایشگاه ملی فیزیک (NPL) در انگلستان به میان آمده بود. سیستم NPL در واقع سیستمی در سطح ملی نبود، بلکه فقط چند کامپیوتر را در محوطه NPL به هم متصل می کرد، اما نکته مهم این بود که نشان می داد سوئیچینگ بسته در عمل کار می‌کند. از همه جالبتر اینکه سیستم NPL براساس کارهای بارن پایه گذاری شده بود. وقتی رابرتس از گاتلین بورگ برگشت دیگر مصمم بود چیزی را بسازد که بعدها به آرپانت (ARPANET) معروف شد.
این زیرشبکه تعدادی مینی کامپیوتر به نام (Interface Message Processor)IMP را با خطوط انتقال 56- kbps به هم متصل می کرد. برای رسیدن به قابلیت اعتماد بالا، هر IMP به حداقل دو IMP دیگر متصل می شد. این زیرشبکه در واقع یک زیر شبکه دیتاگرام (datagram subnet) بود بنابراین اگر تعدادی از خطوط یا IMP ها از بین می رفتند پیامها می توانستند از طریق مسیرهای جایگزین به مقصد برسند.
هر گره (node) این شبکه عبارت بود از یک کامپیوتر میزبان و یک IMP، که با سیمی کوتاه به هم وصل می شدند. هر میزبان می توانست پیامهایی تا سقف 8063 بیت به IMP خود بفرستد و این IMP سپس پیام را به بسته های 1008 بیتی شکسته و آنها را به صورت مستقل به سمت مقصد می فرستاد. هر بسته قبل از اینکه به گره بعدی هدایت شود بایستی به طور کامل دریافت می شد، بدین ترتیب آرپانت اولین زیرشبکه سوئیچینگ بسته بود که به صورت ذخیره- هدایت (store- and- forward) کار می کرد.
پس از آن آرپا مناقصه ای برای ساخت این زیرشبکه اعلام کرد که دوازده شرکت اسناد آنرا خریدند. بعد از بررسی پیشنهادات رسیده در دسامبر 1968 آرپا شرکت BBN را (که یک شرکت مشاوره در کمبریج، ماساچوست بود) برای ساخت این زیرشبکه و نوشتن نرم افزارهای آن برگزید. شرکت BBN مینی کامپیوترهای اصلاح شده هانی ول DDP-316 را (که 12 کیلو بایت حافظه 16 بیتی داشت) بعنوان IMP انتخاب کرد. از آنجائیکه قطعات مکانیکی ذاتاً غیرقابل اعتماد فرض می شدند، این IMPها اصلا دیسک نداشتند، و با خطوط اجاره ای 56-kbps به هم متصل می شدند. با اینکه امروزه حتی بچه ها هم دیگر خطوط 56-kbps را قبول ندارند (و به کمتر از ADSL راضی نمیشوند). آنروزها خطوط 56-kbps بالاترین چیزی بود که می شد آرزو کرد.
نرم افزار نیز در دو بخش مجزا طراحی شد: زیر شبکه، میزبان . نرم افزار زیرشبکه عبارت بود از پروتکل ارتباط IMP با میزبان، پروتکل IMP-IMP و نرم افزاری برای بهبود ارتباط IMP مبدا با IMP مقصد. در شکل 1-26 طراحی اولیه آرپانت را ملاحظه میکنید.
در خارج از زیرشبکه، میزبانها نیز به نرم افزار نیاز داشتند: پروتکل ارتباط میزبان با IMP ، پروتکل میزبان- میزبان، و نرم افزارهای کاربردی. به زودی معلوم شد که BBN احساس می‌کند با گرفتن پیام در نقطه واسط میزبان- IMP و تحویل آن در نقطه IMP میزبان سمت مقابل کارش پایان یافته است.
اما رابرتس مشکل دیگری داشت: کامپیوترهای میزبان هم نیازمند نرم افزار بودند. برای حل این مشکل، در تابستان 1969 رابرتس همایشی از متخصصان شبکه (که عمدتاً دانشجویان تازه فارغ التحصیل بودند) در اسنوبرد یوتا تشکیل داد. این دانشجویان فکر می کردند کسی وجود دارد که طرح کلی شبکه را برای آنها توضیح دهد و بعد از آن می توانستند نوشتن نرم افزار را شروع کنند. آنها بسیار شگفت زده شدند وقتی فهمیدند که نه متخصصی برای توضیح طرح شبکه وجود دارد و نه اساساً چیزی به نام طرح شبکه! آنها دریافتند که باید کار را از صفر شروع کنند.
با وجود همه این مشکلات، بالاخره آرپا موفق شد در دسامبر 1969 یک شبکه آزمایشی متشکل از چهار گره (دانشگاههای UCSB ، SRI , UCLA و یوتا) راه اندازی کند. علت انتخاب این چهار دانشگاه آن بود که همگی آنها قراردادهای متعددی با آرپا داشتند و از طرف دیگر (صرفاً برای زورآزمایی فنی) کامپیوترهای آنها به کلی با هم ناسازگار بود. با نصب IMP های جدید این شبکه گسترش یافت، و به زودی سراسر ایالات متحده را تحت پوشش گرفت. در شکل صفحه قبل رشد آرپانت را در طی سه سال پس از تولد آن ملاحظه میکنید.
آرپا برای کمک به رشد این نوزاد تازه متولد شده (آرپانت)، در زمینه شبکه های ماهواره ای و مخابرات رادیویی نیز سرمایه گذاری هایی انجام داد. در یک آزمایش معروف، با استفاده از یک شبکه رادیویی پیامهایی از یک کامیون در حال حرکت در جاده های کالیفرنیا به دانشگاه SRI ، و از آنجا از طریق آرپانت به ساحل شرقی ایالات متحده فرستاده شد، که سپس از آنجا از طریق شبکه ماهواره ای به دانشگاه کالج در لندن هدایت شد. بدین ترتیب محققانی که در کامیونی در جاده های کالیفرنیا نشسته بودند، توانستند با کامپیوترهایی در لندن کار کنند.
این آزمایش همچنین نشان داد که پروتکلهای موجود آرپانت برای کار روی شبکه های مختلف مناسب نیستند. این نتایج منجر به تحقیقات بیشتر روی پروتکلها شد که با اختراع TCP/IP و پروتکلهای آن به اوج رسید (Cerf and Kahn, 1974) . مدل TCP/IP بویژه برای ارتباطات روی شبکه های مختلف و ناهمگن (که آرپانت روز به روز به سمت آن حرکت می کرد) طراحی شده بود.
به منظور تشویق و ترغیب پذیرش این پروتکلهای جدید، آرپا قراردادهایی با شرکت BBN و دانشگاه کالیفرنیا در برکلی (UCB) منعقد کرد، تا این پروتکلها را با یونیکس برکلی یکپارچه کنند. محققان برکلی هم کار خود را با نوشتن برنامه های واسط شبکه (که به سوکت- socket- معروف شدند)، و برنامه های کاربردی و مدیریتی به نحو احسن انجام دادند.
زمانه نیز با TCP/IP یار بود؛ بسیاری از دانشگاهها تازه کامپیوترهای جدید VAX را خریده و آنها را در شبکه های LAN به هم متصل کرده بودند، اما هیچ نرم افزاری برای شبکه کردن آنها نداشتند. وقتی یونیکس 4.2BSD (با پروتکلهای TCP/IP، سوکتها و نرم افزارهای کمکی خود) بعنوان یک بسته نرم افزاری کامل به بازار آمد، بلافاصله مورد قبول جامعه دانشگاهی قرار گرفت. از همه مهمتر اینکه با TCP/IP می شد به آرپانت وصل شد، اتفاقی که بسیاری منتظر آن بودند.
در دهه 1980شبکه های بسیاری (بویژه شبکه های محلی) به آرپانت ملحق شدند. با افزایش تعداد کامپیوترهای آرپانت مشکل جدیدی پدید آمد و آن پیدا کردن یک کامپیوتر در میان خیل عظیم کامپیوترها بود. برای حل این مشکل سیستم نام ناحیه (Domain Name System- DNS) ابداع شد، که نام کامپیوترها را به آدرس IP آنها تبدیل می کرد. از آن به بعد، DNS تبدیل به یک پایگاه داده عمومی و توزیع شده شد، که علاوه بر آدرس IP کامپیوترها، اطلاعات دیگری را نیز در اختیار کاربران خود قرار می داد.
در اواخر دهه 1970 بنیاد ملی علوم ایالات متحده (U.S. National Science Foundation- NSF) شاهد تأثیر روزافزون آرپانت بر تحقیقات دانشگاهی بود. اما هر دانشگاهی که می خواست به آرپانت دسترسی داشته باشد، بایستی قراردادی با وزارت دفاع داشته باشد (که بسیاری از آنها نداشتند.) پاسخ NSF به این وضعیت، راه اندازی شبکه ای مشابه آرپانت بود که تمام دانشگاهها به آن دسترسی داشته باشند. به منظور ایجاد زیربنایی محکم برای این شبکه، NSF با متصل کردن شش ابر کامپیوتر خود در دانشگاههای سان دیه گو، بولدر، کامپاین، پیتسبورگ، ایتاکا و پرینستون، یک ستون فقرات (backbone) بوجود آورد. هر یک از این ابرکامپیوترها یک برادر کوچکتر (یک مینی کامپیوتر LSI 11، معروف به فازبال) داشت. این فازبال ها به خطوط اجاره ای 56-kbps متصل بودند و زیر شبکه را می ساختند- یعنی شبکه NSF از نظر سخت افزاری شبیه آرپانت بود. اما تکنولوژی نرم افزاری آن با آرپانت متفاوت بود. فازبال ها از همان ابتدا به TCP/IP صحبت می کردند، که آنرا تبدیل به این اولین شبکه گسترده TCP/IP می کرد.
بعدها NSF تعداد زیادی شبکه منطقه ای تاسیس کرد که به هزاران دانشگاه، آزمایشگاه تحقیقاتی، کتابخانه و موزه اجازه می داد تا به هر یک از ابرکامپیوترهای آن دسترسی داشته باشند یا اینکه مستقیماً با یکدیگر تماس برقرار کنند. این شبکه (شامل ستون فقرات و شبکه های محلی) NSFNET نامیده شد. از طریق لینکی بین یک IMP و یک فازبال در دانشگاه کارنگی- ملون NSFNET به آرپانت نیز متصل شده بود. اولین ستون فقرات NSFNET را در شکل زیر مشاهده میکنید.
NSFNET یک موفقیت آنی بود و از همان ابتدا با تراکم کاری روبرو شد. NSF بلافاصله به فکر گسترش NSFNET افتاد، و به همین منظور قراردادی با کنسرسیوم MERIT بست. برای ایجاد دومین ستون فقرات، کانالهای فیبر نوری با ظرفیت 448-kbps از MCI (که اکنون در WorlCom ادغام شده است) اجاره شد. برای مسیریاب های شبکه نیز از IBM PC- RT استفاده شد. این شبکه نیز بسیار زود با تراکم کاری روبرو شد، و در سال 1990 ظرفیت ستون فقرات آن به 1.5Mbps ارتقا داده شد.
با ادامه رشد NSFNET، به زودی NSF متوجه شد که دولت نمی تواند برای همیشه به سرمایه گذاری در شبکه ادامه دهد. از طرف دیگر، شرکتهای تجاری نیز مایل بودند به شبکه NSFNET ملحق شوند، ولی مقررات NSF کاربردهای انتفاعی شبکه را ممنوع کرده بود. متعاقب آن NSF بعنوان اولین قدم به سوی تجاری کردن شبکه شرکتهای MCI , MERIT , IBM را به ایجاد یک موسسه غیرانتفاعی (بنام Advanced Networks and Services- ANS ) ترغیب کرد. در سال 1990، ANS کنترل NSFNET را به دست گرفت، و با ارتقا لینکهای 1.5 Mbps به 45-Mbps شبکه ANSNET را به وجود آورد. این شرکت بعد از 5 سال کار به America) AOL Online فروخته شد. اما در آن زمان دیگر شرکتهای بسیاری سرویس های تجاری IP ارائه می کردند، و روشن شده بود که دولت باید پای خود را از تجارت شبکه بیرون بکشد.