Пол Баран: Пионер компьютерных сетей и пакетной коммутации.

Введение

Американский еврейский инженер, а также экономист с тем же именем, Пол Баран (род. 29 апреля 1926 года – 26 марта 2011 года) был американским еврейским инженером – пионером в области разработки компьютерных сетей. Он был одним из двух независимых изобретателей пакетной коммутации, которая сегодня является основой передачи данных в компьютерных сетях во всем мире, и впоследствии основал несколько компаний и разработал другие технологии, являющиеся неотъемлемой частью современной цифровой связи.

Ранние годы

Родился в Гродно (тогда в составе Второй Польской Республики, а с 1945 года – часть Белоруссии) 29 апреля 1926 года. Он был младшим из трёх детей в своей литовско-еврейской семье, его имя на идише было "Песах". Его семья переехала в Соединенные Штаты 11 мая 1928 года, поселившись сначала в Бостоне, а затем в Филадельфии, где его отец, Моррис "Моше" Баран (1884–1979), открыл продуктовый магазин. Он окончил Университет Дрекселя (тогда называвшийся Дрекселльским технологическим институтом) в 1949 году, получив степень бакалавра в области электротехники. После этого он поступил в компанию Eckert Mauchly Computer Corporation, где занимался технической работой над моделями UNIVAC – первой линейкой коммерческих компьютеров в США. В 1955 году он женился на Эвелин Мерфи, переехал в Лос-Анджелес и начал работать в Hughes Aircraft над системами обработки радиолокационных данных. В 1959 году он получил степень магистра инженерных наук в UCLA под руководством Джеральда Эстрина, посещая вечерние курсы. Его диссертация была посвящена распознаванию символов.

Конструкция сети с коммутацией пакетов

После присоединения к корпорации RAND в 1959 году Баран взялся за разработку "устойчивой" системы связи, способной поддерживать связь между конечными точками даже при повреждениях от ядерного оружия в период холодной войны. В то время большинство американских военных коммуникаций использовали высокочастотную связь, которая могла быть выведена из строя на многие часы в результате ядерной атаки. Баран решил автоматизировать предыдущую работу директора RAND Франклина Р. Коллбома по организации аварийной связи через обычные AM-радиосети и показал, что архитектура распределенных ретрансляционных узлов может быть устойчивой. Вскоре Римский центр разработки авиации продемонстрировал практическую реализуемость этой идеи. Используя мини-компьютерные технологии того времени, Баран и его команда разработали комплекс симуляторов для тестирования базовой связности массива узлов с различной степенью соединения. Иными словами, сеть с n-арной степенью соединения будет иметь n соединений на узел. Симулятор случайным образом "выводил из строя" узлы и затем проверял процент оставшихся подключенными. Результаты моделирования показали, что сети, в которых n ≥ 3, демонстрируют значительное повышение устойчивости даже при потере до 50% узлов. Баран пришел к выводу, что избыточность является ключевым фактором. Его первая работа была опубликована в виде отчета RAND в 1960 году, а в течение следующих двух лет были опубликованы дополнительные статьи, обобщающие эти методы. После доказательства устойчивости Барану и его команде необходимо было продемонстрировать работоспособность этой конструкции для ее последующей реализации. Это включало в себя высокоуровневые схемы, детализирующие функционирование, конструкцию и стоимость всех компонентов, необходимых для создания сети, использующей новое понимание избыточных соединений. Результатом стали один из первых протоколов коммутации канального уровня с сохранением и пересылкой данных, протокол маршрутизации на основе векторов состояния и расстояния, а также протокол транспортного уровня с установлением соединения, не получивший подтверждения. Подробное описание конструкций можно найти в полной серии отчетов "О распределенных коммуникациях", опубликованных RAND в 1964 году. Эта конструкция противоречила принципам проектирования телефонии того времени, размещая недорогие и ненадежные узлы в центре сети, а более интеллектуальные оконечные устройства – "мультиплексоры" – на конечных точках. По словам Барана, в отличие от оборудования телефонной компании, его конструкция не требовала использования дорогостоящих "позолоченных" компонентов для обеспечения надежности. Распределенная сеть, предложенная Бараном, была предназначена для обхода повреждений. Она обеспечивала связь с другими через множество точек, а не через одно централизованное соединение. Фундаментальным элементом схемы было разделение информации на "блоки" перед отправкой по сети. Это позволяло ускорить передачу данных и более эффективно использовать линии связи. Каждый блок отправлялся отдельно, по разным маршрутам, и воссоединялся в единое целое при получении в пункте назначения.

After joining the RAND Corporation in 1959, Baran took on the task of designing a "survivable" communications system that could maintain communication between end points in the face of damage from nuclear weapons during the Cold War. Then, most American military communications used high frequency connections, which could be put out of action for many hours by a nuclear attack. Baran decided to automate RAND Director Franklin R. Collbohm's previous work with emergency communication over conventional AM radio networks and showed that a distributed relay node architecture could be survivable. The Rome Air Development Center soon showed that the idea was practicable. Using the minicomputer technology of the day, Baran and his team developed a simulation suite to test basic connectivity of an array of nodes with varying degrees of linking. That is, a network of n ary degree of connectivity would have n links per node. The simulation randomly "killed" nodes and subsequently tested the percentage of nodes that remained connected. The result of the simulation revealed that networks in which n ≥ 3 had a significant increase in resilience against even as much as 50% node loss. Baran's insight gained from the simulation was that redundancy was the key. His first work was published as a RAND report in 1960, with more papers generalizing the techniques in the next two years. After proving survivability, Baran and his team needed to show proof of concept for that design so that it could be built. That involved high level schematics detailing the operation, construction, and cost of all the components required to construct a network that leveraged the new insight of redundant links. The result was one of the first store and forward data layer switching protocols, a link state/distance vector routing protocol, and an unproved connection oriented transport protocol. Explicit detail of the designs can be found in the complete series of reports On Distributed Communications, published by RAND in 1964. The design flew in the face of telephony design of the time by placing inexpensive and unreliable nodes at the center of the network and more intelligent terminating 'multiplexer' devices at the endpoints. In Baran's words, unlike the telephone company's equipment, his design did not require expensive "gold plated" components to be reliable. The Distributed Network that Baran introduced was intended to route around damage. It provided connection to others through many points, not one centralized connection. Fundamental to the scheme was the division of the information into "blocks" before they were sent out across the network. That enabled the data to travel faster and communications lines to be used more efficiently. Each block was sent separately, traveling different paths and rejoining into a whole when they were received at their destination.

Продажа идеи

После публикации "О распределенных коммуникациях" он представил результаты своей команды различной аудитории, включая инженеров AT&T (не следует путать с инженерами Bell Labs, которые в то время предоставили Полу Барану спецификации для первого поколения схемы T1, которую он использовал в качестве каналов связи в своем предложении по проектированию сети). В последующих интервью Баран упоминал, как инженеры AT&T высмеивали его идею о невыделенных физических каналах для голосовой связи, а иногда и утверждали, что Баран просто не понимал принципов работы голосовой телекоммуникации. Дональд Дэвис из Национальной физической лаборатории в Великобритании также независимо пришел к той же идее и создал экспериментальную сеть. Баран был рад признать, что Дэвис независимо пришел к той же идее, что и он. В электронном письме Дэвису он написал: "Мы с вами придерживаемся схожих взглядов на то, что такое коммутация пакетов, поскольку мы оба независимо пришли к одним и тем же основополагающим элементам". В начале 1970-х годов он применил эту теорию для моделирования производительности сетей коммутации пакетов. Однако утверждение о том, что первоначальные работы Клейнрока заложили основу концепции коммутации пакетов, оспаривается другими пионерами интернета – Бараном и Дэвисом. Баран и Дэвис признаны историками и Национальным залом славы изобретателей США за независимое изобретение концепции цифровой коммутации пакетов, которая используется в современных компьютерных сетях, включая Интернет. В 1969 году, когда Агентство передовых исследовательских проектов США (ARPA) начало разрабатывать идею сети терминалов для совместного использования вычислительных ресурсов, в качестве справочных материалов они рассматривали работы Барана и корпорации RAND под названием "О распределенных коммуникациях". В начале 1980-х годов Баран основал PacketCable, Inc., "для поддержки платных телевизионных каналов по запросу, локально генерируемых видеотекстовых систем и пакетной передачи голоса". PacketCable, также известная как Packet Technologies, выделила StrataCom для коммерциализации его технологии пакетной передачи голоса на рынке телефонии. Эта технология привела к созданию первого коммерческого продукта, соответствующего предстандартному асинхронному режиму передачи. После разработки технологии дискретного многотонового модема в середине 1980-х годов он основал Telebit. Это был один из первых коммерческих продуктов, использующих ортогональное частотное мультиплексирование, которое впоследствии широко применялось в DSL-модемах и беспроводных Wi-Fi модемах. В 1985 году Баран основал Metricom, первую компанию, предоставляющую беспроводной доступ в Интернет, которая развернула Ricochet. Позже он основал Plaster Networks, предлагая передовые решения для подключения сетевых устройств в домах или небольших офисах через существующую проводку. Баран расширил свои работы в области коммутации пакетов на теорию беспроводного спектра, разработав то, что он назвал "простейшими правилами" для использования беспроводного спектра. Помимо своих инноваций в сетевых продуктах, ему также приписывают изобретение первого детектора оружия у дверей. Он получил почетную докторскую степень, когда выступил с заключительной речью в Дрекселе в 1997 году.

After the publication of On Distributed Communications, he presented the findings of his team to a number of audiences, including AT&T engineers (not to be confused with Bell Labs engineers, who at the time provided Paul Baran with the specifications for the first generation of T1 circuit that he used as the links in his network design proposal). In subsequent interviews, Baran mentioned how the AT&T engineers scoffed at his idea of non dedicated physical circuits for voice communications, at times claiming that Baran simply did not understand how voice telecommunication worked. Donald Davies, at the National Physical Laboratory in the United Kingdom, also thought of the same idea and implemented a trial network. Baran was happy to acknowledge that Davies had come up with the same idea as him independently. In an e mail to Davies, he wrote:

Blockquote|You and I share a common view of what packet switching is all about, since you and I independently came up with the same ingredients. In the early 1970s, he applied this theory to model the performance of packet switching networks. However, the representation of Kleinrock's early work as originating the concept of packet switching is disputed by other internet pioneers, Baran and Davies. Baran and Davies are recognized by historians and the U. S. National Inventors Hall of Fame for independently inventing the concept of digital packet switching used in modern computer networking including the Internet. In 1969, when the US Advanced Research Projects Agency (ARPA) started developing the idea of an internetworked set of terminals to share computing resources, the reference materials that they considered included Baran and the RAND Corporation's "On Distributed Communications" volumes. In the early 1980s, Baran founded PacketCable, Inc, "to support impulse pay television channels, locally generated videotex, and packetized voice transmission." PacketCable, also known as Packet Technologies, spun off StrataCom to commercialize his packet voice technology for the telephony market. That technology led to the first commercial pre standard Asynchronous Transfer Mode product. He founded Telebit after conceiving its discrete multitone modem technology in the mid 1980s. It was one of the first commercial products to use orthogonal frequency division multiplexing, which was later widely deployed in DSL modems and Wi Fi wireless modems. In 1985, Baran founded Metricom, the first wireless Internet company, which deployed Ricochet, Later, he founded Plaster Networks, providing an advanced solution for connecting networked devices in the home or small office through existing wiring. Baran extended his work in packet switching to wireless spectrum theory, developing what he called "kindergarten rules" for the use of wireless spectrum. In addition to his innovation in networking products, he is also credited with inventing the first doorway gun detector. He received an honorary doctorate when he gave the commencement speech at Drexel in 1997.