Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Sådan fik vi computer-netværket

Data strømmer i dag mellem vores enheder, fra smart-tv til gps’er, men hvordan begyndte det hele? Datatid TechLife giver dig her historien bag teknologien, som gjorde moderne netværk mulige.

Af Natasja Broström, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

I dag tager vi internettet for givet. Langt de fleste af os er næsten altid online på den ene eller den anden måde: gennem dataforbindelsen i vores smartphone eller tablet, gps’en i vores bil, små wearables som smart-ure eller via den ældste bastion i vores online-liv, den stationære computer.

Snarere end en enkelt begivenhed, er netværksteknologien, som ligger til grund for vores såkaldte informationsalder, et resultat af banebrydende fremskridt skabt af en håndfuld visionære mennesker. De fik en fremtrædende plads i den sidste halvdel af det tyvende århundrede og skubbede begrebet ”netværk” ud over datidens forståelsesramme. Men de første skridt på vejen til en sådan verden kan spores endnu tidligere.

Læs blot disse ord fra ingeniør og fysiker Nikola Tesla, som i et interview med Colliers magasin i 1926 erklærede:
”Når trådløshed er perfekt udfoldet, vil hele kloden blive konverteret til en enorm hjerne, hvilket den jo i virkeligheden er, med partikler af et reelt og rytmisk hele. Vi vil blive i stand til at kommunikere med hinanden øjeblikkeligt uanset afstanden. Og ikke bare det. Gennem tv og telefoni kommer vi til at se og høre hinanden så perfekt, som var vi ansigt til ansigt på trods af, at vi skal overvinde afstande på tusindvis af miles; og de instrumenter, hvorigennem vi opnår det, vil være simple i forhold til vores nuværende telefon. En mand vil være i stand til at bære et i sin vestlomme.”

Et eksempel på en af fire fjernskriver-maskiner, som blev brugt til at betjene Stibitzs Complex Number Calculator. Et eksempel på en af fire fjernskriver-maskiner, som blev brugt til at betjene Stibitzs Complex Number Calculator.

Den serbiske amerikaner så potentialet for global kommunikation gennem sin tidlige research inden for telefoni, men de første eksperimenter med “fjerncomputere” kom dog lidt sidelæns ind takket være en matematiker, som var mere optaget af muligheden for hurtigt at beregne tal end visionen om en sammenkoblet verden.

I 1930 afsluttede George Stibitz sin uddannelse fra Cornell University i USA med en ph.d. i matematisk fysik. Han tog sit første job som tekniker i New York i Bell Telephone Laboratories, hvor hans arbejde omfattede design af relæer til elektriske kredsløb. Relæer styrer et elektrisk kredsløb ved at åbne og lukke for kontakter i et andet kredsløb. De blev brugt som forstærkere på Bells langdistance-telegrafstrækninger ved at gentage signalet, som kom fra et kredsløb, og sende det videre til  det næste. Stibitz' første revolutionerende idé kom, da han bemærkede ligheden mellem kredsløbets vej gennem relæerne og det binære talsystem med nuller og ettaller.

En aften i november 1937 forlod han sit kontor. Med sig havde han to telefon-relæer, et kabel, et tørcellebatteri og to lygtepærer. Derhjemme satte han sig til at arbejde ved køkkenbordet. Med et par metalstrimler, der fungerede som relæ, samlede Stibitz en indretning, i hvilken en oplyst pære repræsenterede det binære ciffer ”1” og en slukket pære et ”0”. Hans kone Dorothea døbte computeren ”Model-K” efter køkkenbordet. Stibitz demonstrerede sin indretning til kollegerne på Bell, men fik ikke den reaktion, han havde håbet på, og det tog et år, før firmaets ledelse indså designets muligheder. Dengang brugte ingeniørerne hos Bell Telephone stadig mere komplekse matematiske udregninger til at bortfiltrere støj på langdistance-signaler, men de mekaniske regnemaskiner, som blev brugt til at løse problemerne, var pinagtigt langsomme. En dag spurgte Stibitz' overordnede, om et mere avanceret system baseret på hans K-model-maskine ville være i stand til at gøre jobbet hurtigere. Det mente Stibitz, at det ville, og et hold blev nu sat til at hjælpe ham med at bygge det.

Der indtastes ligninger i en Complex Number Calculator-terminal fra en ekstern placering. Der indtastes ligninger i en Complex Number Calculator-terminal fra en ekstern placering.

Arbejdet begyndte i april 1939, og den 8. januar 1940 var Stibitz' lommeregner Complex Number Calculator, CNC, klar til brug i selskabets hovedkontor. CNC kostede 20.000 dollar at bygge, og den kunne prale med et panel med over 400 relæer, som hver kunne åbne og lukke 20 gange i sekundet. Det gjorde enheden langt hurtigere end tidens bordregnemaskiner. CNC var koblet sammen med tre ombyggede fjernskrivere med tastatur.

Endnu var den største revolution lige rundt om hjørnet. Det faktum, at CNC var forbundet med en række specielle fjernskriverkabler, betød, at lommeregneren kunne anvendes fra ethvert punkt i et telefonsystem. På et møde den 11. september 1940 i American Mathematical Society i Dartmouth College i New Hampshire over 400 km nord for Bell Labs i New York koblede Stibitz en fjerde fjernskriver til en telefonlinje og testede CNC eksternt.

Deltagerne på mødet var bedt om at foreslå ligninger med matematiske problemer og indtaste dem. Til deres forbløffelse blev den korrekte løsning returneret fra Bell Labs til fjernskriverens printer på mindre end et minut.
Stibitz havde skabt historie ved at demonstrere den første digitale datatransmission over et telekommunikationsnetværk.

Matematikeren George Stibitz  demonstrerede den første  fungerende fjerncomputer i 1940. Matematikeren George Stibitz demonstrerede den første fungerende fjerncomputer i 1940.


Krigens netværk
Digitale computer-berømtheder som John von Neumann og Norbert Weiner deltog i mødet og var imponeret af Stibitz' opfindelse. Alligevel vandt denne netværksbaserede fjernadgang ikke videre civil udbredelse i mellemkrigsårene, da ressourcerne gik til militæret og til forsvarsprojekter. Stibitz blev en del af forskningsudvalget under National Defense, men bibeholdt et tæt bånd til Bell Labs. Her hjalp han firmaet med at udvikle brandalarm-anordninger til den amerikanske hær, som byggede på mere avancerede versioner af hans relæ-teknologi.

Efter Anden Verdenskrig og med kendskabet til den sovjetiske atombombe i 1949 skiftede det amerikanske militærs interesser for netværksbaseret digital teknologi til et spørgsmål om national sikkerhed – især oprettelsen af et automatiseret, jordbaseret radar-detektorsystem, som kunne videresende oplysninger til luftforsvaret for at opnå hurtig aflytning af fjendens fly. For et sådant system kunne fungere var det nødvendigt, at flere radarsignaler blev transmitteret til en central computer, som var i stand til analysere data i realtid for at dirigere aflytningen.

I december 1949 foreslog Air Defense Systems Engineering Committee ledet af en fysikprofessor fra universitetet MIT, George Valley, et computerstyret netværk som løsning. Professor Jay Wright Forrester, computeringeniør fra MIT, blev valgt til at lede udviklingen af projektet med kodenavnet Whirlwind, mens Valley rekrutterede kommunikationsspecialist John Harrington fra flyvevåbnets Cambridge Research Laboratory til at designe netværket. Projektets omfang voksede over 10 år, og udgifterne til det oversteg Manhattan-projektet (atombomben), men med hjælp fra IBM og andre teknologi-organisationer var Forrester og hans hold på MIT i stand til at bygge verdens første computerforbundne, militære radarsystem kendt som Semi-Automatic Ground Environment (SAGE). Undervejs udviklede Harrington også en tidlig form for modem kaldet et digitalt radarrelæ.

Det militære radarsystem SAGE var et af de første computernetværk  i verden. Det militære radarsystem SAGE var et af de første computernetværk
i verden.


Flyselskabernes net
I 1950’erne voksede den kommercielle flytrafik i takt med, at sommerferie blev en fast del af livet i Vesten. Problemet i USA var dog, at American Airlines reservationssystem var baseret på manuelle kort og bemandet med otte operatører, som kæmpede for at håndtere tilstrømningen af reservationer. Et mere automatiseret system var nødvendigt – og hurtigt. I 1953 sad Blair Smith, en sælger fra IBM, tilfældigvis på et fly ved siden af toplederen for American Airlines, C. R. Smith, og de to begyndte at snakke. Det blev hurtigt klart for dem begge, at det militære SAGE-system, som IBM havde arbejdet på, var perfekt egnet til American Airlines behov. Hvis fjernskrivere blev placeret i billetkontorerne og direkte sendte anmodninger og modtog svar, ville antallet af tilgængelige pladser på et fly automatisk blive registreret. 30 dage efter mødet sendte IBM et research-forslag til American Airlines om at skabe en ”elektronhjerne”, som var i stand til at håndtere det store antal transaktioner.

Forslaget blev formelt aftalt fire år senere, og i 1960 gik det første komplet fungerende system online. Omkostningerne til at udvikle og installere netværket ved navn Semi-Automatic Business Research Environment (SABRE) var svimlende 40 millioner dollar. Det byggede på mainframes med to IBM-supercomputere placeret i et nybygget datacenter i New York. SABRE var i stand til at håndtere op til 83.000 daglige telefonopkald, og i 1964 havde det overtaget alle virksomhedens bookingfunktioner.

DT04_netvaerk06

Intergalaktisk magt
Men nogle forskere satte spørgsmålstegn ved, om det traditionelle telefonsystem med dets relæer hæmmede udnyttelsen af netværksbaseret datahåndtering. Relæer involverede typisk afsendelsen af en enkelt datastrøm gennem en dedikeret end to end-linje. Men hvad nu, hvis man kunne designe et system, som anvendte et enkelt link til at kommunikere med mere end én maskine? Leonard Kleinrock, computeringeniør fra MIT, skitserede i et oplæg i juni 1961 princippet om ”pakkekoblede netværk”. Ved hjælp af dette netværk kunne en enkel kommunikationsforbindelse bruges til at indsamle data, der kunne overføres som pakker, når forbindelsen var ledig. Ikke alene ville det gøre det muligt at dele forbindelsens båndbredde mellem flere brugere; det betød også, at hver pakke kunne dirigeres til forskellige destinationer.

DT04_netvaerk07

Et år senere blev J.C.R. Licklider, computerforsker fra MIT, den første direktør på kontoret for Information Processing Techniques ved ARPA (Advanced Research Projects Agency). Det var nedsat af præsident Eisenhower for at udvide grænsen for teknologi og videnskab. Som førende fortaler for time-sharing (et system, hvor mange brugere har adgang til én computer på samme tid) har Licklider fået et ry som den, der satte gang i den banebrydende computerforskning. Men det var hans koncept om et ”galaktisk netværk”, som udløste størst begejstring. Lickliders vision om en fremtid med forbundne computere, hvorigennem brugerne hurtigt fik adgang til data fra enhver placering og kunne arbejde i fællesskab med andre, var meget lig nutidens internet. Licklider brugte de næste par år på at overbevise sin kollega på MIT (og senere efterfølger på ARPA) Lawrence G Roberts om værdien i sit koncept. I mellemtiden overbeviste Kleinrock Roberts om, at det var muligt at kommunikere ved hjælp af pakker snarere end kredsløb. Alt det krævede, for at realisere sådan et netværk, var en metode, som gjorde computere i stand til at tale sammen.

Udviklingen af WAN
I samarbejde med Thomas Merrill var Roberts i 1965 klar til at teste det første pakkenetværk ved at forbinde en computer på MIT Lincoln Laboratory i Massachusetts med én i Californien via en opkaldslinje med lav hastighed. Opkoblingen blev det første Wide Area Network, WAN.
I 1967 blev Roberts ledende forsker ved ARPA (nu kendt som DARPA), og han satte sig for at udvikle et pakkekoblingsnetværk.

J.C.R. Licklider var den første til at udtænke ideen om et ”intergalaktisk” computernetværk. J.C.R. Licklider var den første til at udtænke ideen om et ”intergalaktisk” computernetværk.

I september 1969 blev netværket forbundet, da den første værtscomputer blev tilsluttet på universitetet UCLA. Det andet knudepunkt, som blev gjort aktivt, stod på Stanford Research Institute, SRI, hvor Doug Engelbarts projekt ”Augmenting the Human Intellect” (forstærkning af det menneskelige intellekt) allerede skabte røre i computerkredse.
En måned senere blev den første host til host-meddelelse sendt til SRI fra Kleinrocks laboratorium på MIT. Ved udgangen af 1969 var fire værtscomputere forbundet i ARPANET, og de første knopper af det moderne internet blomstrede.

Forskningen, som hjalp med at søsætte ARPANET, bestemte udviklingen af internettet gennem de følgende årtier. Adgangen til ARPANET blev udvidet i begyndelsen af 1980’erne, da National Science Foundation (USA’s videnskabelige finansieringsfond) understøttede oprettelsen af supercomputercentre på førende universiteter.
Med ARPANET som det pakkekoblede netværk blev satellit- og radionetværk med forskellige opbygninger og brugergrænseflader forbundet i en åben arkitektur, så der blev opretholdt en konstant forbindelse, selvom en del af netværket fik et blackout. Arkitekturen forbandt netværket via gateways og routere, så pakker kunne sendes og modtages uden global styring. Systemet, som kaldes Transmission Control Protocol/Internet Protocol, forkortet TCP/IP, er stadig den primære metode til netværksbaseret dataoverførsel på tværs af netværk.

DT04_netvaerk09

Hver dag overføres store mængder data overalt på kloden. Den fortsatte eksistens af ”den globale landsby”, som Marshall McLuhan forestillede i 1960’erne, kræver løbende innovation for at klare de indbyggede krav, hvilket er grunden til, at forskning- og uddannelsessektoren fortsætter med at udvikle avancerede netværk til brug på morgendagens informations-motorveje.

Et kort over det første computernetværk kaldet ARPANET, som blev tændt i 1969. Et kort over det første computernetværk kaldet ARPANET, som blev tændt i 1969.

1000 Mbit/s og endnu hurtigere

Gigabit-ethernet transmitterer datapakker med en hastighed på en gigabit i sekundet eller 1.000.000.000 bps. Standarden, som har været i brug siden 1999, er 100 gange hurtigere end det oprindelige ethernet. Væk-sten i cloud-computing og det stigende antal datacentre, sætter imidlertid gigabit-ethernet under pres. Derfor har Institute of Electrical and Elektronics Engineers (IEEE) indført en ny standard i 2012, som i fremtiden vil presse ethernet-hastighederne op mellem 400 gigabit og en terabit pr. sekund. Ethernet-porte i en pc kører typisk med 100 megabit i sekundet, så det er betydelige hastighedsgevinster, der venter.

De fleste internetbrugere kender sandsynligvis ikke hastigheden på deres ethernet-forbindelse, da det er deres bredbåndsforbindelse, som er årsag til flaskehalse. Men selskaber, der leverer de tjenester, vi bruger dagligt, for eksempel Google, er afhængige af ethernet-forbindelser, som gør det muligt at øge netværkets vækst og kapacitet. Derfor vil ”petabit”-netværk (1000 terabit) nok dukke op i datacentre i midten af dette århundrede.

Længe leve ethernet – en god forbindelse siden 1973

Netværksteknologier kan opdeles i to grupper. Et lokalt netværk (LAN) er en hurtig måde at tilslutte flere enheder, som er relativt tæt på hinanden, for eksempel i netværket på en skole. Større netværksområder (WAN) tilslutter derimod et lille antal enheder, som kan være adskillige kilometer fra hinanden – et netværk af pengeautomater for eksempel. De kan være forbundet via internettet, over faste kredsløb eller gennem særlige satellitforbindelser. WAN er generelt langsommere end LAN, men begge systemer er baseret på samme fysiske kabling også kendt som ethernet.

Ethernet blev opfundet i 1973 og er  stadig den primære protokol for  netværkskabler. Ethernet blev opfundet i 1973 og er
stadig den primære protokol for
netværkskabler.

Det første ethernet-netværk blev designet og testet af Bob Metcalfe i 1973. Han arbejdede hos Xerox Parc. Metcalfe eksperimenterede med at forbinde en computer til en printer og udviklede ved samme lejlighed en kabling, som tilsluttede de to enheder, samt en protokol, som regulerede kommunikationen mellem dem.

Dengang var ethernet-kablet fremstillet af koaksiale kobbertråde. I dag er fiberoptiske kabler en mere almindelig løsning. Kablet er det fælles medium, kendt som segmentet, mens enheder i hver ende fungerer som knudepunkter, kaldet noder. Disse kommunikerer i korte bidder af data med varierende størrelse, som kaldes rammer.
Ethernet-protokollen angiver reglerne for, hvordan rammer skal konstrueres. For eksempel skal hver ramme have både en kildeadresse og en destinationsadresse for at identificere afsender og modtager (vigtigt, når der er flere noder på mediet).

Ethernet-protokollen bruger også noget, der hedder ”carrier sense”, som gør det muligt for noderne i systemet at “lytte” for at afgøre, om en anden node sender eller modtager. Er det tilfældet, venter noden, før den afsender næste ramme. Fornemmer to noder, at mediet (kabelforbindelsen) er stille, vil de begge sende data, og en kollision indtræffer. Heldigvis kan noder også lytte, når de transmitterer. Hvis en ramme er returneret i forvansket form, venter noden i en tilfældig længde af tid og sender så transmissionen igen. Det fulde navn for denne protokol er Carrier Sense Multiple Acces med Collision Detection – forkortet CSMA/CD.