ARPANET

Oversikt

Pakkesvitsjing, som har økende anvendelse, var et nytt og viktig konsept innen datakommunikasjon. Tradisjonelle telefonforbindelser benytter linjesvitsjing, hvor en linje reserveres for den tiden en samtale varer. Med pakkesvitsjing deles en melding som skal overføres opp i en serie av selvstendig adresserte «pakker». En kanal kan overføre flere strømmer av pakker i blanding. Dermed kan kraftigere kanaler og linjer benyttes økonomisk og gi raskere overføring. En «pakke» er en kort «streng», et begrenset antall, typisk et par tusen bit – binære siffer. Strengen begynner gjerne med en adresse og slutter med en kontrollsum. Mellom adressen og kontrollsummen ligger «nytteinformasjonen». Pakkeformatet i detalj er tilpasset den aktuelle kanal.
ARPANET benyttet egne datamaskiner kalt IMP (Interface Message Processor) som del av selve overføringsnettet programmert til å formidle pakkene. Selve de samkjørende datamaskinene ble kalt vertsmaskiner (hosts). Videre ble nettet utformet som et maskenett. Det ga muligheter for alternative ruter for pakkene gjennom nettet. Det gjør nettet mer motstandsdyktig – robust  – både mot feil og trafikktopper. Eldre datanett var oftest «stjernenett», og pakkeforsendelsen ble håndtert av vertsmaskinene selv.
De metoder og prosedyrer som vertsmaskinene benyttet for samkjøringen ble ordnet ved felles protokoller, dvs. regler og koder for samvirket. Et gjennomtenkt og generalisert system av protokoller ble innført i ARPANET. Det er særlig viktig for at vertsmaskiner kan samvirke selv om de er helt forskjellige.
I alt betydde disse faktorene vesentlige nye muligheter i forhold til tidligere datanett og var et godt grunnlag for den videre utvikling av nett-teknikk som ble grunnlaget for Internett.

Hurtig vekst

ARPANET vokste raskt, og seks år etter at de fire første nodene var opprettet bestod nettet av hele 50 noder – knutepunkter. Inklusive de to utenfor USA og en på Hawaii. Interessen for nettet var stor og raskt økende og mange samarbeidsprosjekter mellom universitetsmiljøer bidro til økende trafikk og inspirasjon. Hver IMP kunne ha opp til fire vertsmaskiner tilkoblet, noe som tilsier at det var opp til 200 vertsmaskiner tilkoblet ARPANET i 1975. Dette antallet er nok lavere, for noder med TIP (Terminal Interface Processor) kunne bare ha tre vertsmaskiner tilkoblet. Noder med TIP tillater terminaler å koble seg til vertsmaskiner som om de var lokale terminaler. Nedetiden på ARPANET var beregnet til maksimalt 30 sekunder per år. Hver node var derfor forbundet med minst to andre noder, de hadde også ofte flere linjer til hver node for å forhindre driftsavbrudd i nettet. Linjene mellom nodene hadde en maksimal overføringshastighet på 56 Kb/s, med unntak av de mest trafikkerte nodene som hadde hele 230 Kb/s (øst–vest knyttepunkter). I 1983 var Internett-teknikken tilstrekkelig utviklet til at den ble innført i hele nettet og ARPANET hadde fullført sin rolle som laboratorium.

Norge tilknyttes ARPANET

Norge ble koblet til ARPANET i 1973. Dette skjedde ved at en TIP (Terminal IMP) ble plassert hos NORSAR (Norwegian Seismic Array) på Kjeller. En eksisterende 2,4 kb/s fast linje til SDAC-IMP (Seismic Data Analysis Center, Virginia, USA) ble oppgradert til 9,6 kb/s. Den ble multiplekset, dvs. delt i to uavhengige kanaler på 2,4 og 7,2 kb/s. Sistnevnte koblet TIP-en uavhengig til ARPANET som den første tilknytning utenfor USA. En liten gruppe ved Forsvarets forskningsinstitutt (FFI) hadde da begynt et samarbeide med ARPA om «ressursdelende nett». En enkel dataterminalforbindelse til FFI via TIP-en ble fra begynnelsen etablert ved FFI, som ble den første forbindelse utenom USA.
Umiddelbart deretter ble en 9.6 kb/s linje etablert fra Kjeller til London og en TIP installert ved University College London (UCL). I de neste årene ble også vertsmaskiner tilknyttet ved UCL, ved FFI og ved Norsar. Dette var de eneste tilknytninger utenfor USA frem til 1980.
FFI deltok i utviklingen av Internett teknologien i samarbeide med ARPA frem til 1982. En del av samarbeidet gjaldt pakkesvitsjing av satellittkanaler. Televerket bidro med lån – for eksperimenter – av en ledig satellittkanal og linjer til jordstasjonen i Tanum, Sverige fra 1975.

Bakgrunn

De tidligste idéene om et datanettverk som tillot kommunikasjon mellom brukere med forskjellige datamaskiner ble formulert av Joseph Licklider ved Massachusetts Institute of Technology i august 1962, i en serie artikler som tok for seg hans konsept om «galaktiske nettverk». Lickliders idéer inneholdt nesten alt som Internett er i dag.
I oktober samme år ble han engasjert som sjef for ARPA-prosjektet (senere DARPA) i regi av det amerikanske forsvarsdepartementet, hvor han overbeviste Ivan Sutherland, Bob Taylor og Lawrence G. Roberts om hvor viktig konseptene hans var. Licklider forlot imidlertid prosjektet før det ble gjort noe håndfast med visjonene hans.
Uavhengig av dette hadde Paul Baran, som var tilsluttet RAND Corporation, i 1959 begynt å jobbe med sikre teknologier som ville muliggjøre kommunikasjon innen det amerikanske forsvaret selv ved et atomangrep. Resultatene av dette arbeidet, publisert i en rekke studier fom. 1960, tok for seg to viktige konsepter. For det første måtte man ha et desentralisert nettverk hvor det mellom to punkter alltid var flere mulige «veier» for å nå det andre punktet. For det andre måtte man dele opp hele meldinger mellom brukerne i flere «meldingsblokker» før de ble sendt ut på nettverket. Det første punktet muliggjorde at nettverket ville fungere selv om én eller flere maskiner i nettverket falt ut. En oppsummering som beskrev alt dette ble presentert i 1962, og publisert i 1964.
Omtrent samtidig hadde Leonard Kleinrock utført en del arbeid rundt systemer som baserte seg på lagring og videresending («store and forward») av meldinger. Dette arbeidet resultert i en veldig viktig analyse av teorier rundt nettverk som baserte seg på meldinger som ble lagt i en kø for videresending på et senere tidspunkt. Arbeidet ble publisert i en bok i 1964. Kleinrocks arbeide tok imidlertid ikke for seg konseptet med å dele opp en brukers meldinger i mindre enheter før de ble sendt ut på nettverket. Selv beskrev han arbeidet sitt slik:
«Det jeg egentlig gjorde med min forskning i perioden 1961–63, var å utvikle matematiske teorier for pakkebaserte nettverk...»
I tillegg til dette hadde Donald Davies ved National Physical Laboratory (NPL) i England jobbet med lignende konsepter i 1965, etter at man hadde kommet frem til at nettverk som baserte seg på linjesvitsjing ikke var godt nok.
Idéene og konseptene som til slutt skulle bli ARPANET stammet altså fra fire uavhengige forskningssentra; DARPA, Rand Corporation, MIT og NPL.

Opprinnelse

Mens alt dette skjedde var ARPA og Bob Taylor fremdeles interessert i å lage et kommunikasjonsnettverk for datamaskiner, delvis for å la ARPA-sponsede forskere på forskjellige steder bruke de forskjellige datamaskinene ARPA hadde, og delvis for raskt å spre ny programvare og informasjon til så mange som mulig.
Mot slutten av 1966 hadde Taylor fått med seg Larry Roberts fra MIT Lincoln Laboratory til å være sjef for et prosjekt som faktisk lagde et slikt nettverk; Roberts hadde tidligere møtt Donald Davies på tidsdelingskonferansen i England.
Roberts første tanke var å koble de tidsdelte maskinene direkte opp mot hverandre via telefonlinjer, men på et møte i 1967 ga flere av prosjektdeltagerne uttrykk for sin misnøye over at hver av deres datamaskin måtte ta seg av arbeidet med å administrere denne strømmen av informasjonen. En av deltagerne, Wesley Clark, kom opp med en idé om å bruke mindre, separate datamaskiner for å ta seg av kommunikasjonslinjene; de mindre datamaskinene ville på denne måten avlaste de større datamaskinene, og planleggingen av ARPANET begynte med dette prinsippet som basis.
Roberts fortsatte så med å skrive «en plan for ARPANET», som ble presentert ved en konferanse i 1967. En av de andre deltagerne der var Roger Scantlebury, som hadde jobbet sammen med Davies ved NPL. Han diskuterte pakkesvitsjing med Roberts, og introduserte Roberts til Barans arbeid. Hva dette eksakt hadde å si er litt uklart, men Roberts sine planer for nettverket ble iallfall endret kort tid etter møtet med Scantlebury.

Opprettelse

Like før sommeren 1968 hadde man en komplett plan, og etter å ha fått godkjenning fra ARPA, inviterte man 140 potensielle firma til å legge inn et anbud. De fleste syntes imidlertid at forslaget var «helt på viddene», og bare 12 la inn et anbud. Innen utgangen av året satt man igjen med bare to kandidater, og etter en del forhandlinger besluttet man å gi oppdraget til Bolt, Beranek and Newman (BBN) tidlig i 1969.
I 1975 besto ARPANET av 15 ulike noder, de fleste universiteter. Etter en suksessfull demonstrasjon av ARPANET ved en internasjonal konferanse i Washington D.C. i 1972 var neste skritt å gjøre tilgangen til ARPANET tilgjengelig for andre datanettverk. De første var andre kommunikasjonsnettverk ledet av ARPA; henholdsvis PRNET og SATNET. Dette førte til introduksjonen av et nytt konsept: et nettverk av nettverk.
I 1973 skrev to dataingeniører, Robert Kahn fra ARPA og Vint Cerf på den tiden fra Stanford University en forskningsartikkel som beskrev den grunnleggende internett-arkitekturen.

Prøvekjøring

Til høyre er det et notat som beskriver den første meldingen som ble sendt over ARPANET, om kvelden den 29. oktober 1969. Notatet er et utdrag fra «IMP-loggen» ved UCLA (University of California, Los Angeles), og beskriver hvordan man sender en melding fra UCLA SDS Sigma 7-tjenermaskinen til SRI SDS 940-tjenermaskinen.
På dette tidspunktet bestod ARPANET av fire noder; hver node var en liten datamaskin kjent som en IMP («Interface Message Processor»), som bygde på idéen Wesley Clark kom opp med. IMP-maskinene fungerte som en router, og var tilkoblet hverandre vha. en 56 kbit/sekund digital leid linje. De første fire ble installert ved UCLA (hvor Kleinrock hadde opprettet et nettverksmålingssenter), Stanford Research Institute (SRI, hvor Doug Engelbart hadde laget «NLS», et hypertekstsystem), UCSB (University of California, Santa Barbara) og University of Utah.
Den første ARPANET-tilkoblingen ble opprettet 21. november 1969 mellom en IMP ved UCLA og en IMP ved SRIs Augmentation Research Center. 5. desember 1969 var alle de fire nodene i nettverket tilkoblet.

Noen historiske glimt

Helt tilbake i 1963 forsket Paul Baran ved RAND Corporation på temaet «distribuerte systemer og kommunikasjon» for det amerikanske flyvåpenet.  Her jobbet han med teorien om pakkesvitsjing som en basis for de distribuerte systemene.  Planene ble den gang lagt på hyllen da de ble oppfattet som for komplekse.
«I have been embarrassed on occasion by people improperly giving me credit for creating the ARPANET. Of course I did not create the ARPANET or the Internet. Yes, I did seem to have invented packet switching as far as I can tell. And, yes, packet switching was used in the ARPANET and in the Internet. And, yes, packet switching did give the Internet some of its novel properties. But I only did this one piece of the underlying technology….» – Paul Baran
Noen år senere – i 1966 – jobbet Donald W. Davies ved National Physical Laboratory i England med akkurat det samme.  Han lyktes i dette forsøket, og kunne noen år senere sette i drift et lite, lokalt, pakkesvitsjet nett.
RAND Corporation kom i 1964 med forslaget om å bygge et avansert kommunikasjonsnett som kunne motstå selv et angrep med atomvåpen.  Tre år senere la Lawrence G. Roberts frem skissene for det som skulle bli til ARPANET.  Nettet benyttet seg av et pakkesvitsjet nett, og på denne måten ble all data fordelt i små pakker.  Pakkene valgte individuelle veier frem til mottakeren; om en node ble ødelagt ville pakken finne andre ruter frem til mottaker.  Om alle veier var utilgjengelige ville pakken sendes mellom noder helt til veien frem til målet ble tilgjengelig.
I 1968/69 kom man for fullt i gang med arbeidet med ARPANET.  De viktigste aktørene i startfasen var BBN (Bolt, Beranek and Newman), UCLA (University of California, Los Angeles), NAC (Network Analysis Corporation) og SRI (Stanford Research Institute).
BBN hadde hovedansvaret med utviklingen av pakkesvitsjene, samt overvåking av nettverket.  UCLA hadde ansvaret for målinger av nettets yteevne, samt simuleringer og studier av nettet.  SRI hadde avsvaret for NIC (Network Information Center). NAC hadde avsvaret for nettets topologi samt trafikkavviklingen.
I desember 1969 ble fire noder opprettet for de første utprøvingene av det nye nettet.  De første nodene var plassert hos SRI (Stanford Research Institute), UCLA, USCB (University of California Santa Barbara) og UTAH (University of Utah, Salt Lake City).  Nettet fikk da navnet ARPANET.
Utviklingen av programvare til nettet var opp til hver enkelt deltagerinstitusjon.  Vert-til-vert-transportprotokollen NCP så dagens lys like etter at de første testene av nettverket var ferdig.  Protokollene FTP (File Transfer Protocol) og Telnet (fjerninnlogging på stormaskiner) så dagens lys like etter. 
I 1971 ble det for første gang overført filer ved hjelp av FTP (med programmet CPYNET). File Transfer-spesifikasjonen (anm. RFC 454) som beskriver FTP-protokollen, kom noe senere (1973).  Samme året som FTP ble testet for første gang, utviklet Ray Tomlinson programmet SENDMSG.  Ved hjelp av dette programmet lyktes han for første gang å sende en melding fra en klient til en annen.  Året etter, i 1972, ble SENDMSG modifisert til bruk for ARPANET, krøllalfa (@, eller «at») fikk også sin betydning.
ARPANET vokste raskt, og seks år etter at de fire første nodene var opprettet bestod nettet av hele 50 noder.  Hver node kunne ha opp til fire vertsmaskiner tilkoblet, noe som tilsier at det var opp til 200 vertsmaskiner tikoblet ARPANET i 1975. Dette antallet er nok lavere, for noder med TIP (Terminal Interface Processor) kunne bare ha tre vertsmaskiner tilkoblet. Noder med TIP tillater terminaler å koble seg til vertsmaskiner som om de var lokale terminaler. Nedetiden på ARPANET var beregnet til maksimalt 30 sekunder per år.  Hver node var derfor forbundet med minst to andre noder, de hadde også ofte flere linjer til hver node for å forhindre driftsavbrudd i nettet.  Linjene mellom nodene hadde en maksimal overføringshastighet på 56 Kb/s, med unntak av de mest trafikkerte nodene som hadde hele 230 Kb/s (øst–vest knyttepunkter).

ARPANET og atomangrep

Internet Society (ISOC) skriver om miksingen av de tekniske idéene som til slutt ble ARPANET i A Brief History of the Internet, hvor det blir stadfestet følgende:
«Det var fra forskningen ved RAND at det falske ryktet om at ARPANET hadde noe med å lage et nettverk som skulle motstå et atomangrep oppstod. Dette var aldri grunnlaget for ARPANET; det var bare RANDs forskning omkring sikker talekommunikasjon som vurderte en atomkrig. Senere arbeid forbundet med Internett har imidlertid lagt stor vekt på robusthet og «overlevelsesevne», inkludert evnen til å unngå tap av store deler av det underliggende nettverkene.»
Myten om at ARPANET ble bygd for å kunne motstå et atomangrep er en så sterk og tydeligvis appellerende idé – i tillegg til at det selvfølgelig er en «god historie» – at mange nekter å tro at det ikke er sant; ARPANET ble bygd for å overvinne nettverkstap, og hovedgrunnen var at selv uten et atomangrep var nettverkskommunikasjonen svært sårbar på denne tiden.