Интерфейсный процессор сообщений

Интерфейсный процессор сообщений (англ. Interface Message Processor, IMP) — это специализированное электронное устройство, выполнявшее функции коммутации пакетов в сети ARPANET, предшественнице современного Интернета. IMP представлял собой мини-компьютер, который обеспечивал подключение хост-компьютеров (основных вычислительных машин пользователей) к сети, маршрутизацию данных и управление потоками сообщений. В современной терминологии IMP является историческим предшественником маршрутизатора (роутера).

История

Предпосылки создания

В начале 1960-х годов Министерство обороны США инициировало исследования в области создания распределённых вычислительных сетей, устойчивых к частичным повреждениям. Концепция сети с коммутацией пакетов, предложенная независимо Полом Бараном и Дональдом Дэвисом, требовала специализированных устройств, которые могли бы принимать, хранить и пересылать данные без участия центрального коммутатора. К 1967 году в Агентстве перспективных исследовательских проектов (ARPA) под руководством Ларри Робертса была сформулирована спецификация на устройство, которое получило название Interface Message Processor.

Разработка и реализация

В 1968 году ARPA объявило конкурс на создание IMP. Контракт был заключён с компанией Bolt, Beranek and Newman (BBN) из Кембриджа (Массачусетс). Команда BBN, в которую входили Фрэнк Харт, Дэйв Уолден, Берни Коселл и другие, разработала IMP на базе мини-компьютера Honeywell DDP-516. Этот компьютер был выбран из-за его надёжности (среднее время наработки на отказ составляло около 10 000 часов) и возможности работы в жёстких условиях.

Развёртывание

Первый IMP был установлен 30 августа 1969 года в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Второй — в Стэнфордском исследовательском институте (SRI) 1 октября 1969 года. Третий и четвёртый IMP были размещены в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре и Университете Юты в декабре 1969 года. Эти четыре узла образовали первоначальную сеть ARPANET. К концу 1971 года сеть насчитывала уже 15 узлов, а к 1975 году — более 100.

Эволюция и замена

Первоначально IMP работали под управлением специально написанного программного обеспечения, которое реализовывало протоколы 1822 (названный по номеру технического отчёта BBN). В 1972 году BBN разработала новую версию IMP на базе компьютера Honeywell 316, которая была меньше, дешевле и потребляла меньше энергии. В 1975 году появилась ещё более совершенная версия на базе Honeywell 716. С развитием протоколов TCP/IP в начале 1980-х годов функции IMP начали выполняться универсальными маршрутизаторами, и к 1989 году, с закрытием ARPANET, IMP были полностью выведены из эксплуатации.

Устройство и принципы работы

Аппаратная часть

Основой IMP являлся мини-компьютер Honeywell DDP-516 (или его последующие модификации). Он имел:

• Центральный процессор с тактовой частотой около 1 МГц.
• Оперативную память объёмом 12 КБ (в первых моделях), позже расширенную до 32 КБ и более.
• Магнитный барабан для долговременного хранения данных, используемый для буферизации сообщений.
• Интерфейсные платы для подключения до 4 (в ранних моделях) или до 7 (в более поздних) хост-компьютеров, а также для соединения с другими IMP через модемы и арендованные телефонные линии.

Программное обеспечение

Программное обеспечение IMP было написано на ассемблере и реализовывало следующие ключевые функции:

• Приём пакетов от хост-компьютеров через интерфейс, определённый протоколом 1822.
• Буферизация — временное хранение пакетов в оперативной памяти или на магнитном барабане.
• Маршрутизация — выбор оптимального пути для передачи пакета к узлу назначения. Алгоритм маршрутизации был динамическим и учитывал загрузку каналов и состояние соседних IMP.
• Контроль ошибок — проверка целостности данных с помощью контрольной суммы и повторная передача пакетов в случае обнаружения ошибок.
• Управление потоком — предотвращение перегрузки сети путём регулирования скорости отправки данных от хост-компьютеров.

Протокол 1822

Основным протоколом взаимодействия между хост-компьютером и IMP был протокол 1822. Он определял формат сообщений, которые передавались между хостом и IMP. Сообщение состояло из заголовка (содержащего адрес назначения, тип сообщения и контрольную сумму) и данных. Протокол 1822 гарантировал надёжную доставку сообщений между хост-компьютерами, но не обеспечивал сквозного контроля целостности — эту задачу решали более высокоуровневые протоколы (например, NCP, а затем TCP).

Функции и значение

Коммутация пакетов

IMP был первым устройством, которое в массовом порядке реализовало принцип коммутации пакетов в глобальной сети. В отличие от телефонных сетей, где для каждого разговора устанавливалось выделенное соединение, IMP разбивал сообщения на небольшие пакеты, каждый из которых мог передаваться по разным маршрутам. Это обеспечивало высокую надёжность и эффективность использования каналов связи.

Устойчивость к повреждениям

Сеть ARPANET, построенная на IMP, была спроектирована так, чтобы сохранять работоспособность при выходе из строя отдельных узлов или линий связи. IMP автоматически перестраивали маршруты, обходя повреждённые участки. Это свойство, заложенное Полом Бараном, стало одним из ключевых преимуществ сети.

Предшественник маршрутизатора

IMP является прямым предшественником современных маршрутизаторов. Хотя современные устройства значительно сложнее и быстрее, основные принципы их работы — приём пакетов, анализ адресов, выбор маршрута и передача дальше — были впервые реализованы именно в IMP.

Интересные факты

• Первое сообщение, отправленное через ARPANET, было передано 29 октября 1969 года. Студент Чарли Клайн (UCLA) пытался ввести команду «LOGIN» на компьютере в SRI, но система «упала» после ввода двух букв «L» и «O». Это стало первым в истории случаем «падения» сети.
• В 1970 году BBN выпустила отчёт, в котором подробно описывалась архитектура и работа IMP. Этот документ стал одним из основополагающих для развития компьютерных сетей.
• IMP не имел клавиатуры и монитора в привычном понимании. Управление осуществлялось через телетайп, а индикация состояния — через панель с лампочками на передней панели.
• Стоимость одного IMP в 1969 году составляла около 80 000 долларов США (что эквивалентно примерно 600 000 долларов в ценах 2023 года).
• В 1975 году сеть ARPANET была передана из-под управления ARPA в ведение Агентства оборонных коммуникаций (DCA), что привело к ужесточению требований к безопасности и надёжности IMP.

Критика и ограничения

Несмотря на свою революционность, IMP имел ряд недостатков:

• Ограниченная производительность: скорость передачи данных составляла всего 56 кбит/с (в первых версиях), что сегодня считается крайне низким показателем.
• Сложность программирования: программное обеспечение IMP было написано на ассемблере и требовало высокой квалификации разработчиков.
• Отсутствие сквозного контроля: протокол 1822 не гарантировал доставку данных от хост-компьютера к хост-компьютеру, что приводило к необходимости реализации дополнительных механизмов на стороне хостов.
• Зависимость от одного производителя: все IMP производились компанией BBN, что создавало монополию и затрудняло масштабирование сети.

Историческое наследие

Интерфейсный процессор сообщений сыграл ключевую роль в развитии компьютерных сетей. Он доказал практическую реализуемость концепции коммутации пакетов, заложил основы маршрутизации и управления потоком данных, а также стал прототипом для всех последующих маршрутизаторов. Опыт, полученный при разработке и эксплуатации IMP, был использован при создании протоколов TCP/IP и архитектуры современного Интернета. В 1990-х годах несколько IMP были восстановлены и экспонируются в музеях, в том числе в Музее компьютерной истории в Маунтин-Вью (Калифорния).

Источники

• Abbate, J. (1999). Inventing the Internet. MIT Press.
• Hafner, K., & Lyon, M. (1996). Where Wizards Stay Up Late: The Origins of the Internet. Simon & Schuster.
• Heart, F. E., et al. (1970). The Interface Message Processor for the ARPA Computer Network. Bolt, Beranek and Newman (BBN) Report No. 1822.
• Roberts, L. G. (1978). The Evolution of Packet Switching. Proceedings of the IEEE, 66(11), 1307–1313.
• Waldrop, M. M. (2001). The Dream Machine: J.C.R. Licklider and the Revolution That Made Computing Personal. Viking.