Пол Бэран

Пол Бэран (англ. Paul Baran; 29 апреля 1926, Гродно, Польша (ныне Беларусь) — 26 марта 2011, Атертон, Калифорния, США) — американский инженер и учёный в области компьютерных сетей, один из пионеров разработки пакетной коммутации. Наиболее известен как один из ключевых создателей теоретических основ сети ARPANET — предшественницы современного Интернета. Его работы по избыточным (децентрализованным) распределённым сетям связи, устойчивым к повреждениям, стали фундаментом для построения глобальной сети.

Биография

Ранние годы и образование

Пол Бэран родился 29 апреля 1926 года в городе Гродно, который в то время входил в состав Польши (с 1939 года — в составе СССР, ныне Беларусь). Его семья была еврейской. В 1928 году, спасаясь от антисемитских настроений в Польше, семья Бэранов эмигрировала в США. Они поселились в Филадельфии, штат Пенсильвания.

После окончания школы Бэран поступил в Университет Дрекселя (тогда — Технологический институт Дрекселя), который окончил в 1949 году со степенью бакалавра наук в области электротехники. В 1959 году он получил степень магистра наук в области электротехники в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Во время учёбы в магистратуре он также работал в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation, где участвовал в разработке первых коммерческих компьютеров, включая UNIVAC I.

Работа в RAND Corporation

В 1959 году Бэран начал работать в корпорации RAND (Research and Development Corporation) — некоммерческой организации, занимавшейся исследованиями в интересах Военно-воздушных сил США. Именно в RAND он выполнил свои самые значимые работы.

В начале 1960-х годов, в разгар Холодной войны, перед военными США стояла задача создания системы связи, способной выдержать ядерный удар и сохранить работоспособность. Традиционные телефонные сети, имевшие централизованную архитектуру (коммутация каналов), были уязвимы: уничтожение центрального узла парализовало всю сеть. Бэран предложил принципиально иной подход.

В серии технических отчётов, опубликованных в 1960–1964 годах, он разработал концепцию «распределённой сети» (distributed network), основанной на коммутации пакетов (packet switching). Ключевая идея заключалась в том, чтобы разбить передаваемое сообщение на небольшие блоки — «пакеты» (или «сообщения»), каждый из которых снабжается адресом назначения и может передаваться по сети независимо, выбирая любой доступный маршрут. Сама сеть должна была иметь структуру «сетки» (mesh), где каждый узел соединён с несколькими другими, и при выходе из строя одного или нескольких узлов пакеты автоматически направлялись по альтернативным путям.

Бэран также ввёл понятие «хоп» (hop) — передача пакета от одного узла к другому. В его модели каждый узел сети должен был быть «умным»: он должен был принимать пакет, проверять его адрес, выбирать оптимальный маршрут и отправлять дальше. Этот принцип лёг в основу протокола TCP/IP, разработанного позже.

Вклад в создание ARPANET

Идеи Бэрана не сразу были приняты военными и телефонными монополиями (в частности, AT&T, которая считала концепцию пакетной коммутации «технически неосуществимой»). Однако в 1966 году они привлекли внимание Ларри Робертса, который возглавлял проект по созданию сети ARPANET в Агентстве передовых исследовательских проектов Министерства обороны США (ARPA).

Робертс ознакомился с работами Бэрана, а также с независимыми исследованиями британского учёного Дональда Дэвиса, который также разработал концепцию пакетной коммутации (и ввёл сам термин «пакет»). В результате синтеза идей Бэрана и Дэвиса, а также под руководством Робертса, в 1969 году была запущена ARPANET, соединившая четыре университетских центра. Первое сообщение было отправлено 29 октября 1969 года между UCLA и Стэнфордским исследовательским институтом (SRI).

Хотя Бэран не принимал непосредственного участия в строительстве ARPANET, его теоретические работы стали её интеллектуальной основой. Он считается одним из «отцов-основателей» Интернета, наряду с Клейнроком, Робертсом, Дэвисом и Тимом Бернерсом-Ли.

Дальнейшая карьера

В 1968 году Бэран покинул RAND и основал несколько компаний в сфере компьютерных сетей и телекоммуникаций. В 1970-х годах он участвовал в разработке системы электронной почты, а также в создании первой коммерческой сети пакетной коммутации — Telenet (совместно с Ларри Робертсом). В 1980-х годах он занимался разработкой систем цифрового телевидения и видеоконференций.

В 1990-х годах Бэран отошёл от активной предпринимательской деятельности, но продолжал консультировать правительственные и коммерческие организации. Он скончался 26 марта 2011 года в своём доме в Атертоне, Калифорния, от осложнений, вызванных раком лёгких.

Основные идеи и концепции

Пакетная коммутация

Центральная идея Бэрана — замена коммутации каналов (когда для всего разговора выделяется отдельная физическая линия) на коммутацию пакетов. В его модели сообщение разбивается на стандартные блоки (пакеты) длиной до 1024 бит. Каждый пакет содержит заголовок с адресом получателя и номером последовательности. Пакеты передаются независимо, могут идти разными маршрутами и собираются в исходное сообщение только на стороне получателя. Это позволяет эффективно использовать пропускную способность сети и обеспечивает устойчивость к сбоям.

Распределённая сеть (Distributed Network)

Бэран математически доказал, что для устойчивости сети к ядерному удару она должна быть не централизованной (с одним главным узлом) и не децентрализованной (с несколькими центрами), а именно распределённой. В такой сети каждый узел соединён с несколькими соседними, и пакет может быть доставлен от любого источника к любому получателю по множеству альтернативных путей. Даже при уничтожении 50% узлов сеть остаётся работоспособной.

«Горячая картошка» (Hot Potato Routing)

Бэран предложил алгоритм маршрутизации, который он назвал «горячая картошка» (hot potato routing). Суть его в том, что узел, получив пакет, немедленно отправляет его дальше по самому быстрому свободному каналу, не задерживая его для анализа. Это минимизирует задержку на узле, хотя и не всегда гарантирует оптимальный маршрут. Этот принцип позже был усовершенствован в протоколах маршрутизации, таких как RIP и OSPF.

Критика и признание

Критика

Первоначально идеи Бэрана встретили сильное сопротивление. Представители AT&T и других телефонных компаний утверждали, что пакетная коммутация неэффективна и технически нереализуема. Они настаивали на том, что традиционная коммутация каналов является единственно возможным способом передачи голоса и данных. Некоторые военные чиновники также сомневались в надёжности распределённой сети, опасаясь, что она может быть уязвима для перегрузок.

Признание

Несмотря на первоначальный скепсис, работы Бэрана получили широкое признание. Он был награждён множеством престижных наград, в том числе:

• Национальная медаль США в области технологий и инноваций (2007) — за разработку концепции пакетной коммутации.
• Медаль Александра Грэма Белла (1990) — от IEEE (Института инженеров электротехники и электроники).
• Премия Маркони (2007) — за вклад в развитие телекоммуникаций.
• В 2012 году он был посмертно введён в Зал славы Интернета (Internet Hall of Fame).

Интересные факты

• Пол Бэран был не только инженером, но и предпринимателем. Он основал несколько стартапов, включая компанию по производству оборудования для беспроводной связи.
• В 2001 году он опубликовал мемуары под названием «The Beginnings of Packet Switching: Some Underlying Concepts».
• Изначально Бэран использовал термин «сообщение» (message), а не «пакет». Термин «пакет» (packet) был введён Дональдом Дэвисом.
• В отличие от многих других пионеров Интернета, Бэран никогда не работал в академической среде; вся его карьера прошла в исследовательских центрах и частных компаниях.

Источники

• Paul Baran, «On Distributed Communications Networks», RAND Corporation, 1964.
• Paul Baran, «The Beginnings of Packet Switching: Some Underlying Concepts», IEEE Communications Magazine, 2002.
• Katie Hafner, Matthew Lyon, «Where Wizards Stay Up Late: The Origins of the Internet», Simon & Schuster, 1996.
• Janet Abbate, «Inventing the Internet», MIT Press, 1999.
• Некролог Пола Бэрана в The New York Times, 28 марта 2011.
• Биография Пола Бэрана на сайте Internet Hall of Fame.