La tua email è arrivata. Da qualche parte negli ultimi secondi, non ha viaggiato come un blocco solido. E’ stato distrutto. Spezzato in piccoli pezzi. Inviato su percorsi diversi. Rimontato dall’altra parte. Questa è la realtà di una rete a commutazione di pacchetto. È la spina dorsale invisibile della moderna Internet e funziona suddividendo i file di dati in unità più piccole chiamate pacchetti prima di inviarli attraverso una serie di nodi o switch.
Pensatela come una logistica store-and-forward. Gli switch instradano questi pacchetti in modo indipendente. Non aspettano che arrivi l’intero file. Spingono semplicemente ogni pezzo verso la sua destinazione. Una volta che tutto arriva, il dispositivo ricevente rimette insieme il puzzle. Internet funziona secondo questa logica. Anche la maggior parte delle reti locali (LAN) lo fanno.
Il compromesso in termini di efficienza
Le reti tradizionali utilizzavano un approccio diverso. Reti a commutazione di circuito. Hanno costruito un unico percorso fisico per i dati. Una corsia dedicata. Ha mantenuto aperta quella strada per tutto il tempo necessario. Tutte le informazioni viaggiavano in sequenza. Se eri in linea, avevi la larghezza di banda. Periodo.
Il cambio di pacchetto è più complicato ma più intelligente. Dirige i pacchetti lungo più percorsi. Ogni decisione di commutazione migliora l’efficienza complessiva. Se un percorso specifico si interrompe a causa di un’interruzione, i pacchetti vengono reindirizzati. Prendono una strada diversa. Ciò significa che i pacchetti possono arrivare fuori ordine. Il sistema di destinazione deve risolverli.
Ci sono vantaggi. Capacità del canale ottimizzata. Tolleranza agli errori migliorata. Ma è complicato. Hai bisogno di una potenza di elaborazione significativa. Hai bisogno di molta RAM per gestire il caos. Ci sono anche ritardi dovuti al reindirizzamento. Si verifica la perdita di pacchetti. A causa di questa complessità, per i file di piccole dimensioni è preferibile la commutazione di pacchetto. La commutazione di circuito è ancora vincente per i trasferimenti di grandi dimensioni in tempo reale, dove la coerenza conta più dell’efficienza.
All’interno del Core e dell’Edge
Una rete a commutazione di pacchetto ha due zone principali. Il nucleo e il bordo. Il nucleo è costituito da router e sistemi di controllo. Si connettono tramite canali a larghezza di banda elevata. L’edge è il luogo in cui risiedono i sistemi degli utenti finali. Host come il tuo personal computer siedono qui. Inviano e ricevono pacchetti.
La comunicazione all’interno del core si basa sui protocolli. Queste sono le regole. Le procedure che mittenti e destinatari utilizzano per parlare in modo efficace. Lo stack di protocolli utilizzato per trasferire i dati è chiamato stack di protocolli. È un sistema a strati. Ogni strato ha un lavoro.
Ogni trasmissione, nota come datagramma, è composta da due parti. Un’intestazione. Un carico utile. L’intestazione contiene informazioni di controllo. Indirizzo del mittente. Indirizzo del destinatario. Il carico utile è l’informazione effettiva che stai cercando di fornire. A volte i pacchetti si dividono ulteriormente in unità più piccole. Questa è la frammentazione dei pacchetti. Succede quando i dati superano determinati limiti di dimensione.
Senza connessione o orientato alla connessione
Queste reti sono disponibili in due versioni. Reti senza connessione. Chiamate anche reti di datagrammi. Questo è il modello standard. Partizioni dei dati in pezzi. Allegare intestazioni. I datagrammi seguono il percorso migliore dalla sorgente alla destinazione. Nessuna garanzia di ordine. Nessuna garanzia di arrivo. Solo velocità ed efficienza.
Poi ci sono le reti orientate alla connessione. Reti di circuiti virtuali. Imitano la commutazione del circuito. Impostano un percorso dedicato prima di inviare qualsiasi cosa. Questo ti offre alcuni vantaggi del vecchio metodo rimanendo sulle reti digitali. È un approccio ibrido. Paghi un costo di installazione per l’affidabilità.
La storia della rottura delle cose
Il concetto non è emerso dal nulla. Paul Baran, un ingegnere della RAND Corporation, ha inizialmente immaginato di suddividere grandi unità di dati in pacchetti più piccoli. Stava risolvendo un problema militare. Come fa una rete di computer a sopravvivere a un attacco nucleare? La sua risposta è stata “il percorso della patata bollente”. Trasmetti rapidamente i dati. Non trattenerlo.
Lo pubblicò tra il 1960 e il 1962. Poi pubblicò un’analisi in 11 volumi intitolata Sulle comunicazioni distribuite nell’agosto 1964. Il governo la ignorò. Alle società private non importava. L’idea era troppo radicale. Troppo astratto.
Nel frattempo, Donald Davies lavorava nel Regno Unito. Scienziato informatico presso il National Physical Laboratory (NPL). È arrivato allo stesso concetto in modo indipendente. Ha iniziato a costruire una rete per testarlo. Baran chiamava le sue unità “blocchi di messaggi”. Davies li chiamava “pacchetti”. Il nome rimase.
Lawrence “Larry” Roberts venne a conoscenza del lavoro di Davies nell’ottobre del 1967. Era un simposio a Gatlinburg, nel Tennessee. Roberts gestiva ARPANET per il governo degli Stati Uniti. Ne vedeva il valore. Ha adottato il termine di Davies. La commutazione di pacchetto è diventata lo standard per ARPANET. Il precursore di Internet che conosciamo oggi.
Perché utilizziamo ancora metodi più vecchi per alcune attività? Perché non tutti i problemi necessitano di una soluzione decentralizzata. A volte vuoi solo una linea retta. Ma per il web globale? Il caos scomposto, reindirizzato e riordinato è esattamente ciò di cui abbiamo bisogno. È resistente. È flessibile. È l’unico modo per crescere.
I primi giorni della commutazione di pacchetto
ARPANET non è semplicemente apparso. È stato costruito velocemente. Bolt Beranek e Newman (BBN) lo progettarono in un solo anno. Hanno preso idee da Baran e Davies e le hanno fatte funzionare. Il primo vero test avvenne nell’ottobre del 1969. Fu pubblico. È stato effettuato un cambio di pacchetto.
La rete è iniziata in piccolo. Quattro nodi. UCLA. Istituto di ricerca di Stanford. UC Santa Barbara. E l’Università dello Utah. Nel 1975 quel numero salì a 57. Stava crescendo.
Metterlo in mostra (e non riuscire a impressionare)
Nell’ottobre 1972, Roberts e la BBN presentarono ARPANET alla prima Conferenza internazionale sulle comunicazioni informatiche. Hanno dimostrato che la commutazione di pacchetto funzionava. La reazione? Silenzio. O peggio. Alla maggior parte del settore delle comunicazioni statunitense non importava. Alcuni addirittura odiavano l’idea.
La Bbn ha notato una lacuna. Roberts e la Bbn fondarono Telenet quello stesso anno. Una rete commerciale. Costruito per le persone che volevano pagare per la connettività invece di ricercarla gratuitamente.
Scintille di interesse globale
Altri paesi si sono mossi più velocemente. Nel novembre 1973, la divisione postale francese annunciò TRANSPAC. Una rete a pacchetto domestica. Nell’ottobre 1974, il sistema telefonico transcanadese lanciò DATAPAC. Anche la giapponese NTT stava progettando una propria rete pubblica di dati.
La maggior parte dei fornitori è rimasta scettica. Hanno guardato. Hanno aspettato. Volevano vedere se le prime reti sarebbero effettivamente sopravvissute.
Nuovi esperimenti in Europa
Mentre si costruivano le reti pubbliche, i ricercatori giocavano. Davies terminò la rete Mark II nel 1973. Cominciò con la NPL nel 1970. Influenzò il Regno Unito e gran parte dell’Europa.
Louis Pouzin, uno scienziato informatico francese, terminò CYCLADES quello stesso anno. Utilizzava datagrammi. Ha cambiato il modo in cui le persone pensavano alla correzione degli errori. Invece di correggere gli errori del core della rete, lo hanno fatto gli host. Questo cambiamento è stato importante. Ha reso la rete più intelligente. La Rete informatica europea (EIN) è stata messa online nel 1976. Finanziata a livello internazionale.
Standardizzare il caos
Cinque nazioni dovevano mettersi d’accordo su qualcosa. Canada. Francia. Giappone. Il Regno Unito e gli Stati Uniti avevano bisogno di un’interfaccia di rete host standard. I colloqui iniziarono nel 1975.
Il risultato è stata la raccomandazione X.25 del CCITT. Adottato nel marzo 1976. Inaugurò la fase successiva della commutazione di pacchetto. Reti di servizio pubblico interconnesse. Presto seguì X.75. Uno standard per la connessione di reti internazionali.
La nascita del TCP/IP
Robert Kahn divenne direttore dell’IPTO della DARPA nel 1979. Il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti aveva più reti a commutazione di pacchetto. Nessuno di loro parlava tra loro.
Kahn ha risolto il problema. Ha chiesto al Dipartimento della Difesa di adottare TCP/IP. Uno standard di protocollo che ha immaginato con Vincent Cerf. Cerf era un importante sviluppatore di software. Kahn aveva scritto un articolo sull’argomento nel 1974.
Diffusione del TCP/IP. È andato ai laboratori di ricerca. Poi al pubblico. È diventata la base per la rete a commutazione di pacchetto definitiva. Internet.
Sembra che la storia si ripeta? Abbiamo costruito i tubi. Poi li abbiamo riempiti. La tecnologia era pronta. L’infrastruttura c’era. Abbiamo continuato ad aggiungere nodi.
