Je e-mail is aangekomen. Ergens in de laatste paar seconden reisde het niet als één stevig blok. Het werd versnipperd. In kleine stukjes gebroken. Verzonden op verschillende routes. Aan de andere kant weer in elkaar gezet. Dit is de realiteit van een pakketgeschakeld netwerk. Het is de onzichtbare ruggengraat van het moderne internet en werkt door gegevensbestanden op te delen in kleinere eenheden, pakketten genaamd, voordat ze via een reeks knooppunten of schakelaars worden verzonden.
Zie het als store-and-forward-logistiek. De switches routeren deze pakketten onafhankelijk. Ze wachten niet tot het hele bestand arriveert. Ze duwen elk stuk gewoon naar zijn bestemming. Zodra alles arriveert, zet het ontvangende apparaat de puzzel weer in elkaar. Het internet draait op deze logica. De meeste lokale netwerken (LAN’s) doen dat ook.
De efficiëntie-afweging
Traditionele netwerken gebruikten een andere aanpak. Circuitgeschakelde netwerken. Ze bouwden één fysiek pad voor gegevens. Een speciale rijstrook. Het hield dat pad zo lang als nodig open. Alle informatie is opeenvolgend gereisd. Als u aan de lijn was, had u de bandbreedte. Periode.
Pakketschakeling is rommeliger maar slimmer. Het leidt pakketten langs meerdere paden. Elke overstapbeslissing verbetert de algehele efficiëntie. Als een specifiek pad uitvalt als gevolg van een storing, worden de pakketten omgeleid. Ze kiezen een andere weg. Dit betekent dat pakketten in de verkeerde volgorde kunnen aankomen. Het bestemmingssysteem moet ze uitzoeken.
Er zijn voordelen. Geoptimaliseerde kanaalcapaciteit. Verbeterde fouttolerantie. Maar het is ingewikkeld. U hebt aanzienlijke verwerkingskracht nodig. Je hebt veel RAM nodig om de chaos aan te kunnen. Er zijn ook vertragingen door omleiding. Er treedt pakketverlies op. Vanwege deze complexiteit wordt voor kleine bestanden de voorkeur gegeven aan pakketschakeling. Circuitschakeling wint nog steeds bij grote, real-time overdrachten waarbij consistentie belangrijker is dan efficiëntie.
Binnen de kern en de rand
Een pakketgeschakeld netwerk heeft twee hoofdzones. De kern en de rand. De kern bestaat uit routers en besturingssystemen. Ze maken verbinding via kanalen met hoge bandbreedte. De edge is waar eindgebruikersystemen zich bevinden. Hosts zoals uw pc zitten hier. Ze verzenden en ontvangen pakketten.
Communicatie in de kern is afhankelijk van protocollen. Dit zijn de regels. De procedures die zenders en ontvangers gebruiken om effectief te praten. De stapel protocollen die wordt gebruikt om uw gegevens over te dragen, wordt een protocolstapel genoemd. Het is een gelaagd systeem. Elke laag heeft een taak.
Elke verzending, ook wel een datagram genoemd, bestaat uit twee delen. Een kop. Een lading. De header bevat besturingsinformatie. Afzender adres. Ontvanger adres. De payload is de daadwerkelijke informatie die u probeert te leveren. Soms worden pakketten verder opgesplitst in kleinere eenheden. Dat is pakketfragmentatie. Het gebeurt wanneer gegevens bepaalde limieten overschrijden.
Verbindingsloos versus verbindingsgericht
Deze netwerken zijn er in twee smaken. Verbindingsloze netwerken. Ook wel datagramnetwerken genoemd. Dit is het standaardmodel. Gegevens worden in stukken verdeeld. Kopteksten worden bijgevoegd. De datagrammen nemen de beste route van bron naar bestemming. Geen garantie op bestelling. Geen garantie op aankomst. Gewoon snelheid en efficiëntie.
Dan zijn er verbindingsgerichte netwerken. Netwerken met virtuele circuits. Ze bootsen het schakelen van circuits na. Ze zetten een speciale route op voordat ze iets stuurden. Dit geeft u enkele voordelen van de oude methode terwijl u op digitale netwerken blijft. Het is een hybride aanpak. U betaalt instelkosten voor betrouwbaarheid.
De geschiedenis van het uit elkaar halen van dingen
Het concept is niet uit het niets ontstaan. Paul Baran, een ingenieur bij RAND Corporation, stelde zich voor om grote data-eenheden in kleinere pakketten op te splitsen. Hij was een militair probleem aan het oplossen. Hoe overleeft een computernetwerk een nucleaire aanval? Zijn antwoord was: ‘hot-potato-routing’. Geef de gegevens snel door. Houd het niet vast.
Hij publiceerde dit tussen 1960 en 1962. Vervolgens bracht hij in augustus 1964 een elfdelige analyse uit met de titel On Distributed Communications. De regering negeerde het. Particuliere bedrijven interesseerden zich er niet voor. Het idee was te radicaal. Te abstract.
Ondertussen werkte Donald Davies in Groot-Brittannië. Een computerwetenschapper bij het National Physical Laboratory (NPL). Hij kwam zelfstandig tot hetzelfde concept. Hij begon een netwerk op te bouwen om het te testen. Baran noemde zijn eenheden ‘berichtblokken’. Davies noemde ze ‘pakketten’. De naam bleef hangen.
Lawrence “Larry” Roberts hoorde in oktober 1967 van het werk van Davies. Het was een symposium in Gatlinburg, Tennessee. Roberts beheerde ARPANET voor de Amerikaanse overheid. Hij zag de waarde. Hij nam de term van Davies over. Pakketschakeling werd de standaard voor ARPANET. De voorloper van het internet dat we vandaag de dag kennen.
Waarom gebruiken we voor sommige taken nog steeds oudere methoden? Omdat niet elk probleem een decentrale oplossing nodig heeft. Soms wil je gewoon een rechte lijn. Maar voor het mondiale web? De afgebroken, omgeleide en opnieuw geordende puinhoop is precies wat we nodig hebben. Het is veerkrachtig. Het is flexibel. Het is de enige manier om te schalen.
De begindagen van pakketwisseling
ARPANET is niet zomaar ontstaan. Het is snel gebouwd. Bolt Beranek en Newman (BBN) ontwierpen het in één jaar. Ze namen ideeën van Baran en Davies over en lieten deze werken. De eerste echte test vond plaats in oktober 1969. Deze was openbaar. Het was pakketgeschakeld.
Het netwerk begon klein. Vier knooppunten. UCLA. Stanford Onderzoeksinstituut. UC Santa Barbara. En de Universiteit van Utah. In 1975 was dat aantal gestegen tot 57. Het groeide.
Pronken (en geen indruk maken)
In oktober 1972 toonden Roberts en BBN ARPANET op de eerste Internationale Conferentie over Computercommunicatie. Ze bewezen dat pakketschakeling werkte. De reactie? Stilte. Of erger. Het kon het grootste deel van de Amerikaanse communicatie-industrie niets schelen. Sommigen haatten het idee zelfs.
BBN zag een gat. Roberts en BBN richtten datzelfde jaar Telenet op. Een commercieel netwerk. Gebouwd voor mensen die wilden betalen voor connectiviteit in plaats van er gratis onderzoek naar te doen.
Mondiale belangstelling wekt
Andere landen gingen sneller vooruit. In november 1973 kondigde de Franse postafdeling TRANSPAC aan. Een binnenlands pakketnetwerk. In oktober 1974 lanceerde het Trans-Canada Telephone System DATAPAC. De Japanse NTT was ook bezig met het plannen van een eigen openbaar datanetwerk.
De meeste aanbieders bleven sceptisch. Ze keken. Ze wachtten. Ze wilden zien of de vroege netwerken daadwerkelijk zouden overleven.
Nieuwe experimenten in Europa
Terwijl openbare netwerken werden gebouwd, speelden onderzoekers. Davies beëindigde het Mark II-netwerk in 1973. Het begon bij de NPL in 1970. Het beïnvloedde het Verenigd Koninkrijk en een groot deel van Europa.
Louis Pouzin, een Franse computerwetenschapper, voltooide datzelfde jaar CYCLADEN. Er werd gebruik gemaakt van datagrammen. Het veranderde de manier waarop mensen over foutcorrectie dachten. In plaats van dat de netwerkkern fouten herstelde, deden de hosts het. Deze verschuiving was van belang. Het maakte het netwerk slimmer. Het European Informatics Network (EIN) kwam in 1976 online. Internationaal gefinancierd.
De chaos standaardiseren
Vijf landen moesten het ergens over eens zijn. Canada. Frankrijk. Japan. Groot-Brittannië De VS Ze hadden een standaard host-netwerkinterface nodig. De gesprekken begonnen in 1975.
Het resultaat was CCITT-aanbeveling X.25. Aangenomen in maart 1976. Het luidde de volgende fase van pakketschakeling in. Onderling verbonden openbare dienstnetwerken. X.75 volgde al snel. Een standaard voor het verbinden van internationale netwerken.
De geboorte van TCP/IP
Robert Kahn werd in 1979 directeur van DARPA’s IPTO. Het Amerikaanse ministerie van Defensie beschikte over meerdere pakketgeschakelde netwerken. Geen van hen sprak met elkaar.
Kahn heeft dat opgelost. Hij liet het ministerie van Defensie TCP/IP adopteren. Een protocolstandaard die hij zich samen met Vincent Cerf voorstelde. Cerf was een vooraanstaand softwareontwikkelaar. Kahn had er in 1974 een artikel over geschreven.
TCP/IP-spreiding. Het ging naar onderzoekslaboratoria. Dan naar het publiek. Het werd de basis voor het ultieme pakketgeschakelde netwerk. Het internet.
Voelt het alsof de geschiedenis zich herhaalt? Wij hebben de leidingen gebouwd. Daarna hebben we ze gevuld. De technologie was er klaar voor. De infrastructuur was er. We bleven maar knooppunten toevoegen.
