CN_1_8_Lịch sử Internet



1.8 Lịch sử Internet

Hình sau minh họa sơ lược sự phát triển của Internet.

Tính tới năm 2013, Internet đã hình thành và phát triển được khoảng 4 thập kỉ. Quá trình phát triển của Internet có 3 giai đoạn chính: ARPANET, NSFNET, Modern Internet & Web. Số host tăng lên hàng ngàn lần qua mỗi giai đoạn.

Mạng ARPANET

Mạng ARPANET được xây dựng và tài trợ bởi Bộ quốc phòng Mỹ, là tiền thân của mạng Internet.
ARPANET ra đời đã thúc đẩy nhu cầu chia sẻ tài nguyên. Máy tính ở các vị trí khác nhau đã có thể kết nối và trao đổi dữ liệu qua lại. Năm 1969, số lượng các máy tính được kết nối là 4, đến cuối giai đoạn ARPANET số kết nối đã tăng lên đến hàng trăm host.
Ứng dụng mạng quan trọng nhất trong giai đoạn này là email. Tuy nhiên, đây không phải là mục tiêu hướng tới của hệ thống ARPANET, mục tiêu chính của nó là chia sẻ dữ liệu. Sở dĩ Email trở nên nổi bật bởi vì nó được phát triển rất sớm ngay sau khi ARPANET ra đời, và là phương tiện hữu ích trong việc trao đổi thông tin giữa mọi người.
Những nhân tố quan trọng góp phần vào sự ra đời của ARPANET:
  • Sự xuất hiện của công nghệ chuyển mạch gói (packet switching)
  • Điều khiển phi tập trung (decentralized control)
  • Kết nối mạng (Internetworking)
Sự xuất hiện của công nghệ chuyển mạch gói (packet switching)
Người đi đầu trong lĩnh vực này là Donald Davies làm việc tại Anh và Len Kleinrock làm việc tại Mỹ.
Ý tưởng của chuyển mạch gói là chia nhỏ dữ liệu cần chuyển đi thành các gói tin, sau đó gửi các gói tin qua mạng (mỗi gói có thể đi qua các con đường khác nhau), máy nhận sẽ nhận từng gói tin một và ghép nối lại thành thông tin ban đầu. Điều này rất khác so với công nghệ chuyển mạch mạch (circuit switching), đang được sử dụng trong mạng điện thoại lúc bấy giờ. Công nghệ chuyển mạch mạch đỏi hỏi phải duy trì liên tục một đường kết nối giữa hai thiết bị trong thời gian truyền dữ liệu, không thể chia sẻ đường truyền này cho các thiết bị khác, giải pháp này không khả thi và không có hiệu quả trong giai đoạn bùng nổ số lượng các máy tính cần kết nối vào hệ thống mạng.
Với hệ thống chuyển mạch gói, các máy tính có thể cùng nhau chia sẻ đường truyền (statistical multiplexing), tăng hiệu quả sử dụng, bởi thực tế nhu cầu sử dụng đường truyền để gửi dữ liệu của các máy tính là không liên tục.
Điều khiển phi tập trung
Được đưa ra bởi Paul Baran, ông thiết kế các mô hình mạng hoạt động có tính độc lập giữa các bộ phận. Ơ thời điểm đó, hệ thống mạng điện thoại được tổ chức theo kiến trúc phân cấp rất chặn chẽ, vì vậy, nếu một nút mạng ở tầng cao không hoạt động có thể làm tê liệt toàn bộ hệ thống. Nhờ vào mô hình điều khiển phi tập trung, hệ thống mạng có thể bị hư hỏng một phần nào đó, nhưng phần còn lại của hệ thống vẫn hoạt động bình thường.
Đây cũng là lý do tại sao nhiều người vẫn hay nói ARPANET và Internet được tạo ra để chống lại một cuộc chiến tranh hạt nhân. Tuy nhiên, thực tế, nó chỉ là một ý tưởng giúp cho hệ thống Internet phát triển rất nhanh kể từ khi ra đời.
Kết nối mạng (internetworking), hay tính mở của hệ thống mạng
Đi đầu trong lĩnh vực này là Vint Cerf và Bob Kahn.
Kết nối mạng là khả năng kết nối các mạng với nhau, tạo thành một hệ thống mạng lớn hơn và xuyên suốt. Vint Cerf và Bob Kahn đã thực hiện xây dựng và phát triển ý tưởng này từ những năm 1974, sau này nó trở thành giao thức TCP/IP.
Để kết nối các hệ thống mạng với nhau, ý tưởng đầu tiên được nghĩ tới là: các hệ thống mạng sẽ cùng thống nhất với nhau để sử dụng chung một công nghệ. Tuy nhiên, Cerf và Kahn đã nhận ra là điều này không thể thực hiện được, bởi có rất nhiều các công nghệ mạng đã tồn tại (mạng không dây – packet radio network, mạng vệ tinh – satellite network, ARPANET…v.v), làm sao mà thay đổi được công nghệ. Vì vậy, hai ông đã đệ trình một giải pháp là: sẽ kết nối các mạng này ở các tầng cao hơn, thay vì thực hiện kết nối trực tiếp tại tầng đấu nối vật lý. Với giải pháp này, các mạng sử dụng công nghệ khác nhau hoàn toàn có thể kết nối với nhau để trao đổi thông tin qua lại.
Hai ông được coi là cha đẻ của Internet.
Hình ảnh của mạng ARPANET vào năm 1979

Năm 1984, ARPANET được chia thành hai phần: phần thứ nhất là ARPANET, dành cho việc nghiên cứu và phát triển; phần thứ hai là MILNET, dùng cho các mục đích quân sự.[3]
Giao thức TCP/IP ngày càng thể hiện rõ các điểm mạnh của nó, quan trọng nhất là khả năng liên kết các mạng khác với nhau một cách dễ dàng. Khả năng kết nối mạng cộng với các chính sách tại Mỹ đã cho phép các mạng nghiên cứu và thương mại kết nối với ARPANET, thúc đẩy việc tạo ra một siêu mạng (SuperNetwork). Năm 1980, ARPANET được đánh giá là mạng trụ cột của Internet.[3]
Tuy nhiên, nhiều tổ chức nghiên cứu và thương mại không muốn dính líu đến Bộ quốc phòng Mỹ, họ muốn có một hệ thống mạng mới, một công nghệ mới “tự do” hơn. Đó là lý do ra đời của NSFNET.

Mạng NSFNET

NSF (National Science Foundation – Quỹ khoa học quốc gia Mỹ) là một cơ quan liên bang độc lập được Quốc hội Mỹ thành lập vào 1950. NSF cung cấp tài chính cho một số đề tài nghiên cứu cơ bản của các trường đại học và học viện của Mỹ. Các lĩnh vực gồm: toán học, khoa học máy tính, khoa học xã hội.
Năm 1985, khi số nút mạng đã lên tới hàng ngàn, NSF được giao trọng trách thành lập một hệ thống mạng liên kết các trung tâm máy tính lớn lại với nhau gọi là NSFNET, nó cho phép tất cả các học viện giáo dục, đại học kết nối vào.
Sau khi ra đời, bên cạnh việc kết nối các máy tính lớn thuộc lĩnh vực giáo dục, NSFNET còn cho phép rất nhiều các máy tính lớn của các tổ chức kết nối vào hệ thống. Điều này làm cho NSFNET nhanh chóng trở thành “xương sống” để trao đổi thông tin giữa các hệ thống mạng.
Theo thời gian nhiều doanh nghiệp đã chuyển từ mạng ARPANET sang NSFNET làm cho hệ thống mạng ARPANET mất dần ưu thế và ngưng hoạt động vào năm 1990.
Các giao thức TCP/IP, DNS, Berkeley socket (API) được hình thành vào khoảng 1983, giao thức BGP năm 1993.
Ở giai đoạn này, máy tính cá nhân (personal computer) và LAN Ethernet đã xuất hiện và được kết nối vào NSFNET. Ban đầu, các máy tính cá nhân chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu tại các viện, các đại học. Tuy nhiên, sau đó nó được sử dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp, tổ chức và hộ gia đình.
Năm 1993 số host kết nối vào hệ thống NSFNET đã lên đến hàng triệu.
Hình sau minh họa kiến trúc của NSFNET.

Ở hình trên, NSFNET đóng vai trò là đường trục chính của hệ thống mạng. Nghĩa là nếu hai Customer ở  hai nơi khác nhau muốn giao tiếp với nhau thì gói tin phải được gửi lên Regional Network và sau đó qua NSFNET trước khi đi qua Regional Network khác và tới Customer nhận (đường màu hồng).
Dịch vụ được sử dụng nhiều nhất ở giai đoạn này là Email và FTP.

Modern Internet

Khoảng năm 1995, có hai thay đổi lớn ảnh hưởng đến kiến trúc của hệ thống Internet.
Một là, việc cung cấp kết nối vào hệ thống Internet không còn là độc quyền của NSFNET Backbone, các ISP (Internet Service Provider – nhà cung cấp dịch vụ Internet) lớn cũng có quyền cung cấp kết nối vào hệ thống Internet. Các ISP hoạt động dưới hình thức các đơn vị kinh doanh, có sự cạch tranh giữa các ISP.
Để gói tin có thể đi đến mọi nơi trong hệ thống mạng, các ISP được đấu nối với nhau thông qua IXP (Internet eXchange Point) – trạm trung chuyển Internet.
Thời gian này, các nhà cung cấp nội dung Internet (Internet Provider) cũng được kết nối vào hệ thống ISP, IXP.
Thay đổi lớn thứ 2 là sự xuất hiện của web, vào khoảng năm 1993. Người đi đầu trong lĩnh vực web là Tim Berners-Lee. Ngay sau khi xuất hiện, web đã phát triển rất nhanh, làm tăng nhanh lưu lượng mạng, cuốn hút mọi người kết nối vào hệ thống.
Năm 1998, sự phát triển của web đã dẫn tới sự ra đời của: CDN (Content Distribution Network)-mạng lưới phân phối nội dung và ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)-tổ chức quản lý tên miền Internet quốc tế.
Hiện nay, lưu lượng dữ liệu trên Internet phần lớn là video. Hệ thống kết nối đang chuyển dần sang kết nối không dây. Yếu tố quyết định đến chiều hướng phát triển của Internet chính là nội dung (content).
Kiến trúc của Internet hiện đại được thể hiện ở hình dưới đây.

Ở hình trên, hệ thống Internet gồm:
o       Trạm trung chuyển Internet: IXP
o       ISP quy mô lớn: Transit ISP – thực hiện kết nối các Transit ISP, IXP và Content Provider.
o       Nhà cung cấp nội dung: Content Provider.
o       ISP khu vực: Regional ISP
o       Người sử dụng Internet: Customer.
Truyền dữ liệu từ nhà cung cấp nội dung tới người sử dụng
Giả sử có một dữ liệu cần truyền tới người sử dụng (chấm đen), dữ liệu sẽ được gửi qua IXP, tới một Transit ISP, rồi gửi tới người sử dụng Internet cụ thể nào đó (đường màu hồng).
Truyền dữ liệu giữa hai người sử dụng
Dữ liệu từ người gửi (chấm đen) sẽ được gửi lên mạng chuyển tiếp Regional ISP, qua Transit ISP, qua IXP, tới một Transit ISP khác, cuối cùng được gửi tới người nhận (đường màu xanh).
Có thể nhận thấy, tất cả các thành phần của hệ thống Internet (có thể có kiến trúc khác nhau) được kết nối xuyên suốt mà không cần tới một hạ tầng chung ở mức lõi của Internet.

Câu hỏi tìm hiểu thêm

  1. Công nghệ CDN (Content Distribution Network)?
  2. IXP?
  3. Transit ISP? Regional ISP?

Tham khảo:

[1] Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall, Computer Networks 5th edition, 2011
[2] David J. Wetherall, Introduction to Computer Networks, www.coursera.org, 2013
[3] http://vi.wikipedia.org/wiki/Internet
---------------------------
2013/8/23