2013 年,在英国白金汉宫举办的一场颁奖盛典上,英国女王伊丽莎白二世嘉奖了五位计算机网络先驱者。他们将分享刚设立的伊丽莎白女王工程奖(Queen Elizabeth Prize for Engineering)共计100万英镑(合160 万美元)的奖金。其中四位获奖者都闻名于世,他们是:互联网协议的创始人温特·瑟夫(Vint Cerf)和鲍勃·卡恩(Bob Kahn),万维网之父蒂姆·伯纳斯·李(Tim Berners Lee),成功发明首款网页浏览器的马克·安德森(Marc Andreessen)。然而,获奖的第五人就相对少为人知。他就是路易斯·普赞(Louis Pouzin)。
迟到的肯定
在20 世纪70 年代早期,普赞在分别位于法国、意大利和英国的地点之间建立起了一个创新性的连接数据网络。尽管这个网络只能连接几十台电脑,但其简单高效性为日后建立一个可以连接数百万台电脑的网络指明了方向。普赞的发明激发了瑟夫和康恩的想象力,他们两位将普赞设计的许多方面都融入了他们的互联网协议设计,而互联网协议如今正驱动着整个互联网的运行。然而,在20 世纪70 年代晚期,法国政府撤走了对普赞项目的资金支持。他眼看着互联网席卷全球,最终自己的工作得到了证明。“对于路易斯来说,这份认可实在来得太迟,太迟了,”瑟夫说道,“这不公平。”
20 世纪60 年代早期,普赞举家移民仍美国,并加入了一个致力于分时系统研发的先锋小组,分时系统旨在通过允许多个用户同时在一台计算机上运行多个程序,以期使昂贵的大型主机达到更高的利用率。普赞设计出了一款叫作RUNCOM的程序,可以帮助用户自动设定一些单调重复的指令。他本人将那款程序描述为包裹在电脑呼吸内脏外的一个“壳”,这既为一整类软件工具“命令行接口”(command-line shells)的产生贡献了灵感,也是其名称的来源。如今,命令行接口在现代操作系统中发挥作用。
启发了Cerf 和Kahn
在20 世纪60 年代晚期法国政客就启动了一项意在振兴国家计算机产业的宏伟计划。1971 年, 政府叫板国资计算机科学研究机构——法国信息与自动化研究所(IRIA:Institut de Recherche d'Informatique et d'Automatique),开始了建立一个全国性计算机网络的研究。普赞被聘为项目负责人,这个项目也就是著名的CYCLADES。
在这期间,普赞访问了美国多所大学去学习更多有关阿帕网(ARPANET:Advanced Research Projects Agency Network)的知识。阿帕网由法国军方注资,于两年前接通,依靠一项前景广阔的新技术“包交换”(packet switching)在电脑间传输数据。将所有的通信切分成固定大小的数据包并且允许电脑间可以相互传递数据包,这就意味着没有必要在网络上的一对电脑间建立一个直接的连接。即使两台电脑关联甚少,也能够完成连接,这就减少了成本,并且加强了网络的弹性。即使一个网络的连接失败了,数据包也可以通过其它网络传输。
但在普赞看来,阿帕网的设计仍很保守低效。每台计算机都要依赖复杂的硬件才能连接上网络,因为阿帕网的设计包含了一个连接建立阶段,在这段时间一对电脑间可以建立起一条通信网络连接路径。连接建立后,数据包就会在这条路径中有序地进行传输。
普赞的团队想出了一个更高效的办法。他们提出每个数据包都该被标记并作为一个单独信息“数据报”(datagram)进行传输,而不是为一串数据包预设好一条传输的路径。在阿帕网中,成串的数据包都严格按照一定的顺序传输,就像火车的车厢一样。而在CYCLADES 网络中,每个数据包就像一辆单独的汽车,可以依据目的地独立地进行传输。就像抛接杂耍一样将数据包还原排序的应该是接收数据的电脑而并非网络,如果某个数据包在传输过程中丢失了,接收电脑还可以发出重新传输的指令。
这种包交换的“无连接”传输模式降低了网络中对那种复杂昂贵的为数据包预设路径的设备需求。同时,这种简易的传输系统也使不同网络间的衔接更为容易。第一条CYCLADES 网络连接在1973 年首次面世,架构于巴黎和格勒诺布尔(法国东南部城市)之间,得到了Cerf和Kahn 的密切关注,这两位科学家那时正在为如何赶超阿帕网绞尽脑汁。基于普赞CYCLADES 系统中的无连接式数据报传输模式,Cerf 和Kahn 设计的TCP/IP 协议栈如今仍在现代互联网中运行着。
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