ARPANET چیست؟ تعریف، ویژگی‌ها و اهمیت آن

آرپانت (ARPANET) نخستین شبکه رایانه‌ای عملیاتی بود که به عنوان پایه و اساس اینترنت مدرن امروزی شناخته می‌شود. ARPANET به عنوان نخستین شبکه رایانه‌ای شناخته می‌شود که با استفاده از فناوری سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching)، امکان اتصال رایانه‌های پراکنده در مناطق جغرافیایی مختلف را فراهم کرد و پایه‌گذار شکل‌گیری اینترنت امروزی بود.
این شبکه در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰ توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع ایالات متحده (ARPA) توسعه یافت تا رایانه‌ها و پژوهشگران دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی مختلف را به هم متصل کند.

در این مقاله، به بررسی تاریخچه ARPANET، ویژگی‌های آن و نقش مهمش در دنیای فناوری امروز پرداخته می‌شود.

ARPANET چیست؟

ARPANET مخفف Advanced Research Projects Agency Network نخستین شبکه رایانه‌ای بود که با استفاده از فناوری سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching)، رایانه‌های پراکنده در نقاط جغرافیایی مختلف را به یکدیگر متصل کرد و پایه‌گذار اینترنت امروزی شد. این شبکه در اواخر دهه ۱۹۶۰ و اوایل دهه ۱۹۷۰، توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت دفاع ایالات متحده (ARPA) توسعه یافت تا امکان ارتباط میان رایانه‌ها و پژوهشگران در دانشگاه‌ها و مؤسسات تحقیقاتی را فراهم کند.
دولت آمریکا این پروژه را با هدف ایجاد یک سیستم ارتباطی قدرتمند، قابل‌اعتماد و غیرمتمرکز برای استفاده‌های نظامی و علمی تأمین مالی کرد.

توسعه ARPANET حاصل همکاری میان گروهی از پژوهشگران و مؤسسات مختلف بود. ایده اولیه این شبکه در سال ۱۹۶۷ توسط لری رابرتز، پژوهشگر مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) مطرح شد. پس از آن، آژانس ARPA بودجه لازم را برای اجرای پروژه فراهم کرد.

نخستین گره (Node) ARPANET در سال ۱۹۶۹ در دانشگاه کالیفرنیا، لس‌آنجلس (UCLA) راه‌اندازی شد. در سال‌های بعد، گره‌های دیگری در مؤسساتی مانند مؤسسه تحقیقاتی استنفورد (SRI)، دانشگاه یوتا وMIT نیز به شبکه اضافه شدند. تا سال ۱۹۷۱، این شبکه شامل ۱۵ گره بود.

ARPANET همچنین خاستگاه بسیاری از فناوری‌هایی بود که امروزه در اینترنت کاربرد دارند. برای مثال، اولین پیام ایمیل در سال ۱۹۷۱ از طریق این شبکه ارسال شد و نخستین سامانه چت آنلاین نیز در سال ۱۹۷۳ روی آن توسعه یافت. علاوه بر این، نخستین شبکه‌ای بود که از پروتکل TCP/IP استفاده کرد؛ پروتکلی که همچنان ستون فقرات ارتباطات اینترنتی محسوب می‌شود.

معماری  ARPANET

معماری ARPANET به‌گونه‌ای طراحی شده بود که غیرمتمرکز و مقاوم در برابر خطا باشد. در این شبکه، رایانه‌ها بدون نیاز به خطوط تلفن اختصاصی، می‌توانستند مستقیماً به یکدیگر متصل شوند. داده‌ها از طریق فناوری سوئیچینگ بسته‌ای ارسال؛ یعنی اطلاعات به بسته‌های کوچک تقسیم شده و به‌صورت جداگانه در شبکه منتقل می‌شدند.

این شبکه ساختاری سلسله‌مراتبی داشت؛ گره‌های اصلی (Backbone) در بالا و گره‌های فرعی در پایین قرار داشتند. گره‌های اصلی که عمدتاً در مراکز پژوهشی بزرگ و سازمان‌های دولتی مستقر بودند، حجم اصلی ترافیک شبکه را حمل می‌کردند. گره‌های فرعی در دانشگاه‌ها و مراکز علمی قرار داشتند و به گره‌های اصلی متصل می‌شدند.

برای تضمین پایداری شبکه،ARPANET از الگوریتم مسیریابی توزیع‌شده استفاده می‌کرد که به هر گره اجازه می‌داد مسیر بهینه انتقال داده را به‌طور مستقل انتخاب کند. هر گره مجهز به رایانه‌ای تخصصی به نام پردازشگر پیام‌های واسط (IMP) که مسئول هدایت داده‌ها بین گره‌ها بود. این IMPها از طریق پروتکلی به نام Network Control Program (NCP)  که ویژه ARPANET طراحی شده بود، با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کردند.

علاوه بر سوئیچینگ بسته‌ای و مسیریابی توزیع‌شده،ARPANET مفاهیم کلیدی دیگری را معرفی کرد که هنوز در شبکه‌های امروزی استفاده می‌شوند، از جمله:

• ارتباط میزبان به میزبان :(Host-to-Host) برای نخستین بار ارتباط مستقیم بین رایانه‌ها ممکن شد، بدون نیاز به یک هاب مرکزی.
• اصل انتها به انتها:(End-to-End Principle)  پیچیدگی شبکه به جای آن‌که در خود شبکه باشد، به پایانه‌ها (رایانه‌ها) منتقل شد تا ساختار ساده‌تر و پایدارتری حاصل شود.
• لایه‌بندی پروتکل‌ها :(Protocol Layering) استفاده از ساختار لایه‌ای در طراحی پروتکل‌ها، که هر لایه وظیفه خاصی در ارتباطات داشت.
• مجموعه پروتکل آرپانت :TCP/IP اولین شبکه‌ای بود که این پروتکل‌ها را به کار گرفت؛ استانداردی که هنوز هم برای ارتباطات اینترنتی ضروری است.

هرچند ARPANET در سال ۱۹۹۰ به‌طور رسمی از کار افتاد، اما معماری و ایده‌های نوآورانه آن همچنان پایه و اساس طراحی شبکه‌های رایانه‌ای مدرن به‌شمار می‌روند.

ویژگی‌های ARPANET

ARPANET دارای چندین ویژگی کلیدی بود که آن را در زمان خود منحصربه‌فرد و نوآورانه می‌کرد. در ادامه برخی از مهم‌ترین ویژگی‌های این شبکه آورده شده است:

1. سوئیچینگ بسته‌ای (Packet Switching)

ARPANET نخستین شبکه عملیاتی بود که از فناوری سوئیچینگ بسته‌ای استفاده کرد. در این روش، اطلاعات به بسته‌های کوچک تقسیم شده و به صورت جداگانه از طریق شبکه ارسال می‌شوند. این نوع ارتباط به چندین رایانه اجازه می‌داد تا خطوط ارتباطی مشترکی را به‌طور همزمان استفاده کنند، که باعث افزایش سرعت و کارایی انتقال داده‌ها می‌شد.

قبل از سوئیچینگ بسته‌ای، بیشتر شبکه‌های ارتباطی از روش سوئیچینگ مداری (Circuit Switching) استفاده می‌کردند که برای هر ارتباط، خط اختصاصی بین دو دستگاه برقرار می‌کرد. سوئیچینگ بسته‌ای انقلابی در شبکه‌های ارتباطی ایجاد کرد و راه را برای جهانی شدن اینترنت هموار ساخت.

2. معماری شبکه غیرمتمرکز

ARPANET از معماری شبکه غیرمتمرکز استفاده می‌کرد که به هر کامپیوتر در شبکه اجازه می‌داد با چندین کامپیوتر دیگر ارتباط برقرار کند. این ویژگی باعث می‌شد شبکه در برابر خرابی‌ها مقاوم‌تر باشد و داده‌ها بتوانند مسیر خود را به دور از مناطق آسیب‌دیده یا پر ترافیک پیدا کنند. معماری غیرمتمرکز ARPANET با استفاده از روترها (مسیریاب‌ها) تحقق یافت؛ روترهایی که وظیفه هدایت بسته‌های داده به مقصدهای صحیح را بر عهده داشتند. این روترها به گونه‌ای طراحی شده بودند که هوشمند و قابل تطبیق با شرایط مختلف باشند، بنابراین شبکه از انعطاف‌پذیری بالایی برخوردار بود و می‌توانست طیف گسترده‌ای از شرایط ترافیکی را مدیریت کند.

امروزه شبکه‌های غیرمتمرکز کاربردهای متعددی دارند، از جمله اشتراک فایل، تراکنش‌های رمزارزی و برنامه‌های توزیع‌شده. علاوه بر این، فناوری بلاک‌چین نیز بر پایه دفتر کل غیرمتمرکز بنا شده که تراکنش‌ها را ثبت و اجماع شبکه را حفظ می‌کند. معماری شبکه غیرمتمرکز در سال‌های اخیر به دلیل پتانسیل بالای خود در ارائه امنیت، حفظ حریم خصوصی و استقلال بیشتر نسبت به شبکه‌های متمرکز، محبوبیت فراوانی یافته است.

3. اشتراک منابع

یکی از اهداف اصلیARPANET، امکان اشتراک‌گذاری منابعی مانند برنامه‌های کامپیوتری، داده‌ها و توان پردازشی بین پژوهشگران بود. این کار با توسعه پروتکل‌هایی انجام شد که به کاربران اجازه می‌داد به منابع راه دور همانند منابع محلی دسترسی داشته باشند. به عنوان مثال، پروتکل Remote Job Entry (RJE) به کاربران اجازه می‌داد وظایف محاسباتی را به کامپیوترهای راه دور ارسال و نتایج را دریافت کنند. امروزه اشتراک منابع یکی از ویژگی‌های حیاتی شبکه‌ها و اینترنت است و فناوری‌هایی مانند رایانش ابری و مجازی‌سازی بر این پایه شکل گرفته‌اند.

4. ایمیل

ARPANET اولین شبکه‌ای بود که از ارتباط ایمیل پشتیبانی کرد. اولین پیام ایمیل در سال ۱۹۷۱ توسط ری تاملینسون ارسال شد. ایمیل به سرعت تبدیل به یکی از کاربردهای محبوب ARPANET شد و ارتباط میان پژوهشگران را بسیار ساده‌تر و سریع‌تر کرد. پروتکل‌های ایمیل توسعه‌یافته برای ARPANET زمینه‌ساز سیستم‌های ایمیل امروزی شدند. علاوه بر ایمیل، ARPANET  در توسعه فناوری‌های امنیت شبکه مانند فایروال‌ها نیز نقش داشت.

5. انتقال فایل

ARPANET پروتکل‌های انتقال فایل را نیز پشتیبانی می‌کرد. پروتکل FTP (File Transfer Protocol) برای این شبکه توسعه یافت و امکان ارسال و دریافت فایل‌ها بین کامپیوترهای راه دور را فراهم کرد. این ویژگی به پژوهشگران اجازه داد داده‌ها را به اشتراک بگذارند و همکاری موثرتری داشته باشند.

6. ورود از راه دور (Remote login)

ARPANET امکان ورود به کامپیوترهای راه دور و استفاده از آنها را همانند استفاده از کامپیوترهای محلی فراهم کرد. این کار از طریق پروتکل‌هایی مانند Telnet انجام شد و برای پژوهشگرانی که به کامپیوترهای قدرتمند در مکان‌های دوردست نیاز داشتند، پیشرفت بزرگی بود. این فناوری‌ها بعدها منجر به توسعه فناوری‌های دسترسی از راه دور مانند VPN و رایانش ابری شدند.

7. تصحیح خطا

تصحیح خطا از ویژگی‌های حیاتی ARPANET بود که تضمین می‌کرد داده‌ها به درستی و بدون خطا منتقل شوند. ARPANET از روش Automatic Repeat reQuest (ARQ) استفاده می‌کرد که امکان شناسایی و تصحیح خطا در لایه لینک داده را فراهم می‌کرد. در این روش، داده‌ها به بسته‌های کوچک تقسیم شده و هر بسته دارای یک چکسام برای بررسی صحت بود. اگر خطایی شناسایی می‌شد، درخواست ارسال مجدد آن بسته می‌شد.

8. پژوهش و نوآوری

ARPANET پروژه‌ای تحقیقاتی بود که مرزهای ممکن در شبکه‌های کامپیوتری را گسترش داد. این پروژه فرهنگی از نوآوری و آزمایش را پرورش داد که منجر به توسعه فناوری‌هایی شد که امروز بخشی از زندگی روزمره ما هستند، مانند اینترنت اشیا (IoT)، امنیت سایبری، پزشکی از راه دور، تجارت الکترونیک، شبکه‌های اجتماعی و ابزارهای همکاری آنلاین.

اهمیت ARPANET

ARPANET به شیوه‌های مختلف در زمینه‌های گوناگون زندگی انسان تأثیرگذار بود و امکان نوآوری، همکاری و ارتباط جهانی را فراهم کرد. تأثیر این شبکه هنوز هم بر شیوه زندگی و کار ما ادامه دارد. در ادامه اهمیت ARPANET در حوزه‌های مختلف را بررسی می‌کنیم:

۱. علم و پژوهش

ARPANET به پژوهشگران امکان داد تا داده‌ها را به اشتراک بگذارند و همکاری کنند که منجر به پیشرفت‌های چشمگیری در علوم مختلف شد. مثلاً در دهه ۷۰ میلادی، دانشمندان با استفاده از ARPANET روی پروژه‌هایی مانند ژنوم انسانی و توسعه اولین دستگاه توالی‌یابی خودکار DNA همکاری کردند. همچنین، آزمایشگاه‌های پراکنده جغرافیایی که روی پروژه بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده ذرات جهان (LHC) کار می‌کردند، از ARPANET برای اشتراک داده‌ها بهره بردند.

۲. آموزش

ARPANET دسترسی از راه دور به منابع آموزشی مانند ابرکامپیوترها و پایگاه‌های داده را ممکن ساخت. به عنوان مثال، در دهه ۸۰، پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا به کمک ARPANET توانستند به ابرکامپیوتری در آزمایشگاه ملی «لورنس لیورمور» دسترسی یابند و آزمایش‌هایی را انجام دهند که بدون شبکه امکان‌پذیر نبود.

۳. تجارت و کسب‌وکار

این شبکه کسب‌وکارها را قادر ساخت تا با دسترسی از راه دور به منابع، به راحتی تحقیق کنند، داده‌ها را به اشتراک بگذارند و با مشتریان و شرکا همکاری کنند. در دهه ۸۰، شرکت IBM از ARPANET برای توسعه سیستم سفارش‌دهی از راه دور استفاده کرد و شرکت American Airlines سیستمی برای رزرو بلیت پرواز از راه دور طراحی کرد که پیش‌درآمد سیستم‌های رزرو آنلاین امروزی بود.

۴. دولت

ARPANET ارتباط و همکاری بین نهادها و سازمان‌های دولتی را تسهیل کرد. مثلاً وزارت دفاع آمریکا از این شبکه برای اشتراک داده‌های ماهواره‌ای بین بخش‌های مختلف نظامی استفاده کرد تا هماهنگی و پاسخ به تهدیدات بهتر انجام شود.

۵. زندگی اجتماعی

ARPANET باعث تحول در ارتباطات اجتماعی شد و امکان گفتگو و بازی آنلاین چندنفره را بین کاربران از نقاط مختلف فراهم کرد. نمونه آن بازی «Maze War» بود که در دهه ۷۰ بر روی این شبکه اجرا شد و پیش‌درآمد بازی‌های آنلاین امروزی بود.

۶. سلامت و پزشکی

این شبکه دسترسی از راه دور به منابع پزشکی را فراهم کرد و همکاری پزشکان و پژوهشگران را آسان‌تر ساخت. به عنوان مثال، پزشکان دانشگاه پیتسبرگ توانستند از راه دور به پرونده‌ها و تصاویر پزشکی بیمارستانی در مریلند دسترسی یابند که منجر به پیشرفت‌های مهم در پزشکی شد.

۷. دفاع

ARPANET نقش حیاتی در بخش دفاعی داشت و امکان ارتباط امن و همکاری بین نهادهای نظامی را فراهم کرد. در دهه ۷۰، این شبکه بستری برای توسعه سیستم پیام‌رسانی امن (ایمیل) بود که اطلاعات حساس را منتقل می‌کرد.

نتیجه‌گیری

ARPANET پایه و اساس دنیای متصل امروز را شکل داد و میراث آن هنوز هم محرک توسعه فناوری‌هایی است که ارتباط و همکاری سریع و امن را ممکن می‌سازند. فناوری‌های کلیدی ARPANET مانند بسته‌بندی داده‌ها، پروتکل TCP/IP، ایمیل و دسترسی از راه دور، زیربنای پیشرفت‌هایی مثل 5G، محاسبات لبه، اینترنت اشیا (IoT) و هوش مصنوعی هستند که ما را به دنیایی هوشمندتر، کارآمدتر و بیش‌تر متصل می‌برند.

شرکت رسپینا با ارائه خدمات اینترنت اختصاصی و پهنای باند پایدار، نقش مهمی در فراهم کردن این ارتباطات پیشرفته ایفا می‌کند. یکی از خدمات شاخص رسپینا، اینترنت TD-LTE است که با پوشش گسترده، سرعت بالا و کیفیت پایدار، به کاربران خانگی و کسب‌وکارها امکان می‌دهد تا به صورت بی‌سیم و پرسرعت به اینترنت متصل شوند. این فناوری برای محیط‌هایی که دسترسی به خطوط کابلی محدود است، گزینه‌ای ایده‌آل محسوب می‌شود و تجربه‌ای مطمئن و کارآمد از اینترنت را به همراه دارد.