網(wǎng)絡(luò)通信的奠基人：保爾．貝恩
本文是對(duì)著名科學(xué)家保爾.貝恩的人物傳記，他以對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展而聞名史冊(cè)。
保爾.貝恩(Paul Baran)在ARPANET問(wèn)世前若干年，就產(chǎn)生了兩個(gè)重要思想：一個(gè)是建立分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);另一個(gè)是傳輸報(bào)文應(yīng)該使用報(bào)文塊，也就是后來(lái)的采用分組交換技術(shù)進(jìn)行通信。當(dāng)時(shí)，許多人懷疑他的想法，但這兩條原理都成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心內(nèi)容。
移居美國(guó)
保爾.貝恩于1926年生于波蘭。在波蘭語(yǔ)中，Baran讀作“BEAR-en”，所以我們把他的姓名譯為保爾.貝恩。保爾兩歲時(shí)，隨父母移居美國(guó)。剛開(kāi)始他們住在波士頓，后來(lái)搬到了費(fèi)城。當(dāng)時(shí)的費(fèi)城欣欣向榮，工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，文化教育繁榮。眾所周知，在費(fèi)城的賓州大學(xué)莫爾學(xué)院，莫奇萊教授和他的學(xué)生�？颂夭┦吭圃炝耸澜缟系谝慌_(tái)電子計(jì)算機(jī)ENIAC。
當(dāng)然，保爾的父親到費(fèi)城后，只能開(kāi)一個(gè)小雜貨鋪，孩提時(shí)代的保爾經(jīng)常推著紅色小貨車幫助爸爸送貨。中學(xué)畢業(yè)后，他進(jìn)入費(fèi)城一所普通的大學(xué)Drexel讀書，在這里他獲得了電氣工程學(xué)士學(xué)位。
大師熏陶
大學(xué)畢業(yè)后，保爾找了一份工作。也算是緣分吧，正好來(lái)到�？颂�-莫奇萊計(jì)算機(jī)公司(Eckert-Mauchly Computer Corporation)。我們知道，ENIAC的這兩位研制者想把他們的發(fā)明變成商品，后來(lái)離開(kāi)賓州大學(xué)，開(kāi)辦了自己的計(jì)算機(jī)公司。保爾在這里當(dāng)了一名技術(shù)員，受到大師們的熏陶，參與了制造UNIVAC的工作。
順便說(shuō)一句，在美國(guó)輿論界通常把UNIVAC當(dāng)作第一臺(tái)迎來(lái)計(jì)算機(jī)時(shí)代的機(jī)器，而不是我們習(xí)慣所說(shuō)的ENIAC。為什么呢?因?yàn)镋NIAC不是商品，而且僅用于軍事計(jì)算;UNIVAC則首先作為商品賣給美國(guó)人口統(tǒng)計(jì)局，進(jìn)行的工作是社會(huì)性而非軍事性的數(shù)據(jù)處理。特別是在1952年美國(guó)大選時(shí)，通過(guò)UNIVAC對(duì)部分選票的分析，預(yù)言了艾森豪威爾當(dāng)選。該消息在媒體披露后，不脛而走，一般公眾才真正意識(shí)到：“啊!電腦時(shí)代到來(lái)了。”
不過(guò)，保爾在該公司的時(shí)間并不長(zhǎng)，他結(jié)婚后便和妻子一起去了洛杉磯。
在洛杉磯他進(jìn)入休斯飛機(jī)公司(Hughes Aircraft Company)工作。保爾非常勤奮，一邊工作，一邊上夜校，到加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)念研究生。功夫不負(fù)有心人，1959年他獲得UCLA的工程碩士學(xué)位。
蘭德公司
1959年，他離開(kāi)休斯公司，進(jìn)入蘭德公司(RAND Corporation)工作。
說(shuō)起蘭德公司，這可是大名鼎鼎的戰(zhàn)略研究公司。它是美國(guó)政府在二次世界大戰(zhàn)后于1948年5月14日在Santa Monica建立的非贏利性的研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)。RAND，實(shí)際上就是Research and Development的縮寫。蘭德公司的研究焦點(diǎn)是冷戰(zhàn)時(shí)期的軍事戰(zhàn)略問(wèn)題。時(shí)至今日，蘭德仍在研究新世紀(jì)反恐怖的.戰(zhàn)略問(wèn)題。在德國(guó)柏林、英國(guó)劍橋、荷蘭萊登都有它的辦事處。
在蘭德公司，保爾工作的部門是數(shù)學(xué)學(xué)部的計(jì)算機(jī)科學(xué)分部。他最有興趣的研究課題是：在前蘇聯(lián)的核進(jìn)攻面前，如何保持美國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)的存活性。他寫到：“美國(guó)和前蘇聯(lián)都建立了一觸即發(fā)的核彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)。如果戰(zhàn)略武器的指令與控制系統(tǒng)能存活得更長(zhǎng)，那么抵御侵略的報(bào)復(fù)能力就更強(qiáng)，國(guó)家也更加穩(wěn)定。”
構(gòu)思網(wǎng)絡(luò)
但是，當(dāng)時(shí)美國(guó)的遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)極其脆弱，不能抵御突然襲擊。保爾.貝恩的想法還不是現(xiàn)實(shí)可行的概念，他認(rèn)為：“由于缺乏可靠的通信系統(tǒng)，正在引發(fā)最危險(xiǎn)的形勢(shì)。這就是課題。”由于他有在計(jì)算機(jī)公司工作的經(jīng)驗(yàn)，保爾.貝恩利用數(shù)字計(jì)算機(jī)和冗余技術(shù)，設(shè)計(jì)了更加健壯的通信系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)他的許多同事對(duì)計(jì)算機(jī)知之甚少，對(duì)他的想法十分懷疑。他認(rèn)為可能的事，別人則認(rèn)為是沒(méi)有意義的。
盡管許多人說(shuō)“不”，保爾.貝恩還是繼續(xù)他的思考。他開(kāi)始撰寫一系列技術(shù)論文，回答批評(píng)意見(jiàn)，并進(jìn)一步發(fā)揮自己的思想。他還經(jīng)常與MIT電子學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的著名精神病學(xué)家 Warren McCulloch討論人腦的問(wèn)題。Warren介紹說(shuō)：有些時(shí)候，把人腦的機(jī)能障礙區(qū)域旁路掉，可以恢復(fù)病人失去的功能。看來(lái)腦子的某個(gè)給定功能不會(huì)只依賴單個(gè)的專用細(xì)胞。于是他想到，通信網(wǎng)絡(luò)也許要用類似的方式來(lái)構(gòu)建。
當(dāng)時(shí)，構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)有兩種基本模式：集中式(Centralized)和非集中式(Decentralized)。在集中式網(wǎng)絡(luò)中，所有結(jié)點(diǎn)都與惟一的中央交換結(jié)點(diǎn)相連，所有數(shù)據(jù)都要發(fā)給中央結(jié)點(diǎn)，再通過(guò)它傳送到目的地。如果該中心受到損壞或功能不正常，所有通信就會(huì)完全中斷。而非集中式網(wǎng)絡(luò)使用了若干個(gè)中心結(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于許多集中式網(wǎng)絡(luò)連接在一起，固有的缺點(diǎn)仍然無(wú)法避免。當(dāng)時(shí)美國(guó)的通信系統(tǒng)基本上是這樣的模式。
于是保爾.貝恩建議了第三種方式，即分布式網(wǎng)絡(luò)(Distributed network)。他寫到：“在敵人進(jìn)攻后，通信網(wǎng)絡(luò)必須能讓幾百個(gè)主要站點(diǎn)彼此通話。”分布式網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有中心交換結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都有若干個(gè)近鄰結(jié)點(diǎn)，從而形成格子狀的構(gòu)形。因此，每個(gè)結(jié)點(diǎn)有多個(gè)路由可供發(fā)送數(shù)據(jù)，如果某個(gè)結(jié)點(diǎn)損壞了，還有其他路徑可用。今天，這些道理已經(jīng)天經(jīng)地義，無(wú)可置疑，而當(dāng)時(shí)甚至五角大樓也對(duì)此不以為然。
報(bào)文分塊
保爾.貝恩的另一個(gè)思想是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，要把報(bào)文(Message)分成報(bào)文塊(Message blocks)。每個(gè)塊要分別發(fā)送，可以走不同的路徑，而到達(dá)目的地后再把它們組合在一起。這正是今天普遍接受的“分組交換技術(shù)”的來(lái)由。后來(lái)，大家不再使用“報(bào)文塊”，而是用“報(bào)文分組”(Packet)，這個(gè)術(shù)語(yǔ)是英國(guó)科學(xué)家戴維斯(Donald Davies)的一個(gè)更好的建議，他也獨(dú)立地設(shè)計(jì)了非常類似的系統(tǒng)。
我們知道，計(jì)算機(jī)發(fā)送信息時(shí)都是突發(fā)的，而不是連續(xù)的。傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)都使用專線，這很不經(jīng)濟(jì)。電話網(wǎng)的例子表明，當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)呼叫時(shí)，就為它建立了一條專線。只要通話還在進(jìn)行，別人就不能使用這條線路。如果通話暫停，但沒(méi)有掛機(jī)，別人還是無(wú)法使用這條線路。這就意味著線路帶寬的浪費(fèi)。
于是保爾.貝恩想象著一個(gè)無(wú)人操縱的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都像交換機(jī)那樣，為分組選擇路由，以便把它傳送到最后的目的地。這些結(jié)點(diǎn)將使用“熱土豆路由算法”(Hot potato routing)，即一種快速存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(jì)(Rapid store-and-forward design)。當(dāng)結(jié)點(diǎn)接收到分組時(shí)，先存儲(chǔ)它。接著決定它的最佳路徑，并把它發(fā)送到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。通過(guò)使用數(shù)字計(jì)算機(jī)，這些工作會(huì)很快完成，使得傳送基本上是實(shí)時(shí)的通信。計(jì)算機(jī)可以經(jīng)常修改網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，使每個(gè)結(jié)點(diǎn)都能決定最好的路徑。如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)損壞，分組可以繞道而行。這種連續(xù)修改網(wǎng)絡(luò)路由信息的方法，被稱為“動(dòng)態(tài)路由算法”(Dynamic routing)。
主流技術(shù)
大約五年之后，1966年羅伯茨(Larry Roberts)開(kāi)始負(fù)責(zé)ARPANET項(xiàng)目。他聽(tīng)到了保爾.貝恩的想法。Roberts沒(méi)有立即設(shè)計(jì)發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)使用的網(wǎng)絡(luò)，而是促進(jìn)ARPA研究人員之間的通信，使他們能有效地利用遠(yuǎn)程計(jì)算資源。
盡管如此，保爾.貝恩關(guān)于建立強(qiáng)壯網(wǎng)絡(luò)的想法還是感染了羅伯茨。他的分布式網(wǎng)絡(luò)和分組交換模式被接受，并且他也成為ARPANET項(xiàng)目的非正式顧問(wèn)。
作為一位發(fā)明家和企業(yè)家，這些年來(lái)，保爾.貝恩創(chuàng)建了許多成功的企業(yè)，如Cabledata Associates、Packet Technologies、Metricom、Interfax、Com21，這些公司都建立在他開(kāi)發(fā)的技術(shù)上。他的發(fā)明正在成為今天的主流技術(shù)，例如：離散多音質(zhì)技術(shù)(discrete multitone technology)是DSL的核心技術(shù)，廣譜傳輸技術(shù)(spread spectrum transmission)則是無(wú)線擴(kuò)頻的基礎(chǔ)。像Cisco這樣著名的因特網(wǎng)公司，都離不開(kāi)他創(chuàng)造的技術(shù)。保爾.貝恩與別人一起還建立了未來(lái)學(xué)研究所。
安度晚年
在他的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，保爾.貝恩為人熟悉，但是在領(lǐng)域以外他卻鮮為人知。許多專業(yè)組織授予他多種榮譽(yù)，如富蘭克林學(xué)會(huì)2001年的Bower獎(jiǎng)、科學(xué)成就獎(jiǎng)?wù)拢约癐EEE和ACM等組織的一系列榮譽(yù)稱號(hào)。
最近，Stewart Brand在Wired Magazine上發(fā)表了一篇對(duì)保爾.貝恩的訪談錄，題目是Founding Father，其中介紹了他的近況。保爾.貝恩現(xiàn)在安靜地居住在加利福尼亞的Atherton小鎮(zhèn)，整潔的家庭辦公室里一切都顯得井井有條。年近八旬的老人，非常謙遜、十分拘謹(jǐn)，仿佛沒(méi)有任何特殊之處。
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