網(wǎng)絡(luò)通信的奠基人：保爾．貝恩
本文是對著名科學(xué)家保爾.貝恩的人物傳記，他以對網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展而聞名史冊。
保爾.貝恩(Paul Baran)在ARPANET問世前若干年，就產(chǎn)生了兩個重要思想：一個是建立分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng);另一個是傳輸報文應(yīng)該使用報文塊，也就是后來的采用分組交換技術(shù)進行通信。當時，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
保爾.貝恩于1926年生于波蘭。在波蘭語中，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，隨父母移居美國。剛開始他們住在波士頓，后來搬到了費城。當時的費城欣欣向榮，工業(yè)經(jīng)濟發(fā)達，文化教育繁榮。眾所周知，在費城的賓州大學(xué)莫爾學(xué)院，莫奇萊教授和他的學(xué)生埃克特博士曾制造了世界上第一臺電子計算機ENIAC。
當然，保爾的父親到費城后，只能開一個小雜貨鋪，孩提時代的保爾經(jīng)常推著紅色小貨車幫助爸爸送貨。中學(xué)畢業(yè)后，他進入費城一所普通的大學(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，正好來到�？颂�-莫奇萊計算機公司(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，后來離開賓州大學(xué)，開辦了自己的計算機公司。保爾在這里當了一名技術(shù)員，受到大師們的熏陶，參與了制造UNIVAC的工作。
順便說一句，在美國輿論界通常把UNIVAC當作第一臺迎來計算機時代的機器，而不是我們習慣所說的ENIAC。為什么呢?因為ENIAC不是商品，而且僅用于軍事計算;UNIVAC則首先作為商品賣給美國人口統(tǒng)計局，進行的工作是社會性而非軍事性的數(shù)據(jù)處理。特別是在1952年美國大選時，通過UNIVAC對部分選票的分析，預(yù)言了艾森豪威爾當選。該消息在媒體披露后，不脛而走，一般公眾才真正意識到：“啊!電腦時代到來了。”
不過，保爾在該公司的時間并不長，他結(jié)婚后便和妻子一起去了洛杉磯。
在洛杉磯他進入休斯飛機公司(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，他離開休斯公司，進入蘭德公司(RAND Corporation)工作。
說起蘭德公司，這可是大名鼎鼎的戰(zhàn)略研究公司。它是美國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發(fā)機構(gòu)。RAND，實際上就是Research and Development的縮寫。蘭德公司的研究焦點是冷戰(zhàn)時期的軍事戰(zhàn)略問題。時至今日，蘭德仍在研究新世紀反恐怖的.戰(zhàn)略問題。在德國柏林、英國劍橋、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)部的計算機科學(xué)分部。他最有興趣的研究課題是：在前蘇聯(lián)的核進攻面前，如何保持美國通信網(wǎng)絡(luò)的存活性。他寫到：“美國和前蘇聯(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，那么抵御侵略的報復(fù)能力就更強，國家也更加穩(wěn)定。”
構(gòu)思網(wǎng)絡(luò)
但是，當時美國的遠程通信系統(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)實可行的概念，他認為：“由于缺乏可靠的通信系統(tǒng)，正在引發(fā)最危險的形勢。這就是課題。”由于他有在計算機公司工作的經(jīng)驗，保爾.貝恩利用數(shù)字計算機和冗余技術(shù)，設(shè)計了更加健壯的通信系統(tǒng)。當時他的許多同事對計算機知之甚少，對他的想法十分懷疑。他認為可能的事，別人則認為是沒有意義的。
盡管許多人說“不”，保爾.貝恩還是繼續(xù)他的思考。他開始撰寫一系列技術(shù)論文，回答批評意見，并進一步發(fā)揮自己的思想。他還經(jīng)常與MIT電子學(xué)研究實驗室的著名精神病學(xué)家 Warren McCulloch討論人腦的問題。Warren介紹說：有些時候，把人腦的機能障礙區(qū)域旁路掉，可以恢復(fù)病人失去的功能�？磥砟X子的某個給定功能不會只依賴單個的專用細胞。于是他想到，通信網(wǎng)絡(luò)也許要用類似的方式來構(gòu)建。
當時，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)點都與惟一的中央交換結(jié)點相連，所有數(shù)據(jù)都要發(fā)給中央結(jié)點，再通過它傳送到目的地。如果該中心受到損壞或功能不正常，所有通信就會完全中斷。而非集中式網(wǎng)絡(luò)使用了若干個中心結(jié)點，相當于許多集中式網(wǎng)絡(luò)連接在一起，固有的缺點仍然無法避免。當時美國的通信系統(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：“在敵人進攻后，通信網(wǎng)絡(luò)必須能讓幾百個主要站點彼此通話。”分布式網(wǎng)絡(luò)沒有中心交換結(jié)點，每個結(jié)點都有若干個近鄰結(jié)點，從而形成格子狀的構(gòu)形。因此，每個結(jié)點有多個路由可供發(fā)送數(shù)據(jù)，如果某個結(jié)點損壞了，還有其他路徑可用。今天，這些道理已經(jīng)天經(jīng)地義，無可置疑，而當時甚至五角大樓也對此不以為然。
報文分塊
保爾.貝恩的另一個思想是通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)之前，要把報文(Message)分成報文塊(Message blocks)。每個塊要分別發(fā)送，可以走不同的路徑，而到達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)”的來由。后來，大家不再使用“報文塊”，而是用“報文分組”(Packet)，這個術(shù)語是英國科學(xué)家戴維斯(Donald Davies)的一個更好的建議，他也獨立地設(shè)計了非常類似的系統(tǒng)。
我們知道，計算機發(fā)送信息時都是突發(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。電話網(wǎng)的例子表明，當出現(xiàn)一個呼叫時，就為它建立了一條專線。只要通話還在進行，別人就不能使用這條線路。如果通話暫停，但沒有掛機，別人還是無法使用這條線路。這就意味著線路帶寬的浪費。
于是保爾.貝恩想象著一個無人操縱的網(wǎng)絡(luò)，每個結(jié)點都像交換機那樣，為分組選擇路由，以便把它傳送到最后的目的地。這些結(jié)點將使用“熱土豆路由算法”(Hot potato routing)，即一種快速存儲轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(Rapid store-and-forward design)。當結(jié)點接收到分組時，先存儲它。接著決定它的最佳路徑，并把它發(fā)送到下一個結(jié)點。通過使用數(shù)字計算機，這些工作會很快完成，使得傳送基本上是實時的通信。計算機可以經(jīng)常修改網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使每個結(jié)點都能決定最好的路徑。如果一個結(jié)點損壞，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)開始負責ARPANET項目。他聽到了保爾.貝恩的想法。Roberts沒有立即設(shè)計發(fā)生戰(zhàn)爭時使用的網(wǎng)絡(luò)，而是促進ARPA研究人員之間的通信，使他們能有效地利用遠程計算資源。
盡管如此，保爾.貝恩關(guān)于建立強壯網(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項目的非正式顧問。
作為一位發(fā)明家和企業(yè)家，這些年來，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)則是無線擴頻的基礎(chǔ)。像Cisco這樣著名的因特網(wǎng)公司，都離不開他創(chuàng)造的技術(shù)。保爾.貝恩與別人一起還建立了未來學(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，如富蘭克林學(xué)會2001年的Bower獎、科學(xué)成就獎?wù)�，以及IEEE和ACM等組織的一系列榮譽稱號。
最近，Stewart Brand在Wired Magazine上發(fā)表了一篇對保爾.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，仿佛沒有任何特殊之處。
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