Интернет работает без единого центра управления. Когда вы отправляете сообщение на другой континент, данные проходят через оборудование десятков независимых компаний, и ни одна из них не знает полного пути. Это не было спроектировано по единому чертежу — каждый протокол (TCP, DNS, TLS) стал заплаткой для конкретной проблемы, возникшей уже после того, как сеть «работала».
Передача бит началась задолго до компьютеров. Телеграф Сэмюэла Морзе 1844 года передавал дискретные символы (короткие и длинные импульсы тока) — это уже была цифровая сеть. Реле по пути не усиливали затухающий сигнал, а заново создавали его чистую копию. Это позволило сообщению пересечь континент без потерь, чего не мог сделать аналоговый сигнал. А операторы на станциях, получая сообщение, отправляли его дальше по нужной линии — по сути, люди выполняли работу современных роутеров.
Ключевые характеристики любого канала — bandwidth (сколько бит в секунду) и latency (сколько времени идёт один бит). Bandwidth инженеры постоянно повышают, но latency ограничена физикой: свет в оптоволокне проходит около 200 000 км/с. Поэтому Нью-Йорк — Лондон имеет жёсткий минимум в 28 миллисекунд в одну сторону. Скорость загрузки страницы упирается именно в latency — до начала передачи данных нужно сделать несколько круговых обходов для TCP и TLS.
Телефонная сеть использовала circuit switching — выделяла физическую линию на всё время разговора. Для непрерывной речи это нормально, но компьютерный трафик взрывной (bursty): передал запрос за миллисекунду — и молчишь. Линия простаивает, заблокированная для других. Пакетная коммутация (packet switching), придуманная Полом Бэраном и Дональдом Дэвисом, решила обе проблемы: данные режутся на маленькие пакеты с адресами в заголовках, и каждый пакет идёт своим маршрутом. Роутеры принимают пакет целиком, смотрят адрес и передают дальше — store-and-forward. Маршруты строятся не по адресам устройств, а по диапазонам сетей.
Первая пакетная сеть, ARPANET, заработала в 1969 году. Первое сообщение — «LO»: студент Чарли Клайн начал набирать LOGIN, и удалённая машина упала. Для подключения мейнфреймов использовали выделенные IMP (Interface Message Processor) — первые в мире роутеры. Для соединения машин в одной комнате Роберт Меткалф придумал Ethernet: все устройства вешались на один коаксиальный кабель («эфир»), и коллизии решались простыми правилами — слушай перед передачей, замолкай при столкновении, жди случайное время перед повтором (алгоритм CSMA/CD). Современные коммутаторы (switch) сами запоминают, на каком порту какое устройство, глядя на MAC-адреса отправителей во входящих кадрах.