Worldwide communication
Hva har telefon med EDB å gjøre?
I dag skal vi snakke om en flott hendelse som fant sted på nitti-tallet, hvor store deler av det Nord-Amerikanske telefonnettet til AT&T gikk ned. Dette har jeg brukt som en unnskylding til å grave meg ned i et nytt hull. For hva er egentlig greia med en telefon, og hvorfor snakker vi om det på en podcast om EDB?
Vel fordi nå som vi har brukt et par episoder på å lære litt om hvordan det moderne internett fungerer, tenker vi det hadde vært fint å snakke litt om hvordan internettet fungerte før i tiden.
For før vi fikk dedikerte nettkabler, husker noen kanskje at internettet gikk over telefonkabler, såkalt dial-up internett fordi du “ringte” til nettsider for å hente info fra dem. Her brukte man egentlig ganske fet teknologi som heter Modem for å modulere og demoudlere analoge til digitale signaler, som er det som går over telefonnettet, tilbake til digitale signaler (0 og 1) som er det som datamaskiner bruker. Dette er for øvrig også slik meny-navigering gjennom tastetrykk på en telefon fungerer. Når du klikker på en tast på telefonen spiller den av en lyd, og det er denne lyden som sendes over telefonnettet for å så bli mottatt og tolket på den andre siden. Som er ganske fett, og har den gøye konsekvensen at dersom du som person har veldig god intonasjon så kan du imitere disse signalene med stemmen, og ringe en fra en kabeltelefon med å synge til den.
Så telefonnettet var iallefall en viktig byggestein i det tidlige internettet, og jeg tipper at det er noe legecy greier som plager oss utviklere i dag med en eller annen begrensning som ble innført back in the day da ting kjørte over telefonnettet. Jeg tør også å gjette på at det er noe kritisk infrastruktur der ute, sikkert en del av USA sitt atomresponssystem, som fremdeles bruker denne teknologien. I tillegg bruker også telefoner og telefonnettet masse EDB under panseret for å sørge for et mer kostnadseffektivt telefonnett, men dette kommer vi tilbake til. Det vi har lyst å starte med, er å snakke litt om telefonen og i det hele tatt fagfeltet telekommunikasjon.
Fun-fact om ordet telekommunikasjon. Mye av denne episoden er løftet fra boken: A worldwide history of telecommunication av Anton A Huurdeman, tipper han var godt fornøyd med seg selv når han kom opp med den tittelen. Boken åpner med hvor begrepet kommer i fra:
The word telecommunication, adding tele (= distance), was created by Edouard Estaunié (1862–1942) in 1904 in his book Traité pratique de télécommunication electrique (Figure 1.1), in which he defined telecommunication as “information exchange by means of electrical signals.” Som ikke nødvendigvis er en så presis definisjon, men det er dekkende. Estaunie beklager også for å ha introdusert et nytt begrep for elektroingeniører å forholde seg til.
Merk dere også at dette begrepet ble coinet i 1904, endel år etter telegrafen, telefonen og til og med nå var vel også radioen i sin spebarnsfase. Så dette har egentlig gått jævlig fort:
In another recent comparison it was stated that if automobile technology had progressed at the same pace as telecommunications, a Rolls-Royce would cost less than $2 and get 17,000 km/l
Jeg likte den boken veldig godt: blant annet så snakker Huurdeman om hvorfor telecom er så viktig og skriver:
Telecommunications is a nonpolluting employment-generating industry which plays an ever-increasing role in our human relations. It is an indispensable tool for economic growth and better distribution of wealth. 😢
Jeg får mye mindre vondt når jeg hører egentlig det samme utsagnet fra han her som er forsker innenfor telecom, vs de futuristene. Det er jo egentlig samme poeng bare presentert på en så mye mer egalitær og bærekraftig måte. Litt trist at denne påstanden for øyeblikket ikke lever opp til forventningene.
Optisk telegrafi
Så la oss ta det litt fra begynnelsen av: fordi å kunne forstå EDB, så må man forstå telefonen, og får å forstå telefonen så må vi forstå telegrafen, og får å kunne forstå telegrafen må vi kunne forstå, optisk telegrafi. Så la oss ta det fra toppen.
Mennesker har ofte klart, men ikke alltid hatt behovet eller infrastrukturen til å kommunisere over lange distanser. I gresk mytologi ved slaget ved Troia lagde Agamemnon en 500 km lang serie med varder (eller veter, som det heter når man setter fyr på dem) som han kunne bruke for å signalisere at han endelig hadde tatt byen. Etter den episoden med hesten fikk han endelig brukt den og siden ikke. Pippin brukte lignende system til å varsle Rohan om at Gondor trengte hjelp, og teknikken var brukt i jern- og middelalderen i Norge også. Dette er eksempler på visuell telekommunikasjon eller semfor, som er det trivielle tilfellet. Siden dette er den visuelle versjonen av å bare rope høyt har den sine begrensninger, men må ha vært tålelig effektivt, ettersom den dukker opp såpass mange steder i historien.
En utfordring med de tidlige variantene av disse var at du ikke kunne kommunisere så mye. Vardene til Agamemnon kunne bare si: vi har tatt Troja, eller måtte man sende en budbringer for å bli enig om noe annet. Det ble gjort mange forsøk på å lage en semafor hvor man kunne. Det mest suksessfulle var kanskje kommunikasjon på skip hvor folk med flagg lagde forskjellige mønstre med armene. Det var også noen tyskere som drev å fucket rundt med raketter, as they do. Men dette armer og flagg ble tatt videre under den franske revolusjonen, som litt som mellomkrigstiden var en tid for vibes.
Her konstruerte Abbé Claude Chappe egentlig bare noen veldig store armer som enkelt kunne styres og flyttes inn i posisjoner av en operatør. Med to armer kunne de kode hele alfabet og 10 sifrene for å enkode hele titallssystemet. Første testen ble å bygge slike stasjoner fra Paris til Lille hvor Frankrike var i krig med hele Europa på den tiden. Denne testen ble bestått med stor suksess 15 august 1794 (28. Thermidor År II, gode to uker etter at de hugget av hodet på Robespierre) ( hvor Paris fikk informasjon med kun en times forsinkelse over en distanse på 200 kilometer. Mange sier at det var dette som var starten på moderne telekommunikasjon. Systemet spredte seg fort rundt om i Europa siden Frankrike var i eksportnæringen på den tiden.
Så nå kunne man sende detaljerte og vilkårlige meldinger, men det var fortsatt problemer: det var dyrt, du måtte ha store bygg, og mange bygg, og kunne ikke plasseres for langt unna hverandre, kom an på terrenget. Og dersom det var dårlig sikt så var du fucked. Heldigvis var det allerede formulert et forslag til en telegfraf.
Elektrisk telegraf
En type elektrisk telegraf ble allerede foreslått i 1753 og utnytter det noe ukjente men oppdagede elektrostatiske prinsippet at du tiltrekke deg papir og andre lette medier med statisk elektrisitet. Tenk deg hårstrå som blir tiltrukket en ballong. Det var også kjent at slik elektrostatiske krefter kunne gå gjennom en ledning. Så forslaget til kommunikasjon var å ha to et sett med papir og like mange ledninger trukket over en distanse, også putte elektrisitet på den ledningen man ønsket som ville trekke til seg arket.
Et annet elektrostatisk system tok i bruk to synkrone klokker som viste alfabetet og tall. Dette er i 1816. På denne måten kunne man plassere systemene langt fra hverandre, men likevel håndtere synkron kommunikasjon, så lenge klokkene var synkrone. Noe som de ikke var. Jeg kan også se for meg at det var ganske tregt.
Utover på 1830-tallet ble det gjort flere forsøk på elektronisk kommunikasjon, alle som bruker litt forskjellige teknikker for å sende forutsigbare elektriske signaler mellom to terminaler. Det rareste ble utviklet av to tyskere Eduard Weber, og our boy Karl Friedrich Gauss, (Gauss og Euler er kanskje de to største bidragsyterne til moderne matematikk, så mye at det er så mye Euler oppdaget at de måtte oppkalle greiene de fant etter nr. 2 som oppdaget det, ellers hadde det bare blitt forvirrende)
1800-tallet var da de store gjennombruddene innen både industri og forståelse for elektrisitet. Nå klarte man faktisk å lage insulerte kobberledninger, batterier, og strømgenerering som gjorde at man kunne sende elektriske signaler. Forståelsen for elektrisitet ble også mye sterkere utover på slutten av 1700-tallet og begynnelsen av 1800-tallet. Det er her namesacen til mange av de elektriske enhetene kom i fra: Allesandro Volta, André-Marie Ampère, Georg Ohm. Alle disse levde ca samtidig og utgjorde en generasjon som tok forståelsen for hvordan elektromagnetisme fungerer
Uansett, sånn jeg forsto det så brukte Weber og Gauss induksjon med at de lagde en spole kveilet rundt en permanent magnet og kunne dermed bruke prinsippene fra induksjon til å sende strøm gjennom en ledning. Så med å jobbe på skafte i forskjellige takt og tempo kunne de kommunisere med hverandre. Det krevde noe mer utstyr som gjorde denne tilnærmingen upraktisk, kanskje også fordi det hadde sett litt rart ut om telegrafisten onanerte ut meldingene dine.
Telegrafen fikk derimot sitt første store gjennomslag nesten samtidig i Storbritannia og USA, med to forskjellige tilnærminger til kommunikasjon. En noe mer sofistikert versjon fremstilt i Storbritannia av Wheatstoone og Cooke, som tok i bruk en rad med 5 nåler som kunne peke helle til høyre eller venstre på en flate. Over og under denne raden ble konstruert ble det laget bokstavpyramider hvor man brukte hellningen til nålene for å finne ut av hvilke man pekte på. Ganske stilig egentlig, men hadde noen problemer, blant annet at det var bare 20 plasser, så mange bokstaver ble kuttet, så valg bassert på hyppigheten til bokstaver og hvilke som hørtes ut som hverandre: W ble kuttet siden man hadde V, og Z og C ble fjernet til fordel for S og K. Dette gjorde seg derimot vanskelig å gjennomføre uten Storbritannia, siden mange land trengte mer informasjon enkodet og det var ofte upraktisk å øke til 6 nåler i tillegg til at systemet var mer pron til feil, typ en nål henger seg fast.
En mer praktisk implementasjon av Elektrisk telegraf kom derimot samme året i USA, laget en viss Samuel Findley Morse. Morse var egentlig kunstner, men som Jules Verne bedrev han også i andre hobbier, blant annet telegrafi. Hans første konsept gikk ut på å bruke elektrisk strøm til å få en elektromagnent til å dytte en blyant av og på en rull med papir, og på den måten enkode en melding i streker tegnet på papiret.
Etter noe mer arbeid klarte de å fremstille en mer pålitlig variant av konseptet som vi kjenner i dag hvor en telegrafisk på sin side kan åpne eller lukke en krets med å trykke ned på en bryter og denne depresjonen gjenspeiler seg på mottakers side. Kombinasjon av forskjellige lange og korte trykk (dots and dash) utgjorde det vi i dag kjenner som Morsekode og var en enkel, pålitlig og skalerbar måte å sende meldinger på. F.eks så er S tre korte . . . , mens O er tre lange - - -
og snart begynte de første telegrafpålene å bli reist rundt om i USA. Telegraflinjene fulgte som regel togbanenettet i USA som utviklet seg parallelt. Som nevnt ble det utviklet forskjellige telegrafpatenter i forskjellige land, men alle koker ned til å kunne pålitlig sende elektriske signaler over lange distanser som kan dekodes til tekst hos motakeren. De fleste landene i Europa var veldig motakelig for denne teknologien, utenom Russland fordi Tsaren var bekymret for at de revolusjonære kunne bruke det til å kommunisere med hverandre. Dette er tross bare et ca 30 år etter Napoleonskrigene, og mange blant annet Tsaren hadde det friskt i minnet.
Utover på 1850 tallet begynte telegrafen å spre seg på tvers av landegrenser, og etterhvert også mellom kontinenter. Nå begynte også kommersiell bruk av telegrafi å ta, hvor blant annet Julius Reuter solgte nyheter over telegraf fra London og ut i Europa. Telegrafen og telegram ble synonomer på rask informasjon, og flere tidsskrifter brukte det i titlene sine.
Telegrafen, sammen med togbanen og dampskip gjorde langdistanse reise og kommunikasjon gjennomførbare og denne trenden bare akselererte.