Radia Perlman, die Mutter des Internets

Unsere vernetzte Welt wäre undenkbar ohne das stille Wunder einer stabilen Netzwerkarchitektur, die Server und Router auf der ganzen Welt miteinander verbindet. Radia Perlmans bahnbrechender Erfindung des Spanning Tree-Protokolls, zentraler Bestandteil von Switch-Infrastrukturen, macht den konsistenten Informationsfluss des Internets überhaupt erst möglich.

…in den 50er Jahren wuchs Radia Perlman als Tochter eines Ingenieurs und einer Mathematikerin in New Jersey auf und fühlte sich schon als Kind mehr zu Logikrätseln als zu Puppen hingezogen. Rückblickend eigentlich keine Überraschung, dass sie es später auf die Shortlist der besten Tech-Erfinder:innen und in die Internet Hall of Fame schaffen sollte. Trotz ihrer Bestnoten in Naturwissenschaften und Mathe begann sie aber erst an der High School über eine berufliche Zukunft in der Computerwelt nachzudenken, nachdem sie einen Programmierkurs belegte – in dem sie die einzige weibliche Teilnehmerin war. Richtig programmieren lernte Radia Perlman als Mathematikstudentin im Rahmen eines Physikkurses am Massachusetts Institute of Technology. Ihr damaliger Dozent suchte für ein Projekt eine Programmiererin und kam auf die junge, begabte Radia Perlman zu. Sie griff die Gelegenheit beim Schopf. Ihre erste bezahlte Stelle als Programmiererin sollte bald folgen: Unter der Leitung von Seymour Papert arbeitete Radia Perlman im LOGO Lab des MIT Artificial Intelligence Laboratory an TORTIS (Toddler's Own Recursive Turtle Interpreter System) mit, eine Kinderversion der bildungsorientierten funktionalen Programmiersprache LOGO.

Zu ihrer wahren Berufung, den Netzwerkprotokollen, fand sie schließlich, als sie alle Kurse abgeschlossen hatte und sie sich auf die Suche nach einem Thema für ihre Abschlussarbeit machte. Sie schloss sich einer MIT-Forschergruppe bei BBN Technology an und begann zu Netzwerken zu forschen und entdeckte ihre Leidenschaft für die noch junge Disziplin. Die Chance, die Welt zu verändern, ergab sich, als die Digital Equipment Corporation [DEC] ihr die Aufgabe anbot, das Routing für das DECnet, eine der ersten Peer-to-Peer-Netzwerkarchitekturen, zu entwickeln. Radia Perlman war genau zur richtigen Zeit am richtigen Ort.

Anwendungsentwickler:innen schrieben Softwareprogramme, die linear und präskriptiv sind. Und die funktionierten, weil sie in einer Umgebung liefen, die völlig vorhersehbar war, nur sie und ihr Code im Dialog mit einer CPU, die einer festen Logik folgte. Bei Netzwerkprotokollen ging es um etwas anderes: den Informationsfluss und die Verwirbelungen und Schleifen, die sich in diesen Netzwerken bilden können. Bei der Entwicklung von Protokollen bestand also die Herausforderung vor allem darin, Systeme zu entwickeln, die unvorhersehbarem Verhalten standhalten. Ein Protokoll, das für Jahrzehnte ausgelegt ist, muss flexibel genug sein, um mit Computern zu interagieren, die noch nicht einmal erdacht, geschweige denn gebaut wurden. Und es muss in der Lage sein, sich an neue Netzwerkarchitekturen anzupassen, die sich entwickeln könnten, und an neue Möglichkeiten, neue Maschinen miteinander zu verbinden.

Das ursprüngliche Ethernet war nur eine gemeinsam genutzte Verbindung, bei der jede Nachricht von allen angeschlossenen Computern empfangen werden konnte. Diese geniale Erfindung stieß also schnell an Grenzen: Die ersten Anwendungen funktionierten nur über eine einzige Verbindung und nicht über das gesamte Multilink-Netzwerk.

Eines Freitags kam Radia Perlmans Vorgesetzter zu ihr und gab ihr den Auftrag, eine “Magic Box” zu entwerfen. Diese sollte eine Verbindung zwischen zwei Ethernets bilden und die Kommunikation zwischen beiden ermöglichen. Und um den Schwierigkeitsgrad noch zu erhöhen, stellte er die zusätzliche Forderung, dass es keinerlei Regeln für das “Zusammenstecken” geben darf und der Speicherbedarf immer konstant bleiben soll, egal wie viele Verbindungsstücke (Bridges) es gibt. Zunächst dachte Radia Perlman, sie habe eine gewaltige bis unlösbare Aufgabe vor sich. Doch sie hatte sich bereits seit ihrer Zeit bei BBN intensiv mit Netzwerken und deren Selbststabilisierung unter unvorhersehbaren Bedingungen beschäftigt. So kam sie relativ schnell zu einer Lösung, die ihr zunächst zu trivial erschien, aber die Welt und den Informationsfluss verändern sollte. Sie stellte sich die Verbindungen zwischen den einzelnen Netzwerken nicht als eine Reihe von Postfächern oder Autobahnen vor, sondern als Baum.

Radia Perlman schrieb die Spezifikationen für das Spanning Tree Protocol innerhalb weniger Tage. Es zeichnet sich vor allem durch eine elegante Einfachheit aus. Ihr Ziel war es, eine schleifenfreie Teilmenge des Netzes (einen Baum) zu schaffen, die alle Verbindungen erreicht (einen Spanning Tree). Das Protokoll funktioniert, indem eine Brücke als Wurzel des Baumes ausgewählt wird und dann eine mathematische Formel verwendet wird, um die kürzesten Wege von dieser Wurzel aus zu bestimmen. In ihrer Baummetapher ist es so, als ob jedes Blatt am Ende eines jeden Zweiges eine einzige Verbindungslinie hat, die bis zur Wurzel des Baumes zurückreicht. Keines der Blätter muss den gesamten Graphen kennen oder auch nur wissen, wie groß das gesamte Netzwerk ist. Sobald der Baum berechnet wurde, leitet jede Brücke den Datenverkehr von jedem für den Baum ausgewählten Anschluss an alle anderen für den Baum ausgewählten Anschlüsse weiter und stellt so sicher, dass er unterwegs nicht in einer Schleife verloren geht. Radia Perlmans Chef hatte ihr den Auftrag kurz vor seinem Urlaub gegeben. Da sie schon am Dienstag mit ihrem Algorithmus fertig war und die Woche noch im Büro rumkriegen musste, verwendete sie die restliche Zeit darauf, ein Gedicht zu schreiben. So ist ihr Patent mit der Nummer #7339900 wahrscheinlich das einzige, dass einen Algorithmus und einen Algorhyme enthält.

Die Einfachheit ihres Designs führte dazu, dass einige ihrer überwiegend männlichen Kollegen ihre Arbeit unterschätzten. Im Laufe der Zeit fand Radia Perlmans Spanning Tree auch in der Industrie Anklang. Die DEC integrierte ihn in die Ethernet-Bridge, die Mitte der 80er Jahre auf den Markt kam. Im Jahr 1990 wurde er in den Industriestandard IEEE 802.1D aufgenommen. Es dauerte nicht lange, bis die Idee, die den meisten Menschen bis dato obskur oder irrelevant erschien – ein Computernetzwerk mit einem anderen zu verbinden – zu einem wesentlichen Bestandteil des täglichen Lebens auf der ganzen Welt wurde. Radia Perlmans selbststabilisierendes Protokoll trug dazu bei, die digitale Revolution möglich zu machen. In den folgenden Jahren modifizierte und verbesserte sie ihre Protokollentwürfe weiter und entwickelte TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links), mit dem die optimale Bandbreite ausgenutzt werden kann. Ihr Lehrbuch “Interconnections” machte aus dem etwas unübersichtlichen Gebiet der Netzwerkprotokolle erst eine Wissenschaft.

…nutzen Netzwerkadmins das von Radia Perlman in den 1980er Jahren entwickelte Protokoll (IS-IS) für das Routing von IP. Sie entwarf den Spanning Tree-Algorithmus, der Ethernet von dem ursprünglich nur begrenzt skalierbaren Ein-Draht-CSMA/CD in ein Protokoll verwandelte, das große Clouds bewältigen kann. TRILL wird heute von den meisten Internetdienstleistern verwendet. Radia Perlman hält inzwischen 100 Patente und arbeitet bei Intel.

Bild: Radia Perlman, Scientist-100, Creative Commons Legal Code by Wikimedia Commons