Коммерческая жизнь Ethernet началась 30 сентября 1980 года – следовательно, в этом году ему исполнилось ровно 40 лет. Впервые его определил патент, поданный на рассмотрение компанией Xerox в 1975-м. В нём был описан сетевой протокол передачи данных на скорости 10 Мб/с. На рынок протокол вышел в 1980-м, а в 1983-м IEEE подредактировал его, сделав стандартом IEEE 802.3. Следующие 37 лет этот стандарт множество раз обновлялся и пересматривался.
В современном стандарте Ethernet есть не только разные градации скорости, от изначальных 10 Мб/с до сегодняшних максимальных 400 Гб/с, но и бессчётное множество изменений, внесённых в основной протокол. Эти изменения позволяют как использовать современные скорости, так и новые применения Ethernet – например, электропитание и маршрутизация объединительной платы [backplane routing]. Надёжность и экономичность Ethernet в 1990-м году позволили создать стандарт 10BASE-T (802.3i-1990), который постепенно проник в настольные компьютеры.
Сегодня Ethernet почти так же распространён, как гипотетический светоносный эфир, в честь которого он был назван. Хороший повод понять, чем же Ethernet отличался от других решений, и какие изменения ему пришлось претерпеть, чтобы поспевать за требованиями мира, связность которого постоянно растёт.
Новизна объединения компьютеров
Сегодня большинство компьютеров и компьютеризированных гаджетов будут не полезнее, чем дорогое пресс-папье, если отключить их от глобального интернета. Но в 1980-х люди только начинали разбираться с возможностями, доступными при наличии т.н. «локальных сеток», или LAN. В отличие от эпохи мейнфреймов и терминалов 1960-х и 1970-х годов, LAN должна была объединять микрокомпьютеры (IBM PC, рабочие станции, и т.п.) где-нибудь в офисе или лаборатории.
В процессе этого перехода от флоппинета к Ethernet офисные сети активно росли, и в какой-то момент начали насчитывать тысячи узлов, что привело к чудесному миру офисных сетей с центральным управлением. Казалось, что когда любой документ можно было получить по сети, мир подготовился к безбумажным офисам. И хотя этого так и не произошло, возможность передавать сообщения и файлы по сетям (LAN и WAN) стала основой повседневности.
Передача маркеров
Закольцованный мир Token Ring
Вместо этого изменился ландшафт потребительских сетевых технологий. Ранние конкуренты Ethernet представляли собой набор небольших сетевых протоколов. Среди них был и Token Ring от IBM. Хотя вокруг предполагаемых слабых сторон Ethernet в 1980-х сформировалось много мифов (они просуммированы в данном документе с симпозиума SIGCOMM 1988 года), в итоге возможностей Ethernet оказалось вполне достаточно.
Основным предполагаемым преимуществом системы Token Ring считался детерминизм – в отличие от подхода CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и избеганием коллизий) у Ethernet. В результате появился миф, что Ethernet не способен поддерживать насыщение канала более чем 37% от его пропускной способности.
Из соображений экономии в ранние годы существования Ethernet вместо умных роутеров использовались тупые концентраторы. А значит, с коллизиями приходилось разбираться адаптерам. Всякий, кто использовал Ethernet-хабы, наверняка знает, что проще всего определить загруженность сети было, взглянув на светодиод collision на концентраторе. Когда роутеры подешевели, концентраторы быстро исчезли. Поскольку роутеры позволяли прокладывать маршруты между двумя узлами, не полагаясь на то, что с трафиком будет разбираться CSMA/CD, исчезла и проблема с коллизиями. Она и Ethernet в целом были объектами постоянных шуток, и после исчезновения проблемы лопнул и миф.
Как только появилась возможность строить Ethernet на более дешёвых кабелях, Cat. 3 (UTP) для 10BASE-T и Cat. 5(e) UTP для 100BASE-TX (и смежных стандартов), Ethernet превратился в доминирующую сетевую технологию для всего, от домов и офисов до промышленности и автомобилей.
Дерево возможностей
Пропускная способность медных проводов увеличилась благодаря введению новых стандартов Ethernet
Список стандартов под общим заголовком IEEE 802.3 может выглядеть пугающе. Однако на Википедии можно найти и укороченный список, больше подходящий для обычного человека. Из этого списка чаще всего встречаются, вероятно, следующие стандарты:
- 10BASE-T (10 Mb, Cat. 3).
- 100BASE-TX (100 Mb, Cat. 5).
- 1000BASE-T (1 Gb, Cat. 5).
- 2.5GBASE-T (2.5 Gb, Cat. 5e).
Хотя стандарты 5GBASE-T и 10GBASE-T используются уже несколько лет, их версии на 25 Гб и 40 Гб определённо пока зарезервированы за дата-центрами. Они требуют кабелей Cat. 8 длиной не более 36 м. Остальные стандарты в основном направлены на промышленное и автомобильное использование. Некоторые из них вполне устроит скорость в 100 Мб.
И всё-таки ситуация постепенно идёт к тому, что уже и гигабита начинает не хватать. В некоторых местах планеты уже появляются соединения с интернетом, скорость которых совпадает или превосходит гигабит. Кто же знал, что в какой-то момент гигабитная LAN станет узким местом интернет-соединения?
ALOHA
Xerox 9700, первый в мире лазерный принтер с подключением к Ethernet
В 1972 году кучка инженеров из исследовательского центра Xerox в Пало-Альто (PARC), среди которых были Роберт «Боб» Меткалф и Дэвид Боггс, получили задание создать технологию LAN для того, чтобы рабочая станция Xerox Alto могла подключаться к лазерному принтеру, находившемуся в разработке в той же компании Xerox.
Новая технология должна была позволять одновременно подключать сотни отдельных компьютеров, и с достаточной скоростью передавать данные в принтер. В процессе разработки Меткалф использовал свой опыт, накопленный при создании ALOHAnet – беспроводной пакетной сети, разработанной для Гавайского университета.
Первый сделанный Меткалфом набросок Ethernet
Основной концепцией ALOHAnet было использование общей среды для всех клиентских передач данных. Для этого был придуман протокол, суть которого можно кратко описать, как «слушай перед отправкой» – позднее это назвали carrier sense multiple access (CSMA). Эта технология вдохновит не только Ethernet, но и WiFi и множество других. А уже упомянутый CSMA/CD стал неотъемлемой частью ранних стандартов Ethernet.
Сначала в качестве среды использовали коаксиальные кабели, на конце каждого из которых нужно было установить терминатор, и тщательно ухаживать за ним. Для добавления дополнительных узлов на интерфейсной плате требовалось устанавливать переходники BNC. Эту, первую версию Ethernet также называют thicknet [толстонет] (10BASE5) из-за толстых жёстких кабелей диаметром 9,5 мм. Вторая версия, 10BASE2, использовала более тонкие кабели (RG-58A/U), и, естественно, получила прозвище thinnet [тонконет].
Лучший сюжетный поворот
Не забудьте терминатор
В итоге Ethernet стал привлекательнее Token Ring благодаря использованию неэкранированной витой пары. А поскольку интерфейсные платы тоже были дешевле, для людей, желавших установить сетку дома или в офисе, выбор был прост.
Каждый, устанавливавший или поддерживавший сетку на 10BASE5 или 10BASE2 знает, что помехи на шине, проблемы с переходниками или отвалившийся терминатор могут всё испортить. Конечно, нельзя сказать, что метка, выпавшая из сети Token Ring, приводит к чему-то приятному. И хотя общая среда, «эфир» Ethernet, уже давно заменена сетями коммутаторов, уверен, что большинство IT-профессионалов предпочтёт архитектуру «звезда».
Вот так мы пришли от солнечных гавайских островов к технологии, лежащей в основе наших домашних сетей и дата-центров. Возможно, могло появиться что-то ещё, и занять то место, которое занимает сегодняшний Ethernet – но мне, честно говоря, всё нравится и так. Я помню, как протягивал первую сетку у себя в доме в конце 90-х. Сначала мы хотели обмениваться файлами с младшим братом (и играть по сетке), а затем делить интернет-соединение. Это позволило мне войти в этот мир IPX/SPX, TCP/IP, и прочих сетевых прибамбасов, а также окунуться в мир LAN-вечеринок и стать системным администратором для всей семьи.
С днём рождения, Ethernet. Пусть у тебя будет ещё сорок инновационных и революционных лет.
