25 лет Ethernet: этапы большого пути, или Happy birthday dear Ethernet!

Пожалуй, четверть века, с точки зрения каждого из нас, срок небольшой, но для истории развития телекоммуникаций — пример завидного долголетия. Менялись поколения компьютеров и сетевых технологий, но Ethernet на протяжении всех этих 25 лет демонстрировала необычайную жизнестойкость. О ходе развития ее спецификаций можно смело говорить, как об эпохе открытых стандартов, эпохе, в которой разум и желание взаимодействовать у различных разработчиков взяли верх над личными амбициями и сиюминутными выгодами, приведя к общему успеху как производителей, так и пользователей. Открытость ее стандартов породила ряд новшеств в целом спектре изделий — от кабельной системы до соответствующих чипов и интерфейсных плат, позволила достичь «здоровой» конкуренции между компаниями, выпускающими сетевое оборудование, что, в свою очередь, привело к падению цен на рынке и положительным образом сказалось на бюджете потребителей.

Изобретатели Ethernet все время стремились к тому, чтобы она не стала чей-то частной собственностью, а работа по ее инсталляции не представляла собой дорогой и трудоемкий процесс, доступный лишь узкому кругу специалистов. Благодаря этому данная технология уверенно шагнула за гигабитный предел.

Согласно недавним оценкам экспертов из Dell’Oro Group, сегодня во всем мире насчитывается более 100 млн пользователей Ethernet, а рынок ее оборудования оценивается в 10 млрд, долл. Поэтому, отмечая в эти дни 25-летний юбилей любимой технологии ЛВС, давайте еще раз обратимся к основным вехам ее истории, чтобы определить причины столь широкой популярности и вынести для себя необходимые уроки на будущее.

РОЖДЕНИЕ ETHERNET

Дело было в Исследовательском центре в Пало-Альто (PARC — Palo Alto Research Center) фирмы Xerox. Сотрудники Роберт Меткалф (Robert Metcalfe) и Дэвид Боггс (David Boggs) занимались проблемами соединения двух компьютеров. 22 мая 1973 г. ученые написали докладную записку, описывающую экспериментальную сеть, которую они построили. Она базировалась на толстом коаксиальном кабеле и имела скорость передачи данных 2,94 Mbps. Имя ей дали — Ethernet.

Спустя шесть лет, в 1979 г., Меткалф покидает Xerox, создает компанию 3Com для воплощения своих идей в жизнь и одновременно поступает на работу консультантом в Digital Equipment Corporation, где, по поручению Гордона Белла (Gordon Bell), вице-президента компании, развивает сеть, спецификации на которую не входили бы в противоречие с патентами Xerox. В ходе работы Боб Меткалф отчетливо осознает необходимость сотрудничества между компаниями и способствует заключению соответствующих соглашений для продвижения совместного проекта Digital, Intel и Xerox, известного под названием DIX. Трудно переоценить его значение. До этого времени, согласно бизнес-модели, которую воочию демонстрировала всему миру IBM, любая изобретенная технология сохранялась в тайне как интеллектуальная собственность компании. Так что создание консорциума было довольно необычно, а технология в нем принадлежала каждому участнику объединения.

В задачу DIX-консорциума входило написание спецификаций, которые преобразуют Ethernet из экспериментальной в открытую технологию для построения качественно новых продуктивных систем, работающих со скоростью 10 Mbps. Проект должен был сохраняться настолько простым, насколько это возможно, но при этом обеспечивать взаимодействие практически с любым оборудованием и «быть терпимым» к ошибкам при внедрении.

Результаты разработок DIX-консорциума были представлены Институту инженеров по электронике и электротехнике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) в феврале 1980 г., и вскоре необходимая рабочая группа 802 для работы над проектом была сформирована. Этот результат оставил Ethernet вне контроля производителей и переместил ее в разряд стандартов.

Но Ethernet никогда не смогла бы найти столь широкого распространения на рынке без качественных усовершенствований изделий и без того, чтобы выпуск продукции не стал рентабельным. Примерно в одно и то же время практически все «родители» Ethernet предприняли новые радикальные действия для установления открытых деловых взаимоотношений с другими компаниями. Так, группа разработчиков Digital представила чип Ethernet и исходники его программного обеспечения двум компаниям: Advanced Micro Devices и Mostek. Это был новый важный виток в истории Ethernet, достойный подражания для сегодняшних производителей. Таким образом, AMD, Intel и Mostek оказались на пути к созданию совместимых чипсетов Ethernet, что привело к повышению качества изделий и снижению их стоимости.

IBM В КОЛЬЦЕ TOKEN RING

Реакцией IBM на формирование DIX-консорциума и последующий выпуск разработанных продуктов было продвижение 4 Mbps оборудования Token Ring в сентябре 1985 г., которое стало поставляться пятью годами позже, после выпуска первых изделий Ethernet. Token Ring — зрелая и хорошо продуманная технология, однако стоимость ее внедрения оказалась не по карману многим пользователям.

К сожалению, IBM развивала исключительно технологию Token Ring. «Империалистические» привычки «Голубого гиганта» мешали взглянуть на бизнес по-новому. В отличие от открытой технологии Ethernet, эксклюзивным правом поставлять чипсеты для Token Ring обладала только Texas Instruments. Недостаток конкуренции, а следовательно, стимулов к снижению стоимости привели к тому, что изделия Token Ring сегодня заканчивают свое существование в цене, более чем в два раза превышающей стоимость подобных продуктов Ethernet. Сегодня многие пользователи всерьез рассматривают возможность замены существующих сетей Token Ring сетями Ethernet, поскольку первая значительно отстала от последней в отношениях стоимости, расширяемости и управляемости.

Новые инициативы IBM типа Dedicated Token Ring, Token Pipe и High-Speed Token Ring, которые должны обеспечить передачу данных со скоростью 100 Mbps, находятся в различных стадиях разработки и внедрения. Но многие эксперты рассматривают эти действия компании как слишком запоздалые и весьма незначительные.

ЗРЕЛОСТЬ И РЕНЕССАНС ETHERNET’А

Вначале технологию Ethernet использовали для соединения терминалов с мини-компьютерами. Когда же на смену терминалам пришли персональные компьютеры (кстати, режим эмуляции терминала был одним из первых приложений, разработанных для ПК), Ethernet уже существовала. Более того, создается впечатление, что она только и ждала этого события, чтобы выявить все свои положительные стороны. Исходя из истории, примерно каждые два года из трех Ethernet испытывает возрождение, причем совершенно на разных уровнях.

Интересная закономерность: как только рынок Ethernet стабилизировался, как правило, возникали проблемы с кабелем. Как уже отмечалось, Ethernet первоначально разрабатывалась для толстого коаксиального кабеля, известного еще как ThickNet или 10Base5. Каждый узел сети требовал наличия отдельного трансивера, подсоединенного непосредственно к кабелю. Вскоре была представлена менее дорогая и более тонкая версия коаксиального кабеля, известного также, как ThinNet или 10Base2, что устраняло потребность в таких трансиверах.

И все-таки обе эти кабельные системы имели три главных недостатка. Во-первых, если только сеть была установлена, подключение дополнительных узлов становилось невозможным без нарушения работоспособности целой сети. Во-вторых, если возникало повреждение в какой-либо точке кабельной системы, вся сеть переставала работать. Кроме того, поиск неисправностей превращался в долгий и утомительный процесс следования «от узла—к узлу». В-третьих, прокладка этого кабеля обходилась относительно дорого.

В 1985 г. SynOptics Communications разработала метод под названием LattisNet, обеспечивающий функционирование Ethernet на неэкранированной витой паре (UTP — Unshielded Twisted Pair). Это было крупное достижение, поскольку UTP — тот самый кабель, который используется для телефонной сети (не путать с отечественной «лапшой»!) и, как правило, уже существует в большинстве зданий. Это устранило необходимость поддерживать параллельные кабельные системы.

LattisNet де-факто стал стандартом 10BaseT. Он использовал топологию звезды, соединив каждый узел сети с центральным концентратором (hub), и тем самым ввел концепцию «централизованного шкафа сетевой проводки». LattisNet исключил потребность прерывания работы сети при внесении изменений, практически устранив проблемы поиска одноточечных разрывов проводки. Вскоре спецификации LattisNet были несколько изменены, но, в конечном итоге, приняты IEEE в качестве стандарта.

Использование той же самой основной топологии сделало Ethernet 10BaseT привлекательной альтернативой консервативным и более дорогим решениям на основе Token Ring.

Теперь, когда была найдена для Ethernet удобная среда передачи информации, промышленность сфокусировала свои усилия на повышении производительности. Появившийся в начале 90-х стандарт FDDI (Fiber Distributed Data Interface) становится высокоскоростной сетевой технологией, которая использует для передачи данных оптоволоконный кабель. Несомненно, по сравнению с существовавшим тогда Ethernet, скорость FDDI была очень высока, но столь же высока была и стоимость. И вот, группа инженеров фирмы Crescendo Communications (которая теперь принадлежит Cisco) предположила, что можно организовать передачу данных по технологии FDDI и на UTP, таким образом уменьшатся огромные затраты, связанные с оптоволоконным кабелем. Разработчики назвали эту технологию CDDI (Copper Distributed Data Interface). Марио Маззола (Mario Mazzola), генеральный менеджер Cisco’s enterprise business и бывший исполнительный директор Crescendo, сегодня вспоминает: «Тогда мы в Crescendo разработали и запатентовали схему кодирования и скремблирования для CDDI, которая допускала полнодуплексную двухточечную передачу по UTP. Чуть позже эти спецификации и легли в основу стандарта IEEE 100BaseT, или Fast Ethernet».

Оборудование Fast Ethernet можно легко добавлять в существующие сети 10BaseT, совместно используя единую среду передачи. Flo рубеж в 100 Mbps стал для Ethernet лишь короткой передышкой перед штурмом новых «вершин» скорости. Быстрое распространение соединений Fast Ethernet создало потребность в однородной, еще более высокоскоростной сетевой технологии, особенно в окружении сервера. И вот, Gigabit Ethernet — уже реальность.

Для утверждения в IEEE выдвинуты соответствующие спецификации Gigabit Ethernet на оптоволоконном кабеле и на UTP. При этом поддерживается структура кадра Ethernet, полный дуплекс для двухточечных соединений и полудуплекс для общедоступных соединений.

Сегодня Gigabit Ethernet имеет все предпосылки, чтобы стать успешной технологией: она удовлетворяет современным потребностям соединений с высокой скоростью, управляется стандартом, совместима с существующими технологиями и поддержана многими производителями.

ПЛОХАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ, ИЛИ ОТЛИЧНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Нa всех этапах модернизации технологии разработчикам приходилось неизбежно сталкиваться с тяжелыми наследственными «болезнями». Слегка раздражал полудуплексный режим передачи данных. Многие проблемы возникали из-за злосчастного метода доступа — CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Даже в не очень нагруженной реальной сети около 30% времени уходило на паузы между передачами и обнаружение коллизий. Дополнительной причиной перегрузки иногда становился относительно большой размер кадра — 1516 байтов. Flo с появлением коммутируемой Ethernet ряд проблем отпал сам собой. А под натиском все того же агрессивного значения в соотношении цена/производительность даже рухнул прекрасно спроектированный «бастион» высокой скорости АТМ (Asynchronous Transfer Mode).

А все начиналось с малого... Если только в той или иной организации и существовали какие-либо сети, рано или поздно возникало желание (или потребность) соединить их воедино. Для соединения отдельных сегментов 10 Mbps Ethernet использовались мосты, а для связи различных муль-типротокольных сетей — маршрутизаторы.

Как уже отмечалось, повсеместное использование 10 Mbps Ethernet привело к изменениям в топологии и структуре сетевой проводки. Каждая рабочая станция соединяется с концентратором, одновременно включающим и функции репитера, таким образом устранилась потребность в индивидуальных повторителях. Затем стали появляться интеллектуальные концентраторы, которые допускают связь многих сегментов Ethernet, устраняя необходимость в мостах.

Нo потребность в увеличении скорости была очевидна давным-давно, еще даже до появления Fast Ethernet. 10 Mbps коммутируемые концентраторы были представлены в начале 90-х, позволяя передавать трафик в режиме полного дуплекса в соединениях типа точка-точка. Fast Ethernet стала поворотным пунктом для класса этих изделий концентраторов. Чем больше акцент в сетевых технологиях смещался в сторону коммутации, тем больше концентраторы интегрировали в себе элементы маршрутизации. Чем больше устройств объединялось в сеть, тем чаще у администраторов возникала необходимость понять, как каждое устройство влияет на сеть. Для этих целей в 80-х годах был разработан протокол SNMP (Simple Network Management Protocol), который сразу стал поддерживаться высокоуровневыми коммутаторами Ethernet.

Нo как только сеть превратилась в необходимый фундамент для успешного ведения бизнеса, для управления информационными технологиями стало обязательным понимание самой структуры трафика и пропускной способности сети. Эту информацию SNMP предоставить не мог. Для того чтобы дать возможность управлять информационными потоками в сети и анализировать их, в начале 90-х был создан протокол RMON (Remote Network Monitoring), игнорировать который также не вправе ни одна современная сетевая технология. Естественно, что Ethernet здесь не исключение.

«Развитие двухточечной коммутируемой Ethernet удалило любые фундаментальные ограничения по скорости, -утверждает Дональд Берн (Donald Byrne), вице-президент по маркетингу компании Berkeley Systems. — Таким образом, не за горами то время, когда реальностью станут терабитные (триллион) и петабитные (квадриллион) скорости в ЛВС».

«Стандарт Ethernet доказал, что он представляет собой мощный фундамент, на котором можно строить ЛВС. Я полагаю, что следующий шаг в его эволюции будет направлен в сектор глобальных сетей», — считает Джуди Эстрин (Judy Estrin), исполнительный директор Precept Inc.

Таким образом, современные приверженцы столь популярной технологии твердо уверены в ее светлом будущем. Кто-то однажды сравнил способ доступа к среде передачи, используемый в ней, с диким обществом людей, которые способны слышать друг друга лишь тогда, когда все одновременно кричат. Вероятно, этот способ общения взяли на вооружение и сами разработчики Ethernet. И надо сегодня признать, что он оказался весьма действенным, так как многие при этом оказались не просто услышанными, а понятыми. В противном случае мы бы сейчас не говорили о 25-летнем победном шествии по планете весьма «древней» и одновременно вечно молодой технологии.