Ethernet: 40 лет успеха

Технология Ethernet, созданная Робертом Меткалфом фактически в одиночку, за несколько лет вытеснила всех конкурентов, а самой убедительной оказалась победа над сетью Token Ring, предложенной IBM. Начиная с середины 80-х годов Ethernet заняла монопольное положение в локальных сетях и с тех пор его никому не уступает и едва ли уступит в обозримом будущем. Технология постоянно развивается, в первой версии скорость передачи составляла 2,94 Мбит/с, а спустя 40 лет она дошла до 100 Гбит/с.

Чтобы понять генезис этого феномена, пожалуй, следует изменить взгляд на то, как соотносятся два, казалось бы, хорошо известных понятия — изобретение и открытие. В энциклопедиях открытие определяют как «установление неизвестных ранее объективно существующих закономерностей, свойств и явлений материального мира, вносящих коренные изменения в уровень познания». То есть обнаружение того, что существует независимо от человека. А изобретения в тех же источниках считают всего лишь артефактами, которых могло и не быть, не окажись нужный человек в нужное время в нужном месте. Но ведь это не так. У радио, самолета, автомобиля и еще тысяч и тысяч вещей есть конкретный изобретатель, однако не будь его, на его месте оказался бы кто-то другой. Отсюда та синхронность, с которой разными авторами были сделаны одни и те же изобретения, отсюда же бесчисленные споры относительно приоритетов на изобретения. Пожалуй, есть какие-то вещи, которые, не являясь природными, тем не менее как будто скрытно существуют до нужного момента, они выходят на поверхность, когда возникает потребность в них. Такой акт появления тоже можно считать открытием, но, скажем так, открытием инженерным. И тогда в список инженерных открытий попадает и Ethernet, точнее стандарт IEEE 802.3 на технологию множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Если бы его в 1973 году не изобрел Роберт Меткалф, то наверняка нашелся бы кто-то другой, кому в голову пришла та же идея, только называлась бы эта сеть иначе.

История Ethernet неотделима от судьбы и личности ее создателя. Складывается впечатление, что он шел к главному событию своей жизни, ведомый высшей силой, — столь невероятна цепочка событий и принятых решений. Начнем с того, что, если бы выпускник Массачусетского технологического не завалил диссертацию в Гарварде, то, может быть, он сделал бы хорошую карьеру ученого, но вот Ethernet придумал бы то-то иной. Причина провала занятна. Для кафедры прикладной математики работа Меткалфа оказалась слишком инженерной, и это несмотря на его сотрудничество со знаменитой компанией BBN, той самой, где разрабатывались прообразы нынешних маршрутизаторов, а тогда они назывались процессорами интерфейса сообщений Arpanet IMP (Interface Message Processor). Но нет худа без добра. Неудавшаяся диссертация помогла глубоко разобраться в пакетной передаче данных. Десятилетия спустя, став всемирно признанным, Меткалф не простил своих гарвадских обидчиков-профессоров. Характеризуя их, он постоянно употребляет выражение dark little heart, то есть «маленькие грязные сердца».

После Гарварда снова «случайно» Меткалфу подвернулась работа, причем не где-нибудь, а в самом пафосном для 70-х годов месте — в исследовательском центре Xerox Palo Alto Research Center, там нужно было создать технологию подключения разработанных в PARC персональных компьютеров Alto к недавно созданному в том же центре лазерному принтеру. Alto — те самые, которые творчески «передрали» сначала Стив Джобс, а потом Билл Гейтс. Ни один из существовавших на тот момент способов подключения не обеспечивал нужную скорость передачи данных.

Еще одно удачное совпадение: напарник по работе, Дэвид Боггс, имел образование радиоинженера. Это Боггс подсказал идею использовать радио в качестве прототипа для среды-носителя. Объединив знания по передаче пакетов с радио, они составили отличную связку. Вместе 22 мая 1973 года они написали внутренний документ, где были описаны механизмы передачи данных по разным видам соединений (по телефонному каналу, по коаксиальному кабелю и по радио) с использованием протоколов ALOHAnet.

Первую версию своего творения Меткалф и Боггс назвали Alto Aloha network. Своим идейным вдохновителем они называли Дага Энгельбарта, а техническим учителем Номана Адамсона, создателя радиосети ALOHA (Abramson's Logic of Hiring Access, а по-гавайски «привет») в университете на Гавайях. Энгельбарт показал возможность использовать компьютер в качестве коммуникационного устройства и устройства для извлечения информации одновременно, он был предвестником персонального компьютинга. Из того, что Энгельбарт говорил и делал, стало ясно, зачем нужна сеть и какой она должна быть. А Адамсон показал, как можно организовать обмен пакетами, когда узлы сети не координируют свою работу и между ними возможны конфликты. С ALOHAnet началось использование произвольного доступа к носителю, где узлы могут передавать данные не детерминированно, в любой момент. Но если происходит коллизия, а такие случаи неизбежны, то они ее обнаруживают и через короткий промежуток времени повторяют передачу. Таким образом все передаваемые данные доходят до получателей.

Представители академического сообщества, далекие от понимания инженерных проблем, много лет третировали Меткалфа за факт идеологического заимствования у ALOHAnet. Даже свою книгу, посвященную Ethernet, ему пришлось начать с главы, где описывается 20 отличий от ALOHA. Прежде всего, сеть Ethernet не является локальной и в ней совсем иные физические процессы, поскольку ее дальность действия на два-три порядка больше, чем у ALOHA. Любопытно, что в самом Xerox PARC проект, позже названный Ethernet, взял верх над проектом SIGNET (Simonyi's Infinitely Glorious NETwork) Чарльза Симони (того самого, который дважды летал на кораблях «Союз» как космический турист). Оставив сети, он одним из первых стал проектировать текстовый редактор Bravo для Alto, работающий в режиме WYSIWYG, что позволило ему позже возглавить разработку Microsoft W, мне стоило уступить сеть ему, а самому заняться текстовым редактором, тогда бы у меня был собственный трехмоторный реактивный самолет и еще вертолет».

Следующим указанием перста судьбы был переход Меткалфа в легендарную Digital Equipment Corporation, где Гордон Белл предложил ему сделать аналог Ethernet, но не ограниченный патентами, принадлежащими Xerox. Однако Меткалф решил поступить иначе, не «вместо», а «вместе». Он создал коалицию, куда вошли DEC, Xerox и Intel. 30 сентября 1980 года они опубликовали первую спецификацию Ethernet, известную как «синяя книга», позже ее приняли IBM и General Motors, а пять лет спустя появился стандарт IEEE 802.3.

В начале 80-х было еще два признанных стандарта локальных сетей — IBM Token Ring и ARCNet (Attached Resource Computer Network), их протоколы отличаются от Ethernet детерминированностью. Из них реальным конкурентом была Token Ring, а ARCNet, разработанная в 1977-м в Data Point Corporation известным ученым Джоном Мерфи, предназначалась для встроенных систем, где она заняла свое место и благополучно используется поныне.

Два года — 1981-й и 1982-й — стали периодом открытого противостояния Token Ring и Ethernet. Остроту моменту придала необходимость подключения ПК в локальные сети. Под давлением этого обстоятельства в декабре 1982 года два десятка ключевых вендоров приняли для себя еще не утвержденный стандарт IEEE. На их выбор главным образом повлияло то, что, в отличие от Token Ring, Ethernet является открытым стандартом и его область действия распространялась только на нижние два уровня семиуровневой модели ISO OSI, оставляя свободу производителям ПО и «железа» для верхних уровней. Но это не была окончательная победа. На стороне Token Ring была более дешевая, чем коаксиальный кабель, витая пара. Однако в середине 80-х и Ethernet перешел на витую пару. Это обстоятельство решило все и окончательно.