Ethernet: jak jedna notatka z 1973 roku opanowała każde biuro

ALOHAnet – hawajska sieć, która zmieniła historię IT

Żeby zrozumieć, skąd wziął się Ethernet, trzeba się przenieść na Hawaje. Rok 1970. Norman Abramson z Uniwersytetu Hawajskiego staje przed trudnym zadaniem: jak połączyć komputery rozsiane po różnych wyspach archipelagu, skoro układanie kabli przez ocean jest niemożliwe?

Odpowiedzią jest ALOHAnet – pierwsza w historii sieć pakietowa oparta na transmisji radiowej. Abramson opracowuje protokół ALOHA: każda stacja nadaje dane, kiedy chce. Jeśli nastąpi kolizja (dwie stacje nadają jednocześnie), po prostu próbuje ponownie po losowym czasie. Prosto, elegancko i – jak się okaże – rewolucyjnie.

Wiadomość o ALOHAnet dociera do Boba Metcalfego, młodego badacza pracującego nad sieciami komputerowymi. Metcalfe jest zafascynowany koncepcją, ale widzi jej słabości: zbyt wiele kolizji obniża wydajność. Zaczyna myśleć, jak ulepszyć ten pomysł – tym razem nie dla fal radiowych, ale dla kabla w biurze.

Notatka z Xerox PARC – narodziny Ethernetu

W 1972 roku Metcalfe dołącza do legendarnego Xerox PARC w Palo Alto – laboratorium, które niemal z dnia na dzień wynajdowało przyszłość informatyki: interfejs graficzny, mysz komputerową, drukarkę laserową. Metcalfe dostaje zadanie: połączyć nowe komputery Alto w lokalną sieć.

22 maja 1973 roku składa wewnętrzną notatkę zatytułowaną: Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks. To dokument, który na zawsze zmienia historię sieci komputerowych. Razem z Davidem Boggsem buduje pierwszy działający prototyp.

Skąd nazwa Ethernet? Od dziewiętnastowiecznej koncepcji luminiferous ether – wyobrażonego medium, przez które miało rozchodzić się światło we wszechświecie. Metcalfe uznał, że kabel pełni właśnie taką rolę: jest medium, przez które swobodnie płyną dane. Teoria eteru okazała się błędna. Nazwa Ethernet – nie.

Pierwsze Ethernet działało z prędkością 2,94 Mbps na grubym kablu koncentrycznym. Stosowało protokół CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): zanim wyślesz dane, posłuchaj, czy ktoś już nie nadaje. Jeśli nastąpi kolizja – poczekaj losowy czas i spróbuj ponownie. Elegancki pomysł zaczerpnięty z ALOHAnet, ale znacznie ulepszony.

Walka standardów – Ethernet kontra Token Ring i reszta świata

Lata osiemdziesiąte to nie tylko era neonów i syntezatorów. To również krwawa walka o dominację w sieciach lokalnych. Ethernet miał poważnych konkurentów:

• Token Ring (IBM, 1985) – sieć oparta na żetonie (token), który krążył od stacji do stacji. Brak kolizji, przewidywalna wydajność i potężna marka IBM za plecami.
• ARCnet – popularne i tanie rozwiązanie dla małych firm, działające z prędkością 2,5 Mbps.
• Apple LocalTalk – proste i tanie, ale wolne (230 kbps), przeznaczone wyłącznie dla komputerów Macintosh.

Teoretycznie Token Ring był lepiej zaprojektowany: deterministyczny, bez kolizji, z gwarantowanym czasem dostępu do medium. Ale Ethernet wygrał z prostego powodu: był tańszy, prostszy i wystarczająco dobry. Otwarty standard (DIX w 1980 r., IEEE 802.3 w 1983 r.) sprawił, że karty sieciowe i sprzęt sieciowy produkowały setki firm, ceny spadały, a adopcja rosła lawinowo.

IBM postawił miliardy dolarów na Token Ring – i przegrał. To klasyczna lekcja z historii technologii: wystarczająco dobre i tanie zawsze pokona doskonałe i drogie.

Od grubego kabla do skrętki – ewolucja fizyczna sieci

Pierwsze sieci Ethernet wyglądały imponująco – ale tylko w teorii. 10BASE5, znany jako thicknet, używał grubego, żółtego kabla koncentrycznego, który administratorzy pieszczotliwie nazywali żółtym wężem ogrodowym. Podłączenie komputera wymagało specjalnych kleszczyków przebijających izolację – tak zwanych vampire tap. Instalacja była trudna, droga i czasochłonna.

1985 rok przynosi 10BASE2 (thinnet): cieńszy kabel koncentryczny ze złączkami BNC, prostszy w montażu. Wiele małych firm po raz pierwszy wdraża Ethernet właśnie dzięki thinnetowi.

Prawdziwa rewolucja następuje w 1990 roku z 10BASE-T: zwykła skrętka UTP i topologia gwiazdy z hubem lub switchem w centrum. Nagle Ethernet staje się praktyczny dla każdego biura – kabel wygląda jak zwykły kabel telefoniczny, instalacja jest prosta, a awaria jednego gniazda nie paraliżuje całej sieci. To właśnie 10BASE-T sprawia, że port Ethernet trafia pod każde biurko w każdym biurowcu.

W połowie lat 90. Token Ring zaczyna znikać z rynku. Bitwa jest rozstrzygnięta.

Bob Metcalfe, 3Com i słynne prawo wartości sieci

W 1979 roku Metcalfe opuszcza Xerox PARC i zakłada 3Com (skrót od Computer, Communication, Compatibility). Firma produkuje karty sieciowe Ethernet i sprzęt, przyczyniając się do masowej adopcji standardu w biurach na całym świecie.

Metcalfe formułuje też coś, co przejdzie do historii jako prawo Metcalfego: wartość sieci jest proporcjonalna do kwadratu liczby podłączonych użytkowników. Jeden komputer w sieci to wartość zerowa. Dwa komputery to jedno połączenie. Milion komputerów to biliony możliwych połączeń. To matematyczne uzasadnienie, dlaczego internet stał się tak potężnym narzędziem – i dlaczego warto łączyć ze sobą kolejne urządzenia w firmowej sieci.

Ciekawostka: w 1995 roku Metcalfe opublikował felieton, przewidując, że internet wkrótce spektakularnie się załamie. Oczywiście się mylił. Gdy rok 1996 minął bez katastrofy, dotrzymał publicznej obietnicy: podczas konferencji WWW w 1997 roku zblendował wydrukowany artykuł i wypił papkę. Publiczność dostała niezapomniany pokaz inżynierskiej pokory.

Ethernet dziś – pół wieku i ani myśli o emeryturze

Pięć dekad to w branży IT wieczność. Większość technologii z lat 70. dawno trafiła do muzeum. Ethernet wciąż rządzi. Dlaczego?

Po pierwsze: ewolucja bez rewolucji. Standard rozwijał się płynnie – 10 Mbps, 100 Mbps (Fast Ethernet, 1995), 1 Gbps (Gigabit Ethernet, 1999), 10 Gbps (2002), aż po dostępne dziś w centrach danych 400 Gbps. Każda generacja zachowywała kompatybilność z poprzednią, dzięki czemu firmy mogły modernizować infrastrukturę stopniowo.

Po drugie: Power over Ethernet (PoE). Nowoczesny Ethernet przesyła nie tylko dane, ale i prąd elektryczny. Telefony IP, kamery bezpieczeństwa, bezprzewodowe punkty dostępowe Wi-Fi – wszystko zasilane jednym kablem, bez osobnych gniazdek elektrycznych.

Po trzecie: cena i prostota. Switch Gigabit Ethernet dla małej firmy kosztuje mniej niż wizyta serwisanta. Infrastruktura jest globalna, tania i dobrze znana inżynierom na całym świecie.

Dziś w typowym biurze MŚP Ethernet łączy komputery, drukarki sieciowe, kamery IP, telefony VoIP i punkty Wi-Fi. W centrach danych obsługuje ruch między serwerami z prędkościami, o których Metcalfe nie mógł marzyć, pisząc swoją notatkę 22 maja 1973 roku. Wszystko zaczęło się od hawajskiej sieci radiowej i jednej kartki papieru. Jeśli chcesz mieć pewność, że sieć Twojej firmy jest zaprojektowana solidnie i bezpiecznie – skontaktuj się z NovaSys.