В этом году исполняется 40 лет с момента появления технологии передачи данных Ethernet. По этому случаю журнал IEEE The Institute опубликовал фрагменты интервью с одним из изобретателей Ethernet Робертом Меткалфом. Мы предлагаем нашим читателям вспомнить с чего начиналась одна из ключевых технологий цифровой подстанции.
Сегодня передача данных по сети — дело обычное: передача файлов между компьютерами, печать документов через сетевой принтер, даже передача измерений от трансформаторов тока и напряжения в счетчики и терминалы РЗА — всё это воспринимается как само собой разумеющееся. Но так было не всегда. Местом рождения технологии Ethernet считается Xerox PARC, Пало-Альто, Калифорния. В 1973 году там был создан персональный компьютер Альто. Роберт Меткалф, работавший там в это время и заканчивавший работу над кандидатской диссертацией в Гарварде, получил задание разработать для устройства технологию передачи данных, а также сетевую плату, которую можно было бы вставить в компьютер для того, чтобы подключить его к сети ARPANET (Advanced Research Project Agency Network), первой в мире функционирующей пакетной коммутируемой сети (да, которая впоследствии стало Инетрнетом). Xerox PARC в это время также создавали лазерный принтер, способный печатать с разрешением до 500 точек на дюйм со скоростью 1 страница в минуту. Планировалось, что пользователи всех персональных компьютеров Xerox PARC смогут печатать на этом принтере. То есть параллельно к нему должно было быть подключено до ста устройств.
«Если вы посчитаете сколько данных передавалось на тот принтер, — поясняет Меткалф в своём интервью, — получится порядочно бит в секунду… 500 на 500, на 8,5, на 11 в минуту… это много. Тогда для связи устройте между собой использовался RS-232, который нередко работал на скорости ниже 19,2 килобит в секунду (ну почему же “использовалСЯ”? — прим. ЦПС). Это не было даже и близко к требуемой скорости».
Для того, чтобы принтер был все время в работе скорость передачи по сети Xerox PARC должны была исчисляться мегабитами в секунду, а не килобиами. 22 мая 1973 Меткалф распространил записку, в которой он изложил своё видение высокоскоростной локальной сети. Он назвал её EtherNet, а вскоре название было переписано уже как Ethernet.
Ethernet был не первой попыткой создания технолгии, которая в последствии получит название локальной вычислительной сети – LAN (кстати, само сокращение LAN вошло в употребление лишь спустя 8 лет после появления Ethernet). Влияние на решения Меткалф оказала ALOHAnet, которая соединяла пользователей компьютеров на Гавайских Островах — это была первая в мире открытая демонстрация беспроводной пакетной передачи данных. Норм Абрамсон, профессор электроники и компьютерных наук в Университете Гавайев и директор ALOHAnet опубликовал статью, в которой производилась оценка этой технологии. После того как Меткалф прочитал публикацию Абрамсона он переделал модель управления трафиком, использовавшуюся в ALOHAnet, которая предполагала, что если два пакета информации сталкиваются в коллизии, то станции должны продолжать пересылать пакеты в том случае, если подтверждение о приёме не получено. Предположение строилось на том, что если две станции отправили пакеты, которые оказались в канале в одно и то же время, то при второй попытке момент отправки уже не совпадёт.
Меткалф был убеждён, что в случае отсутствия подтверждения станции скорее следует прекратить передачу сообщений и выждать паузу перед очередной попыткой. Таким образом трафик по сети снизится, в результате чего уменьшится количество коллизий. При меньшем количестве коллизий большее количество данных сможет быть передано. Это тот же принцип, что работает в автомобильной пробке: на дороге может быть множество машин, но никто из них не едет. Когда на дороге меньше машин, они двигаются и большее количество достигнет место назначения быстрее.В Ethernet, как и в любой другой сети, заложен принцип максимального заполнения коммуникационного канала при условии, что пакеты по прежнему передаются эффективно.
Для Ethernet Меткалф разработал «алгоритм отступления» для управления временем попытки повторной отправки. Когда устройство видит, что по сети передаётся малый объём информации, время между попытками отправки уменьшается. Но если нагрузка увеличивается, станции начинают отправлять ответы с большими интервалами. Коллизия свидительствует о том, что канал был занят сильнее, чем оценило устройство, поэтому время между попытками отправки должно быть увеличено ещё больше. Такое решение сделало Ethernet существенно более эффективным. Алгорим разрешения коллизий сделал Ethernet отличным от других и сделал его быстрым.
«В 1973 году Интернет (который тогда был ARPANET) в хороший день работал на скорости 50 кб/с, — вспоминает Меткалф. — Ethernet работал на скорости 2,94 мегабита в секунду». Некоторые округляют начальную скорость Ethernet до 3, но Меткалф всегда возражал против этого, поскольку если округлить 2,94 Мб до 3 Мб, то погрешность округления составляет более 50 кб/с. «Погрешность округления скорости Ethernet была больше, чем скорость Internet в то время. Вот как быстро работал Ethernet» — говорит Меткалф.