Lịch sử Ethernet

Ngày nay, các công ty đều xem xét việc sử dụng Ethernet làm mạng cục bộ có dây của mình. Nhưng trước đây mọi thứ đã không như vậy. Steven Vaughan-Nichols đã theo dõi lịch sử của Ethernet, và các đối thủ cạnh tranh trong lĩnh vực giao thức mạng trước đây của nó.

Ngày nay, chúng ta hiển nhiên sẽ sử dụng Ethernet. Chỉ cần cắm giắc cắm vào ổ cắm tường hoặc bật công tắc là đã có mạng để sử dụng.

Ethernet những năm 1960 và 1970

Trong những năm 1960 và 1970, mạng được coi là một công nghệ đặc biệt và chưa phổ biến lắm. Nhưng sau đó Robert "Bob" Metcalfe được yêu cầu tạo một mạng cục bộ (LAN) cho Trung tâm Nghiên cứu Palo Alto của Xerox (PARC). Và Ethernet, sáng tạo của ông, đã thay đổi mọi thứ.

Trở lại năm 1972, Metcalfe, David Boggs và các thành viên khác của nhóm PARC, được giao cho vấn đề kết nối mạng, chưa từng nghĩ đến việc sẽ thay đổi cả thế giới. Họ chỉ muốn kích hoạt Xerox Alto của PARC - máy trạm cá nhân đầu tiên với giao diện người dùng đồ họa và được coi là “tổ tiên” của Mac hiện đại - để kết nối và sử dụng máy in laser đầu tiên trên thế giới, Scanned Laser Output Terminal.

Đó không phải là một vấn đề dễ dàng. Mạng phải kết nối hàng trăm máy tính cùng một lúc và đủ nhanh để điều khiển máy in laser.

Metcalfe đã không cố gắng tạo ra mạng từ toàn bộ những gì hiện có. Ông đã sử dụng các tác phẩm trước đó để làm cảm hứng của mình. Đặc biệt, Metcalfe tìm đến bài báo năm 1970 của Norman Abramson về hệ thống phát thanh gói ALOHAnet. ALOHAnet được sử dụng cho các kết nối dữ liệu tại quần đảo Hawaii. Không giống như ARPANET, trong đó thông tin liên lạc dựa trên các kết nối chuyên dụng, ALOHAnet sử dụng tần số UHF chia sẻ để truyền dẫn mạng.

ALOHAnet đã giải quyết một vấn đề quan trọng: Công nghệ này đối phó ra sao khi hai tín hiệu radio được phát sóng cùng một lúc và tạo nên sự “va chạm” giữa 2 gói. Các node sẽ phát lại các gói "bị mất trong ether" sau khi chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên. Mặc dù hình thức tránh va chạm gói “nguyên thủy” này hoạt động tương đối tốt, nhưng thiết kế ban đầu của Abramson cho thấy ALOHAnet sẽ đạt đến lưu lượng truy cập tối đa khi chỉ mới sử dụng 17% hiệu suất tối đa tiềm năng của nó.

Metcalfe đã nghiên cứu về vấn đề này ở ngôi trường, nơi ông phát hiện ra rằng, với các thuật toán xếp các gói vào hàng đợi phù hợp, có thể đạt được 90% hiệu suất của lưu lượng truy cập tiềm năng. Công việc của ông đã trở thành cơ sở của các quy tắc kiểm soát truy cập media (Media Access Control - MAC) của Ethernet: Cho phép nhiều truy cập với tính năng phát hiện va chạm (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect - CSMA/CD).

Tuy nhiên, đối với PARC, một giải pháp không dây là không thực tế. Thay vào đó, Metcalfe chuyển sang cáp đồng trục. Nhưng thay vì gọi nó là CoaxNet hoặc gắn với tên ban đầu, mạng Alto Aloha, Metcalfe mượn một cụm từ “lỗi thời” từ lịch sử khoa học thế kỷ 19: Ether. Trong vật lý thế kỷ 19, "ether luminiferous" là thuật ngữ được sử dụng cho môi trường mà ánh sáng truyền qua.

Metcalfe giải thích trong một cuộc phỏng vấn năm 2009 như sau: “Toàn bộ khái niệm về một môi trường toàn diện (omnipresent ), hoàn toàn thụ động để truyền sóng điện từ không tồn tại. Đó là một thứ viển vông. Nhưng khi David [Boggs] và tôi đang xây dựng hệ thống mạng ở PARC, chúng tôi lên kế hoạch chạy dây cáp lên xuống ở mọi hành lang để thực sự tạo ra một môi trường toàn diện, hoàn toàn thụ động cho việc truyền sóng điện từ. Và trong trường hợp này là gói dữ liệu". Các node đầu tiên trên Ethernet được đặt tên là Michelson và Morley, sau khi các nhà khoa học này đã phát hiện ra sự không tồn tại của ether.

Vào ngày 22 tháng 5 năm 1973, Metcalfe đã viết một bản ghi nhớ cho ban quản lý PARC giải thích cách Ethernet hoạt động. Cáp đồng trục được đặt trong hành lang của PARC, và các máy tính đầu tiên được gắn vào mạng kiểu bus này vào ngày 11 tháng 11 năm 1973. Mạng mới tự hào có tốc độ 3 megabit/giây (Mbps) và ngay lập tức trở thành một hiện tượng tại thời điểm đó.

Trong vài năm tới, Ethernet vẫn là một hệ thống khép kín, nội bộ. Sau đó, năm 1976, Metcalfe và Boggs xuất bản một bài báo, "Ethernet: Phân phối gói chuyển mạch cho mạng máy tính địa phương". Xerox cấp bằng sáng chế công nghệ, nhưng không giống như nhiều công ty hiện đại, Xerox đã chia sẻ ý tưởng về Ethernet cho những người khác nữa.

Metcalfe, người đã rời Xerox để thành lập 3Com vào năm 1979, đưa ra ý tưởng này, sau đó thuyết phục DEC, Intel và Xerox đồng ý thương mại hóa Ethernet. Liên minh DIX, đã làm rất tốt việc này. DIX hy vọng sẽ làm cho Ethernet trở thành một tiêu chuẩn, nhưng ủy ban IEEE 802 lại không đồng tình với điều này. Phải mất nhiều năm, nhưng vào ngày 23 tháng 6 năm 1983, ủy ban IEEE 802.3 cuối cùng cũng đã chấp thuận Ethernet làm tiêu chuẩn. Nghĩa là, CSMA/CD của Ethernet đã được phê duyệt. Có một số khác biệt nhỏ giữa 802.3 và Ethernet II (a.k.a. DIX 2.0).

Đến nay, Ethernet đã đạt tốc độ 10 Mbps và đang trở nên phổ biến rộng rãi. Một phần, đó là vì thiết kế vật lý đã được cải thiện. Ethernet đầu tiên sử dụng cáp đồng trục 9,5 mm, còn được gọi là ThickNet. Để gắn thiết bị vào phương tiện vật lý 10Base5 này, bạn phải khoan một lỗ nhỏ trong chính cáp để đặt "vòi rồng", nên nó rất khó triển khai.

Cái gọi là Thinnet (10Base2) tức là sử dụng cáp theo kiểu truyền hình cáp, RG-58A/U. Điều này làm cho việc đặt cáp mạng dễ dàng hơn nhiều. Ngoài ra, bây giờ bạn có thể dễ dàng kết nối máy tính vào mạng bằng đầu nối chữ T. Nhưng 10Base2 lại xuất hiện một vấn đề lớn: Nếu cáp bị gián đoạn ở đâu đó, toàn bộ phân đoạn mạng đó sẽ bị hỏng. Trong một văn phòng lớn, việc theo dõi kết nối bị hỏng ở đâu đó trong toàn bộ mạng là một nhiệm vụ vô cùng khó khăn.

Ethernet những năm 1980

Đến những năm 1980, cả 10Base5 và 10Base2 bắt đầu được thay thế bằng cáp xoắn đôi (UTP) không có vỏ bọc. Công nghệ này (10BaseT) và nhiều “hậu duệ” của nó (như 100Base-TX và 1000Base-T) là những gì mà hầu hết chúng ta sử dụng ngày nay.

Vào đầu những năm 80, Ethernet phải đối mặt với sự cạnh tranh gay gắt từ hai công nghệ mạng khác: Bus token, được General Motors giành cho mạng nhà máy, và Token Ring nổi tiếng của IBM, IEEE 802.5.

Sử dụng băng thông của Token Ring hiệu quả hơn. Kích thước gói lớn hơn — Token Ring ở tốc độ 4 Mbps có kích thước gói là 4,550 byte, lớn hơn nhiều lần so với 1.514 byte của Ethernet 10 Mbps — khiến nó nhanh hơn Ethernet một cách đáng kể.

Một thách thức khác của Ethernet là Attached Resource Computer Network (ARCNET). Ban đầu được tạo ra vào những năm 1970 như một mạng lưới độc quyền bởi Datapoint Corp., như Ethernet và Token Ring, ARCNET đã chính thức xuất hiện vào những năm 1980. ARCNET cũng là một giao thức mạng dựa trên mã thông báo, nhưng nó sử dụng một bus chứ không phải là một cấu ​​trúc ring. Vào cuối thập niên 70, cấu ​​trúc dựa trên bus đơn giản của nó và tốc độ 2.5 Mbps khiến nó trở nên hấp dẫn hơn.

Một số điều đảm bảo chắc chắn rằng Ethernet sẽ giành chiến thắng. Thứ nhất, như Urs Von Burg mô tả trong cuốn sách của ông, The Triumph of Ethernet, DEC đã sớm quyết định sẽ hỗ trợ Ethernet. Điều này đã giúp hỗ trợ đáng kể cho công nghệ mạng trong quá trình chuẩn hóa IEEE.

Ethernet cũng là một tiêu chuẩn mở hơn rất nhiều. Token Ring của IBM đã được mở theo lý thuyết, nhưng Metcalfe đã nói rằng trên thực tế, thiết bị không phải IBM Token Ring hiếm khi làm việc với các máy tính của IBM. Ethernet sớm đã có hơn 20 công ty hỗ trợ nó. Các sản phẩm dựa trên các tiêu chuẩn cạnh tranh về chi phí của nó hoạt động cùng nhau. (Với các mạng cuối thập niên 1980, hầu hết chúng ta có xu hướng chọn một nhà cung cấp phần cứng cho Ethernet và gắn bó với thương hiệu đó).

Ethernet những năm 1990

ARCNET, chỉ tăng lên đến 20 Mbps vào năm 1992 với ARCNET Plus, chậm hơn cả vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990. Vì có nhiều nhà phát triển cùng làm việc trên đó, nên Ethernet cũng nhanh thu hẹp khoảng cách công nghệ với Token Ring.

Đặc biệt, 10BaseT, đã trở thành một tiêu chuẩn IEEE vào năm 1990, cho phép sử dụng các hub và switch. Ethernet được giải phóng này từ cấu ​​trúc bus cồng kềnh và cung cấp sự linh hoạt của cấu ​​trúc hình sao. Sự thay đổi này đã giúp các quản trị viên mạng dễ dàng quản lý mạng của mình và giúp người dùng linh hoạt hơn trong việc đặt máy tính cá nhân của họ. Vào đầu những năm 1990, Ethernet 10BaseT cũng rẻ hơn nhiều so với Token Ring.

Động thái cuối cùng giúp đánh bại hoàn toàn Token Ring là việc chuyển mạch Ethernet và Ethernet 100 Mbps. Ngày nay, vẫn có thể có các mạng Token Ring cũ đang hoạt động, nhưng chúng chỉ là sự tò mò về lịch sử mà thôi. Đồng thời, 802.11n và các công nghệ Wi-Fi khác đã trở nên vô cùng phổ biến. Nhưng để cung cấp kết nối mạng cho các điểm truy cập Wi-Fi, Ethernet sẽ luôn đóng một vai trò quan trọng.

Xem thêm:

• Lịch sử dây mạng
• Cáp Ethernet và cách thức hoạt động của nó
• Mạng có dây (Ethernet) tốt hơn mạng không dây (Wi-Fi) như thế nào?