IP over Ethernet #0.1 с чего все начиналось или кому мутаторы⁠⁠

Продолжение IP over Ethernet.  Часть 1.

Итак об локальных сетях.

Цифровая передача данных как полезная штука начала широко входить в жизнь простого бюргера в 80х годах XX века. Появились телетексты, минители, а с ISDN и разные пользовательские терминалы, объявления, службы такси, прогнозы погоды и т. д. и т. п. Это не считая RS-232 с модемами. Некоторой части общественности стали доступны локальные сети на работе, а некоторые даже занимались промышленной автоматизацией, используя какие-нибудь MODBUS/RS-485 или CAN.

Сети были относительно молодыми и нужны были для разного. К RS-485, например, подключались какие-нибудь промышленные контроллеры, передававшие телеметрию из какого-нибудь большого адронного гудронного коллайдера в недрах какой-нибудь ТЭЦ районной котельной, где не нужны были эти ваши мегабиты, а пары килобит хватало за глаза, да и доморощенных кулхацкеров на таких предприятиях обычно быстро выкидывали на мороз.

В офисах и на заводах жили arcnet, ethernet и token-ring. Причем где надо было качественно передавать данные - преимущественно аркнет и токенринг, а где надо было дешево и быстро - преимущественно эзернет. Собственно вот это главное.

А дальше будет не менее главное второстепенное.

RS-485, arcnet, ethernet и token-ring - сети с множественным доступом (каждый участник может передавать каждому) на то время использовавшие общую разделяемую физическую среду передачи (за исключением токенринга, где все несколько сложнее/проще). Одной из существенных проблем, которую обязательно нужно решить в такой схеме - необходимость передачи информации в сети от только одного участника в каждый момент времени при молчании всех остальных. Если передавать одновременно будут несколько устройств, в сети произойдет смешение сигналов с последующей потерей данных. Решить эту проблему технически можно разными способами. Один из самых простых вариантов в MODBUS поверх RS-485 - master-slave модель, при таком варианте одно устройство в сети назначается ведущим, а остальные ведомыми, ведущее устройство опрашивает ведомые по очереди, после запроса у ведомых есть определенное время на ответ в течение которого ведущее устройство молчит и ждет, не отправляя новых запросов.

В аркнет с токен-рингом использовалась передача маркера, при этом владеющее маркером устройство могло передавать информацию, а остальные молчали и ждали, после истечения времени маркер передавался следующему устройству участнику сети, а предыдущее устройство замолкало.

Два вышеописанных примера - маркерный доступ и модель ведущий-ведомый это варианты так называемого детерминированного доступа к среде передачи. В эзернет же использовался случайный или недетерминированный доступ с механизмом распознавания коллизий,  не особенно хороший и довольно сложный, иногда делавший 10ти-мегабитную эзернет сеть менее эффективной чем 2х-мегабитный аркнет.

И тем не меннее вокруг нас один сплошной эзернет, а остальные почили, ну RS-485 нет, но он и не ЛВС, а промышленная сеть, а вот новых arcnet и token-ring нам скорее всего уже не увидеть.

Итак сначала об топологиях ЛВС на то время:

Эзернет - шина, токенринг - кольцевая шина, нет кольцо,нет даже сложно точно сформулировать, скорее точка-точка-кольцо или точка1->точка2->точка3->точка1, кольцевые бусы?, аркнет смешанная шина/звезда, сеть-мечта с практически произвольной топологией. В эзернет и аркнет для создания физической среды передачи применялся коаксиальный кабель, в токенринге неэкранированная витая пара.

Что было хорошего у аркнет - отсутствие коллизий, почти произвольная топология, передача данных в общей среде передачи всем участникам одновременно, у токенринга - отсутствие коллизий, 4 мбит/с против 2.5 мбит/с у аркнет, международный стандарт, у эзернет - 2 и 10 мбит/с, международный стандарт. В отличии от сетей с маркерным доступом, где очевидно были ограничения на размерность сетевого адреса и соответственно на количество устройств в сети, в эзернет довольно быстро появились 48-битные уникальные MAC адреса с механизмом их получения для производителей устройств, что позволяло теоретически запилить сеть с сотнями или тысячами устройств.

Дальше произошло несколько событий, определивших текущее положение вещей.

Сначала у эзернет появилась звездчатая топология с концентраторами/хабами (hub) внутри (как у аркнет), использующая витую пару (как у токенринг). И это произвело революционные изменения в дальнейшем. После появления сетей с хабами оказалось возможным коренным образом изменить все, заменив хаб на новое устройство, которое незамедлительно появилось. Называлось оно коммутатор или switch (свич) и представляло собой специализированный сетевой компьютер, обрабатывающий пакеты данных как пакеты, а не как электрические сигналы. Появление свичей сделало эзернет совершенно отличным от других ЛВС технологий, управление сетью стало более простым, надежность и скорость работы сети значительно увеличились, увеличилась качественно и сетевая безопасность. Доступ к среде передачи стал почти детерминированным как у конкурентов, коллизии практически ушли в прошлое. Цифровая обработка пакетов сразу предоставила громадные возможности для фантазии и творчества разработчикам программного обеспечения для сетевых устройств на десятилетия вперед.

Токенринг и аркнет создали новые высокоскоростные протоколы, но на подножку уходящего перрона запрыгивать было уже поздно...

Мутация из хабов в коммутаторы стала первой из череды особо значимых революций эзернета, во многом предопределив более 25 лет назад, то что происходит сегодня.

Продолжение следует...