تاریخچه اترنت

قبل از هر چیز لازم است بدانیم که اترنت چیست؟ اترنت (Ethernet) به نوعی انقلاب عصر حاضر شبکه است که اختراع آن نقطه عطفی در روند پیشرفت تکنولوژی شبکه و افزایش اقبال عمومی شبکه پهناور اینترنت شد. هر روز انسان‌ها با شبکه اینترنت در ارتباط هستند. امروزه با سرعت بسیار بالا به اینترنت متصل می‌شوند و از محتوای آن استفاده می‌کنند. اگر به چند سال گذشته فکر کنیم، سرعت اتصال به دنیای اینترنت بسیار کند و ناامید کننده بود. تا جایی که امکان داشت از محتوایی که پس از ساعت‌ها جست و جو پبدا کرده‌اند صرف نظر کنند. اما همه این دنیای جذاب اینترنت چه وقت و چه طور آغاز شد. دنیای ارتباطات و شبکه‌های کامپیوتری به دو دسته قبل از اترنت و بعد از آن تقسیم می‌شود. در این مقاله قصد داریم تاریخچه اترنت را به صورت محتصر ارائه کنیم. با ما همراه باشید.
در دهه های ۶۰ و ۷۰ میلادی، شبکه کامپیوتری تکنولوژی تک کاره، پیچیده و بی نظمی بود، اما از رابرت متکف (Robert Melancton “Bob” Metcalfe) خواسته شد تا یک شبکه محلی (LAN) برای مرکز تحقیقات کمپانی زیراکس در پالو آلتو (PARC) طراحی و اجرا کند. اختراع او، اترنت، همه چیز را متحول کرد.
در سال ۱۹۷۲ وقتی متکف، دیوید باگز (David Boggs) و سایر اعضای تیم PARC برای رفع مشکل شبکه آن مرکز تحقیقاتی کار می کردند، گمان نمی‌کردند که روزی دنیا را تغییر دهند. قصد آنها فقط اتصال زیراکس آلتو (Xerox Alto) – اولین ورک استیشن شخصی دارای رابط گرافیکی و به نوعی پدر معنوی Macintosh – به اولین پرینتر لیزری جهان یعنی Scanned Laser Output Terminal بود. البته این مشکل ساده ای نبود. باید شبکه‌ای متصل به صدها کامپیوتر ایجاد می‌شد و به اندازه کافی سریع می‌بود تا بتواند پرینتر بسیار سریع آن زمان را به درستی کنترل کند.
متکف کار خود را بدون پیش زمینه شروع نکرد و از کارهای قبلی برای گرفتن ایده بهره برد. در واقع متکف از مقاله ۱۹۷۰ نورمن آبرامسون در مورد ALOHAnet packet radio system استفاده کرد.

ایده اولیه اترنت

در سال ۱۹۷۳ متکف، که به تازگی دکتری خود را از هاروارد گرفته بود، برای آموزش به پرسنل ارتش ایالات متحده برای استفاده از اولین شبکه‌ی پکت سوئیچینگ عملیاتی جهان، موسوم به ARPANET، زیاد به واشنگتن سفر می کرد. در طول حضورش در پایتخت در آپارتمان یکی از دوستانش اقامت داشت. روزی کتابی محتوی شرح کنفرانس‌های فدراسیون انجمن های پردازش اطلاعات آمریکا (AFIPS) از سال ۱۹۷۰ به چشمش خورد. در این کتاب گنجی نهفته بود، مقاله نورمن آبرامسون با عنوان «سیستم Aloha – جایگزینی دیگر برای ارتباطات کامپیوتری». در این مقاله ساخت شبکه‌ای از کامپیوترها بر پایه امواج رادیو توضیح داده شده بود؛ این شبکه بعدها به نام ALOHAnet شناخته شد. اگرچه متکف با برخی از جنبه های این مدل تکنولوژی موافق نبود اما این مقاله نظر وی را بسیار جلب کرد.
ALOHAnet برای ارتباط داده میان جزایر هاوایی استفاده می‌شد و بر خلاف ARPANET که در آن برقراری ارتباطات متکی به کانکشن های اختصاصی بود ALOHAnet از امواج مشترک UHF برای مخابره در شبکه استفاده می کرد.
ALOHAnet به یک مشکل اساسی رسیدگی کرده بود. این تکنولوژی اختلال امواج را برطرف می کرد؛ چون دو رادیو که همزمان امواج را ارسال می کنند بین امواج آن‌ها اختلال ایجاد می‌شود. اما در این سیستم نودها اطلاعات از دست رفته در هر پکت را پس از انتظار یک بازه زمانی رندوم دوباره ارسال می کردند؛ با اینکه این نوع ابتدایی از اجتناب تداخل پکت‌ها به نسبت خوب کار میکرد، اما طراحی اصلی آبرامسون نشان داد که ALOHAnet در بیشترین بار ترافیکی می‌تواند تنها از ۱۷ درصد کارایی بالقوه حداکثری خود استفاده کند.
متکف در حین تحصیلات تکمیلی روی این مسئله کار کرده بود. او کشف کرده بود که با الگوریتم صحیح صف بندی پکت‌ها میتوان بهره‌وری را تا ۹۰ درصد افزایش داد.
در PARC راه حل بی‌سیم چاره کار نبود. متکف بجای آن از کابل کواکسیال استفاده کرد. اما بجای اینکه شبکه اش را CoaxNet بنامد یا از نام اصلی آن یعنی Alto Aloha network استفاده کند از یک عبارت علمی منسوخ مربوط به قرن ۱۹ استفاده کرد. ether که در علم فیزیک قرن ۱۹ رواج داشت. در آن زمان به واسطه‌ی گسیل نور luminiferous ether میگفتند.
در مصاحبه ای در سال ۲۰۰۹ متکف توضیح داد که «کلا مفهوم وجود واسطه ای منفعل و موجود در همه جا برای انتشار امواج مغناطیسی وجود نداشت. تخیلی بود. اما وقتی من و دیوید (باگز) در حال ساخت این شبکه در PARC بودیم قرار بر این شد که از همه راهروها کابل رد کنیم تا واسطه ای منفعل و موجود در همه جا برای انتقال امواج الکترومغناطیسی یا در مورد کار ما دیتا پک بسازیم.». اولین نودهای نخستین اترنت نیز به افتخار دانشمندانی که عدم وجود اتر را کشف کردند، مایکلسون و مورلی نام گذاری شدند.

اولین طرح اجرایی Erhernet

در ۲۲ ماه مه سال ۱۹۷۳ متکف یادداشتی برای مدیریت PARC نوشت که در آن توضیح داده شده بود که اترنت چگونه کار می کند. کابل کواکسیال در راهروهای PARC نصب شد و اولین کامپیوترها در ۱۱ نوامبر ۱۹۷۳ به این شبکه با معماری bus متصل شدند. این اولین نمونه آزمایشی اترنت بود که سرعتی در حدود ۳Mbps داشت و بیش از ۱۰۰ ورک استیشن را با یک کیلیومتر کابل به هم متصل می‌کرد که موفقیت بسیار بزرگی در شروع کار بود.
طی چند سال بعد اترنت یک سیستم بسته درون سازمانی باقی ماند. سپس در سال ۱۹۷۶ متکف و باگز مقاله ای با عنوان “Ethernet: Distributed Packet-Switching for Local Computer Networks.” منتشر کردند. زیراکس حق انحصاری تکنولوژی را گرفت اما برخلاف اغلب کمپانی‌های مدرن زیراکس با در اختیار دیگران گذاشتن اترنت مشکلی نداشت.

پیشرفت و توسعه اترنت

متکف در سال ۱۹۷۹ زیراکس را به قصد تاسیس ۳Com ترک کرد؛ ایده اش را پرورش داد و DEC، اینتل و زیراکس را برای تجاری سازی اترنت متقاعد کرد؛ اما بعدها کنسرسیوم ایجاد شده موسوم به DIX، به همکاری در این مورد پایان دادند. گذشته از کشمکش‌های داخلی، DIX امیدوار بود که کمیته IEEE 802، اترنت را استاندارد شبکه اعلام کند، اما این کمیته قصد چنین کاری نداشت. این کار سال ها به طول انجامید تا سر انجام در ۲۲ ژوئن سال ۱۹۸۳ کمیته IEEE  اترنت را با کد IEEE 802.3 بعنوان استاندارد شبکه تایید کرد. تفاوت بسیار کمی میان IEEE 802.3 و آنچه تا آن روز تحت عنوان اترنت ۲ یا DIX 2.0 تکامل یافته بود مشاهده می شد.
تا اینجای کار اترنت به سرعت ۱۰Mbps رسیده و در مسیر محبوبیت گسترده قرار گرفته بود. این محبوبیت تا حدی به علت پیشرفت طراحی فیزیکی آن بود. اولین اترنت از کابل کواکسیال ۹.۵ میلیمتری (Thicknet) استفاده می کرد؛ پس از آن Thinnet) 10Base2) عرضه شد که از کابل هایی مانند کابل تلویزیون کابلی یا RG-58A/U استفاده می‌کرد. این کابل نصب شبکه را بسیار آسان‌تر کرد. بعلاوه امکان آن ایجاد شد که بتوان یک کامپیوتر را با کانکتور T به شبکه متصل کرد. اما ۱۰Base2 یک مشکل بزرگ داشت: اگر کابل در جایی قطع می شد، کل شبکه قطع می‌شد. در دفاتر بزرگ پیدا کردن محل دقیق قطع شدگی کابل بسیار مشکل بود.
تا دهه ۸۰ جای هر دو سیستم کابل کشی ۱۰Base5 و ۱۰Base2 را زوج به هم تابیده بدون شیلد (UTP) گرفت. این تکنولوژی، ۱۰BaseT، و نوادگان آن مانند ۱۰۰Base-TX و ۱۰۰۰Base-T چیزی است که ما امروزه از آن استفاده می‌کنیم.
در این سال‌ها کابل‌های فیبر نوری وارد دنیای شبکه شده‌اند که مزایای زیادی دارند و محدودیت‌های کابل شبکه زوج تابیده شده (Twisted Pair) مثل عدم پشتیبانی از فواصل دور را ندارند.

رقبای سرسخت

در اوایل دهه ۸۰ اترنت با رقبای سرسختی از دو تکنولوژی دیگر رو به رو شد. Token bus از شرکت جنرال موتورز برای شبکه کردن کارخانه و Token Ring که تکنولوژی بسیار محبوبی از IBM طبق استاندارد IEEE 802.5 بود.
استفاده از پهنای باند Token Ring بسیار کارآمد تر بود و سایز بسته‌های بزرگتر آن، آن‌را از اترنت بسیار سریعتر می کرد. Token Ring در سرعت ۴Mbps سایز بسته ۴۵۵۰ بایتی داشت در حالی که اترنت در سرعت ۱۰Mbps سایز بسته داده اش ۱۵۱۴ بایت بود. بر این اساس یک Token Ring شانزده مگابیتی برای افراد عادی که از سرعت واقعی شبکه سر در نمی‌آوردند بسیار سریع‌تر به نظر می‌آمد.
رقیب دیگر اترنت Attached Resource Computer Network) ARCNET) بود. ARCNET در ابتدا بصورت اختصاصی برای شبکه داخلی شرکت Datapoint ساخته شده بود؛ که بعدها در دهه ۸۰ مانند اترنت و Token Ring عمومی شد. ARCNET نیز یک پروتکل شبکه Token پایه است اما به جای معماری Ring از معماری Bus استفاده می‌کند. در روزگار خودش، دهه ۷۰، معماری ساده‌ی بر پایه BUS و سرعت ۲.۵ مگابیتی‌اش بسیار جالب توجه بود.

پیروزی اترنت بر رقبا

چند چیز اطمینان می‌داد که اترنت برنده این رقابت خواهد بود. اول اینکه، طبق گفته Urs Von Burg در کتاب The Triumph of Ethernet (پیروزی اترنت) DEC خیلی زود تصمیم به حمایت از اترنت گرفت. این کار کمک شایانی به پیروزی اترنت در پروسه استانداردسازی IEEE کرد.
همچنین اترنت استاندارد بسیار بازتری بود. باز بودن Token Ring شرکت IBM فقط در تئوری بود و طبق گفته متکف تجهیزات Token Ring که تولید IBM نبودند به ندرت با کامپیوتر‌های IBM همخوانی داشتند. اترنت خیلی زود حمایت ۲۰ کمپانی دیگر را به دست آورد. محصولاتش که از نظر قیمت، رقابتی و همچنین بر اساس استانداردها بوند، به خوبی با هم کار می‌کردند.
ARCNET که در سال ۱۹۹۲ با ARCNET Plus تا سرعت ۲۰Mbps رسیده بود، در اواخر دهه ۸۰ و اوایل ۹۰ از هر دو تکنولوژی دیگر کندتر بود. چون اترنت باز بود و توسعه دهندگان بسیاری روی آن کار می‌کردند به سرعت توانست فاصله تکنولوژی‌اش با Token Ring را از بین ببرد.
۱۰BaseT که در سال ۱۹۹۰ استاندارد IEEE را دریافت کرد، امکان استفاده از هاب و سوئیچ را فراهم کرد. این کار اترنت را از قید و بند معماری اغلب خشک BUS رهانید و انعطاف معماری Star را به ارمغان آورد. این تغییر دست مدیران شبکه را برای مدیریت شبکه بازتر گذاشت و به کاربران آزادی بیشتری در انتخاب محل قرار گیری کامپیوترشان داد. همچنین در اوایل دهه ۹۰ اترنت ۱۰BaseT بسیار ارزان‌تر از Token Ring بود.
آخرین میخ تابوت Token Ring معرفی گسترده سوئیچینگ اترنت و سرعت ۱۰۰ مگابیتی آن بود. هنوز هم ممکن است بعضی شبکه ها با استفاده از Token Ring اجرا شوند اما این‌گونه شبکه ها فقط جنبه تحقیقاتی دارند یا نتیجه کنجکاوی تاریخی برخی افراد می باشند. امروزه تکنولوژی‌های وای‌فای بسیار محبوب شده‌اند اما برای تامین شبکه Access Point وای‌فای، اترنت همواره نقش خواهد داشت.