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He disfrutado leyendo artículos de revistas sobre el 50 aniversario de Ethernet, incluido uno en The Institute. Inventada por los científicos informáticos Robert Metcalfe y David Boggs, Ethernet ha tenido un impacto extraordinario. Metcalfe, miembro del IEEE, recibió la Medalla de Honor del IEEE de 1996 y el Premio Turing 2022 de la Association for Computing Machinery por su trabajo. Pero hay más en esta historia que no es ampliamente conocido. Durante los años 1980 y principios de los 1990, dirigí el grupo de desarrollo avanzado de redes de Digital Equipment Corp. en Massachusetts. Fui testigo de primera mano de lo que fue un período de grandes oportunidades para las tecnologías LAN y de intensa competencia entre los esfuerzos de estandarización. DEC, Intel y Xerox se prepararon para sacar provecho del lanzamiento de Ethernet en la década de 1970. Pero durante la década de 1980 surgieron otras tecnologías LAN como competidoras. Los principales contendientes incluyeron el token ring, promovido por IBM, y el token bus. (Hoy en día, Ethernet y ambas tecnologías basadas en tokens son parte de la familia de estándares IEEE 802). Todas esas LAN tienen algunas partes básicas en común. Una es la dirección de control de acceso a medios (MAC) de 48 bits, un número único asignado durante el proceso de fabricación del puerto de red de una computadora. Las direcciones MAC se utilizan únicamente dentro de la LAN, pero son fundamentales para su funcionamiento. Y normalmente, junto con las computadoras de uso general en la red, tienen al menos una computadora de propósito especial: un enrutador, cuya tarea principal es enviar datos a Internet (y recibirlos de) en nombre de todas las demás computadoras. en la LAN. En un modelo conceptual de redes de décadas de antigüedad, la propia LAN (los cables y el hardware de bajo nivel) se conoce como Capa 2, o capa de enlace de datos. La mayoría de los enrutadores manejan otro tipo de dirección: una dirección de red que se utiliza tanto dentro como fuera de la LAN. Es probable que muchos lectores hayan escuchado los términos Protocolo de Internet y dirección IP. Con algunas excepciones, la dirección IP (una dirección de red) en un paquete de datos es suficiente para garantizar que el paquete pueda entregarse en cualquier lugar de Internet mediante una secuencia de otros enrutadores operados por proveedores de servicios y operadores. Los enrutadores y las operaciones que realizan se conocen como Capa 3, o capa de red. En una LAN token ring, cables de cobre de par trenzado blindados conectan cada computadora con sus vecinos ascendentes y descendentes en una estructura de anillo sin fin. Cada computadora reenvía datos desde su vecino ascendente a su vecino descendente, pero puede enviar sus propios datos a la red sólo después de recibir un paquete de datos corto (un token) del vecino ascendente. Si no tiene datos para transmitir, simplemente pasa el token a su vecino descendente, y así sucesivamente. En una LAN de bus de token, un cable coaxial conecta todas las computadoras de la red, pero el cableado no controla el orden en que las computadoras pasar la ficha. Las computadoras acuerdan la secuencia en la que pasan el token, formando un anillo virtual interminable alrededor del cual circulan datos y tokens. Mientras tanto, Ethernet se había convertido en sinónimo de conexiones de cable coaxial que utilizaban un método llamado acceso múltiple de detección de portadoras con detección de colisiones para gestionar transmisiones. En el método CSMA/CD, las computadoras que desean transmitir un paquete de datos primero escuchan para ver si otra computadora está transmitiendo. De lo contrario, la computadora envía su paquete mientras escucha para determinar si ese paquete choca con uno de otra computadora. Pueden ocurrir colisiones porque la propagación de señales entre computadoras no es instantánea. En el caso de una colisión, la computadora emisora ​​reenvía su paquete con un retraso que tiene un componente aleatorio y un componente exponencialmente creciente que depende del número de colisiones. La necesidad de detectar colisiones implica compensaciones entre velocidad de datos, longitud física y tamaño mínimo de paquete. Aumentar la velocidad de datos en un orden de magnitud significa reducir la longitud física o aumentar el tamaño mínimo del paquete aproximadamente en el mismo factor. Los diseñadores de Ethernet habían elegido sabiamente un punto óptimo entre las compensaciones: 10 megabits por segundo y una longitud de 1.500 metros. Una amenaza de la fibra Mientras tanto, una coalición de empresas (entre ellas mi empleador, DEC) estaba desarrollando un nuevo estándar ANSI LAN: la interfaz de datos distribuidos por fibra. El enfoque FDDI utilizó una variación del protocolo token bus para transmitir datos a través de fibra óptica, prometiendo velocidades de 100 Mb/s, mucho más rápidas que los 10 Mb/s de Ethernet. Una avalancha de publicaciones técnicas publicó análisis de los rendimientos y latencias de tecnologías LAN competidoras bajo diversas cargas de trabajo. Dados los resultados y las demandas de rendimiento de red mucho mayores que se esperaban de procesadores más rápidos, RAM y almacenamiento no volátil, el rendimiento limitado de Ethernet era un problema grave. FDDI parecía una mejor apuesta para crear LAN de mayor velocidad que Ethernet, aunque FDDI utilizaba componentes costosos y tecnología compleja. , especialmente para la recuperación de fallas. Pero todos los protocolos de acceso a medios compartidos tenían una o más características poco atractivas o limitaciones de rendimiento, gracias a la complejidad que implica compartir un cable o fibra óptica. Surge una solución. Pensé que un mejor enfoque que FDDI o una versión más rápida de Ethernet sería desarrollar una tecnología LAN que realizaba conmutación de almacenamiento y reenvío. Una tarde de 1983, justo antes de salir del trabajo para ir a casa, visité la oficina de Mark Kempf, ingeniero principal y miembro de mi equipo. Mark, uno de los mejores ingenieros con los que he trabajado, había diseñado el popular y rentable servidor terminal DECServer 100, que utilizaba el protocolo de transporte de área local (LAT) creado por Bruce Mann del grupo de arquitectura corporativa de DEC. Los servidores de terminales conectan grupos de terminales tontos, con sólo puertos serie RS-232, a sistemas informáticos con puertos Ethernet. Le conté a Mark mi idea de usar conmutación de almacenamiento y reenvío para aumentar el rendimiento de la LAN. A la mañana siguiente vino con un idea para un puente de aprendizaje (también conocido como conmutador de Capa 2 o simplemente conmutador). El puente se conectaría a dos LAN Ethernet. Al escuchar todo el tráfico en cada LAN, el dispositivo aprendería las direcciones MAC de las computadoras en ambas Ethernet (recordando qué computadora estaba en cada Ethernet) y luego reenviaría selectivamente los paquetes apropiados entre las LAN según la dirección MAC de destino. Las computadoras en las dos redes no necesitaban saber qué ruta tomarían sus datos en la LAN extendida; para ellos, el puente era invisible. El puente necesitaría recibir y procesar unos 30.000 paquetes por segundo (15.000 pp/s por Ethernet) y decidir si reenviar cada uno de ellos. Aunque el requisito de 30.000 pp/s estaba cerca del límite de lo que se podía hacer usando la mejor tecnología de microprocesador de la época, el Motorola 68000, Mark confiaba en que podría construir un puente de dos Ethernet utilizando sólo componentes disponibles en el mercado, incluido un Motor de hardware especializado que diseñaría utilizando dispositivos de lógica de matriz programable (PAL) y RAM estática dedicada para buscar direcciones MAC de 48 bits. Las contribuciones de Mark no han sido ampliamente reconocidas. Una excepción es el libro de texto Network Algorithmics de George Varghese. En una red mal configurada (una con puentes que conectan Ethernet en un bucle), los paquetes podrían circular para siempre. Estábamos seguros de que podríamos encontrar una manera de evitarlo. En caso de necesidad, un producto podría enviarse sin la característica de seguridad. Y claramente un dispositivo de dos puertos era sólo el punto de partida. Podrían seguir dispositivos de múltiples puertos, aunque requerirían componentes personalizados. Llevé nuestra idea a tres niveles de gestión, buscando aprobación para construir un prototipo del puente de aprendizaje que Mark imaginó. Antes del final del día, teníamos luz verde con el entendimiento de que un producto seguiría si el prototipo tenía éxito. Desarrollo del puente Mi gerente inmediato en DEC, Tony Lauck, desafió a varios ingenieros y arquitectos a resolver el problema del bucle de paquetes en Redes mal configuradas. En unos pocos días, teníamos varias soluciones potenciales. Radia Perlman, una arquitecta del grupo de Tony, proporcionó el claro ganador: el protocolo del árbol de expansión. En el enfoque de Perlman, los puentes se detectan entre sí, seleccionan un puente raíz de acuerdo con criterios específicos y luego calculan un árbol de expansión mínimo. Un MST es una estructura matemática que, en este caso, describe cómo conectar LAN y puentes de manera eficiente y sin bucles. Luego, el MST se usó para colocar cualquier puente cuya presencia crearía un bucle en modo de respaldo. Como beneficio adicional, proporcionó recuperación automatizada en caso de falla del puente. Un LANBridge 100 desensamblado, que fue lanzado por Digital Equipment Corp. en 1986. Alan KirbyMark diseñó el hardware y el código de bajo nivel sensible al tiempo, mientras que el ingeniero de software Bob Shelly escribió los programas restantes. Y en 1986, DEC introdujo la tecnología como LANBridge 100, código de producto DEBET-AA. Poco después, DEC desarrolló DEBET-RC, una versión que admitía un tramo de fibra óptica de 3 kilómetros entre puentes. Los manuales de algunos de los DEBET-RC se pueden encontrar en el sitio web de Bitsavers. La idea de Mark no reemplazó a Ethernet, y esa fue su brillantez. Al permitir la conmutación de almacenamiento y reenvío entre Ethernetes coaxiales CSMA/CD existentes, los puentes permitieron actualizaciones sencillas de las LAN existentes. Dado que cualquier colisión no se propagaría más allá del puente, conectar dos Ethernet con un puente duplicaría inmediatamente el límite de longitud de un solo cable Ethernet. Más importante aún, colocar computadoras que se comunicaban intensamente entre sí en el mismo cable Ethernet aislaría ese tráfico hacia ese cable, mientras que el puente aún permitiría la comunicación con computadoras en otros cables Ethernet. Eso redujo el tráfico en ambos cables, aumentando la capacidad y al mismo tiempo reduciendo la frecuencia de las colisiones. Llevado al límite, eventualmente significó darle a cada computadora su propio cable Ethernet, con un puente multipuerto que los conectara a todos. Eso es lo que llevó a una migración gradual desde CSMA/CD a través de coaxial a los ahora omnipresentes enlaces de cobre y fibra entre computadoras individuales. y un puerto de conmutador dedicado. La velocidad de los enlaces ya no está limitada por las limitaciones de la detección de colisiones. Con el tiempo, el cambio transformó por completo la forma en que la gente piensa sobre Ethernet. Un puente podría incluso tener puertos para diferentes tipos de LAN si los encabezados de los paquetes asociados fueran lo suficientemente similares. Nuestro equipo desarrolló más tarde GIGAswitch, un dispositivo multipuerto que admite tanto Ethernet como FDDI. Los puentes con un rendimiento cada vez mayor dejaron sin aliento a quienes desarrollaban nuevos protocolos de acceso LAN a medios compartidos. Posteriormente, FDDI desapareció del mercado frente a versiones más rápidas de Ethernet. La tecnología de puentes no estuvo exenta de controversia, por supuesto. Algunos ingenieros siguen creyendo que la conmutación de Capa 2 es una mala idea y que todo lo que se necesita son enrutadores de Capa 3 más rápidos para transferir paquetes entre LAN. En ese momento, sin embargo, IP no había ganado a nivel de red, y DECNet, SNA de IBM y otros protocolos de red luchaban por el dominio. La conmutación en la Capa 2 funcionaría con cualquier protocolo de red. Mark recibió una patente estadounidense para el dispositivo en 1986. DEC ofreció licenciarlo sin costo, permitiendo que cualquier empresa usara la tecnología. Eso llevó a un esfuerzo de estandarización del IEEE. Las empresas de redes establecidas y las nuevas empresas adoptaron y comenzaron a trabajar para mejorar la tecnología de conmutación. Otras mejoras, incluidos los ASIC específicos para conmutadores, las LAN virtuales y el desarrollo de medios físicos y electrónicos asociados más rápidos y menos costosos, contribuyeron constantemente a la longevidad y popularidad de Ethernet. El valor duradero de Ethernet no reside en CSMA/CD ni en sus medios coaxiales originales. sino en el servicio funcional y de fácil comprensión que proporcionó a los diseñadores de protocolos. Los conmutadores de muchas redes domésticas actuales descienden directamente de esta innovación. Y los centros de datos modernos tienen numerosos conmutadores con puertos individuales que funcionan entre 40 y 800 gigabits por segundo. El mercado de conmutadores de centros de datos por sí solo representa más de 10 mil millones de dólares en ingresos anuales. Lauck, mi gerente de DEC, dijo una vez que el valor de una arquitectura se puede medir por el número de generaciones de tecnología durante las cuales es útil. En ese sentido, Ethernet ha tenido un enorme éxito. Lo mismo puede decirse de la conmutación de Capa 2. Nadie sabe qué habría pasado con Ethernet si Mark no hubiera inventado el puente de aprendizaje. Quizás a alguien más se le hubiera ocurrido la idea. Pero también es posible que Ethernet se hubiera ido extinguiendo lentamente. Para mí, Mark salvó Ethernet.

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