В мае 2013 года ИТ-индустрия отметила сорокалетний юбилей Ethernet — участники торжественных мероприятий вспомнили невоспетых героев, которым эта технология обязана своим прогрессом, и оглянулись на основные вехи в истории развития отрасли, достигшей сегодня стомиллиардного оборота. Упоминался также и «закон», носящий мое имя. Согласно закону Меткалфа, полезность сети пропорциональна квадрату численности ее пользователей: V~N2. Появился он как концептуальный инструмент продаж Ethernet в начале 1980-х, а широкой публике стал известен в середине 90-х, когда Джордж Гилдер, до этого популяризировавший закон Мура [1], рассказал и о моем законе [2].

Сегодня США тратят огромные средства на «гигафикацию» Интернета — модернизацию инфраструктуры Сети для поддержки новых применений в широком круге областей, включая образование, энергетику и здравоохранение, причем как оправдание этих колоссальных инвестиций нередко упоминается, в частности, закон Меткалфа. Вместе с тем критики закона утверждают, что N2 — это преувеличение сетевого эффекта, а закон не только ошибочен, полагают они, но и опасен, учитывая что оценка сетевого эффекта играет центральную роль в принятии важнейших решений об инфраструктурных инвестициях. Такие решения, в том числе «благодаря» закону Меткалфа, в 90-х годах привели к печально знаменитому фиаско, известному как массовый крах доткомов. И сегодня, заявляют противники, из-за закона Меткалфа фондовый рынок необоснованно переоценивает стоимость интернет-компаний, таких как Google, LinkedIn, Facebook или Twitter. Однако никто, включая меня самого, раньше не предпринимал попыток собрать доказательную базу в пользу справедливости закона или против него. Так что в сороковую годовщину Ethernet я решил вернуться к своему закону и сопоставил его с ростом численности пользователей Facebook за последнее десятилетие и доходами этой компании, приняв их как меру полезности сети.

Как бы то ни было, независимо от точности, с которой закон Меткалфа прогнозирует рост полезности сети, он остается важным инструментом постановки целей в процессе разработки новшеств [3].

Рождение Ethernet

Появление на свет Ethernet произошло 22 мая 1973 года, когда я передал руководителям исследовательского центра Xerox PARC докладную записку с описанием возможного принципа действия локальной сети (рис. 1).

Закон Меткалфа сорок лет спустя после рождения Ethernet
Рис. 1. Схема Ethernet из записки для руководства Xerox PARC, поданной 22 мая 1983 года. С разрешения Xerox PARC

 

После основания корпорации 3Com, которая была создана в 1979 году в первую очередь для коммерциализации Ethernet, я с 1982 по 1984 год работал в ней вице-президентом по сбыту и маркетингу, а после того как в августе 1981 года был представлен IBM PC, мы наняли шесть торговых агентов, раньше занимавшихся мини-компьютерами, для продажи плат адаптеров Ethernet владельцам первых ПК. Поскольку мини-компьютеры стоили что-то около 30 тыс. долл., а наши платы — примерно тысячу, продавцы начали предлагать первым покупателям ПК сети Ethernet из 30 узлов, однако тогда мало кто понимал, зачем вообще нужна локальная сеть. Стоит ли говорить, что период времени, проходивший от первой встречи с потенциальным покупателем до покупки адаптера «стремился к бесконечности». Представьте себе менталитет начала 80-х — куда бы я ни сунулся со своим коаксиальным кабелем, мне везде говорили, что не собираются прокладывать новую проводку для передачи пакетов Ethernet между компьютерами, а если уж это так нужно, то пусть они передаются по электропроводке, которая и так уже везде есть. Сегодня, напомню, существует стандарт IEEE «наоборот» — на передачу электропитания по кабелям Ethernet.

На собрании, прошедшем в 1983 году на озере Тахо, команда 3Com по сбыту и маркетингу приняла решение снизить цену на платы Ethernet и предложить заказчикам стартовый комплект за 3 тыс. долл. на три узла со всеми кабелями, коннекторами и программным обеспечением на дискете. Цена комплекта была меньше установленной в большинстве компаний планки на сумму, выше которой обычно требовалось специальное разрешение руководства, — отважные ранние пользователи могли записать сетевые комплекты в счет оплаты текущих расходов. Наши торговые агенты сперва сомневались, поскольку комиссия за продажу такого комплекта для них была небольшой, но скоро ранние обладатели ПК вдруг начали закупать наши комплекты в неожиданно больших количествах.

Преимущество комплектов было в том, что они позволяли трем ПК делить один принтер и жесткий диск, который в те дни стоил немало — в 1983 году немногие компании могли позволить себе купить десятимегабайтный винчестер от IBM, предлагаемый с революционным на то время PC XT. Принтер Apple LaserWriter, появившийся двумя годами позже, стоил 7 тыс. долл. Таким образом, покупатели нашего стартового комплекта видели возможность амортизировать стоимость принтера и жесткого диска за счет объединения в локальную сеть трех ПК. А кроме того, по локальной сети можно было совершенно бесплатно обмениваться электронной почтой.

Итак, месяцы спустя торговые агенты 3Com вернулись к своим покупателям, чтобы продать им еще по 30 плат Ethernet. Но заказчики хотя и признали, что комплекты оправдали все обещания, жаловались, что пользы от столь маленьких сетей не много — в сети из трех человек переписываться по электронной почте особенно не о чем, хотя лично я в полной мере ощутил пользу от подключения настольных компьютеров к локальной сети еще в 1972 году. Почему же в 1983 году клиенты 3Com не ощутили того же, купив стартовые комплекты локальных сетей для ПК?

Сетевой эффект и закон Меткалфа

Примерно в то же время мне пришла в голову идея, которую через 15 лет назвали законом Меткалфа.

В ходе презентации для торговых агентов 3Com я поставил в проектор 35-миллиметровый слайд с графиком, изображенным на рис. 2, с целью показать, что, когда сеть слишком маленькая, ее стоимость больше, чем ее полезность, но когда сеть становится достаточно большой, достигая некоторой критической массы, то полезность растет без ограничений. Я утверждал, что общая полезность V сети пропорциональна квадрату числа общающихся по ней устройств: когда каждый из N узлов соединяется с N-1 остальных узлов, V будет пропорциональна числу возможных соединений, N* (N — 1), то есть приблизительно  N2.

Закон Меткалфа сорок лет спустя после рождения Ethernet
Рис. 2. Полезность сети пропорциональна квадрату количества подключенных к ней устройств

 

Вооружившись выкладками о преимуществах сетевого эффекта, торговые агенты 3Com отправились убеждать клиентов расширять сети Ethernet за пределы критической массы, которая по нашим оценкам составляла 30 узлов. Остальное, как говорится, история. Многие клиенты 3Com поверили нам и добавили к своим пробным сетям новые адаптеры Ethernet, а наша компания в конечном счете от сотен адаптеров за месяц пришла к миллионным продажам. В марте 1984 года 3Com разместила свои акции на NASDAQ, а пик оборота, составивший 5,7 млрд долл., пришелся на 1999 год.

Разумеется, клиентов 3Com убедил массово покупать платы Ethernet не только закон Меткалфа — цена адаптеров стремительно падала, и у них появлялись все новые приложения помимо печати и разделения дисков. Сегодня цена адаптеров Ethernet практически нулевая и входит в стоимость любого ПК, а Ethernet стал фактическим стандартом для «трубопроводов», передающих пакеты Интернета и локальных сетей, через которые большинство пользователей осуществляют доступ к электронной почте и WWW. Если Wi-Fi считать беспроводным вариантом Ethernet, то сейчас ежегодно в общей сложности продается свыше миллиарда портов Ethernet во всех типах кабельных и беспроводных устройств, от настольных ПК до мобильных телефонов.

На протяжении последних 30 лет, в то время как рост Интернета превосходил все ожидания, многие подвергают сомнению справедливость закона Меткалфа, хотя роль сетевого эффекта в расширении Интернета и росте числа приложений не отрицается. Сомнения в том, что полезность сети действительно растет пропорционально квадрату числа пользователей. Эти сомнения можно понять, особенно если учесть, что мой закон первоначально относился к сетям из 30 узлов, тогда как сегодня в Интернете их около 2,4 млрд.

Закон Меткалфа и другие

Закон Меткалфа — не единственный и даже не первый «сетевой» закон. Дэвид Сарнофф, руководитель Radio Corporation of America в 1930–1970 годы, которого называют отцом американского телевидения, предположил, что полезность широковещательной сети растет пропорционально числу зрителей: V ~ N. Но вещательные сети отличаются от Интернета тем, что из последнего можно извлекать пользу, общаясь как с источником вещания, так и друг с другом.

Дэвид Рид [4] постулировал, что «группообразующая сеть» может породить  2n сетей, то есть V ~  2n. Учитывая, что  2 растет не в пример быстрее, чем  N2, на фоне закона Рида жалобы на «сильное преувеличение» в адрес закона Меткалфа выглядят неуместными. Основная претензия к последнему была лучше всего выражена в публикации журнала IEEE Spectrum [5] Эндрю Одлизко, Бобом Бриско и Бенджамином Тилли, которые мой закон назвали «неверным» и «опасным». Предположив, что не все сетевые соединения одинаково полезны, и ссылаясь на закон Ципфа, Одлизко формулирует возражение, которое я буду называть законом его имени: рост полезности сети приблизительно равен N * ln(N). Однако закон Одлизко страдает от тех же двух проблем, что и мой собственный. Во-первых, как и  N2, график N*ln(N) с ростом N стремится к бесконечности. В законе Одлизко сетевая полезность растет медленнее, чем в законе Меткалфа, но также без ограничений. Во-вторых, ни один из нас до недавнего времени не попытался проверить справедливость своего закона на данных по реальным сетям.

Возвращение к закону Меткалфа

Чтобы возразить критике закона, я предпринял попытку проверить его в контексте реальных данных, рассматривая N в формуле V ~  N2 как функцию времени. При этом период времени ограничен — используются данные за десять лет работы сети Facebook, разумеется, воплощающей группообразующую сеть Рида. В компании постоянно сообщают об экспоненциальном росте количества пользователей, которое уже составляет миллиарды, ну а что же насчет групп? Склонны ли группы друзей в Facebook расти неограниченно или их численность приближается к некому пределу?

Тут самое время вспомнить о числе Данбара. Антрополог Робин Данбар предположил, что существует некий предел количества людей, с которыми человек может поддерживать постоянные социальные связи, — по его мнению, этот предел равен 150 [6], по другим предположениям, он находится в диапазоне от 100 до 230. В конце 2012 года у Facebook было примерно 1,06 млрд пользователей и 150 млрд связей между друзьями, то есть в среднем по 141 другу на пользователя, что поразительно близко к числу Данбара. Понятно, что часть новых пользователей Facebook еще не до конца сформировали свои сети друзей, а инструменты, имеющиеся в социальной сети, позволяют завести сколько угодно «френдов». Так что, скорее всего, предел числа друзей Facebook больше числа Данбара.

На рис. 3 приведены графики оценки роста числа пользователей и увеличения доходов компании Facebook за десять лет1

Закон Меткалфа сорок лет спустя после рождения Ethernet
Рис. 3. Графики роста количества пользователей Facebook и доходов компании за десять лет

 

Обещание Ethernet: эластичность пропускной способности

На праздновании сорокалетней годовщины Ethernet многие спрашивали, что сегодня означает слово Ethernet. Педанты объяснят, что Ethernet — это локальная сеть производительностью 2,94 Мбит/с с управлением доступом по методу CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), с восьмиразрядной адресацией, работающая на коаксиальном кабеле и использовавшаяся в Xerox PARC в 70-х. Другие уточнят, что Ethernet — это набор всевозможных стандартов семейства IEEE 802. Некоторые также отождествляют Ethernet с IEEE 802.3, то есть с кабельной локальной сетью, в отличие от беспроводной Wi-Fi — 802.11. Кто-то еще скажет, что Ethernet — это просто синоним локальной сети для ПК.

А я бы, как «главный», сказал, что Ethernet — это бренд, символ инновации. Однако бренды — это обещания, так что же обещает бренд Ethernet?

Ethernet базируется на открытых стандартах де-юре — в частности, на IEEE 802. Если говорить об уровнях протоколов Интернета, то это «трубопровод» физического уровня для передачи пакетов. Стандартизация обеспечивает максимальную интероперабельность и ускоряет снижение затрат за счет консолидированных инвестиций и ценовой конкуренции. В отличие от реализаций с открытым кодом, реализации Ethernet принадлежат их разработчикам, поэтому конкуренция между поставщиками Ethernet весьма ожесточенная, что заставляет их прислушиваться к заказчикам, снижать цены и продолжать разрабатывать новшества, сохраняя при этом интероперабельность своих продуктов. Стандарты Ethernet стремительно развиваются, но эта эволюция сдерживается обещанием обратной совместимости. Закон Меткалфа опирается на использование сетевого эффекта при сохранении парка установленного оборудования, не требуя создания сети заново с каждым новым поколением технологий.

Еще одно обещание бренда Ethernet — «постройте, и они придут». Рассмотрим для примера скорость передачи данных. Вначале у Ethernet она составляла 2,4 Мбит/с, а сегодня — 100 Гбит/с. IEEE стандартизует 400-гигабитный вариант, и не за горами появление терабитного. Когда скорость Ethernet повышалась в прошлые разы, многие подвергали сомнению необходимость очередной слишком высокой ступени, которая еще не нужна была существовавшим на то время приложениям. Но всякий раз перспективы Ethernet воплощались в жизнь: после очередных ускорений появлялись непредвиденные ранее приложения и возрастало число пользователей. Сегодня сети Ethernet прокладывают путь от мегабитного Интернета к гигабитному. Между тем растет и мобильный Интернет, и несмотря на соперничество между технологиями LTE и Wi-Fi, обе обмениваются пакетами с магистральными сетями Gigabit Ethernet.

Итак, сорок лет спустя Ethernet продолжает демонстрировать эластичность пропускной способности: чем больше она становится, тем больше нужно миру. Когда это закончится? Есть ли число Данбара для скорости Ethernet, быстрее которой сети не понадобятся? Пока нет.

***

Закон Меткалфа подразумевает существование «критической массы» — размера сети, после достижения которого доход от нее начинает становиться больше, чем затраты. Точку критической массы можно задать как отношение стоимости сети к полезности для ее участников. В Интернете это соотношение быстро начало стремиться к нулю. Почему?

Развитие сетей зависит от закона Мура, который говорит, что число транзисторов в интегральной схеме удваивается примерно каждые два года. Закон Меткалфа, в свою очередь, зависит от закона Мура в двух отношениях. С появлением более быстрых и дешевых процессоров и памяти создаются более полезные приложения, которым нужна все большая пропускная способность. Одновременно, благодаря более быстрым и дешевым сетевым чипам, снижаются затраты на эксплуатацию сетей.

Закон Мура, по прогнозам, будет действовать еще 15 лет. Подобные предсказания делались и раньше, но, поскольку эластичность пропускной способности Ethernet зависит от продолжения действия закона Мура, будем надеяться, что он в скором времени не натолкнется на одно из естественных ограничений, таких как скорость света, оптические пределы литографии, квантовые эффекты при уменьшении топологического размера элемента или перегрев.

Разумеется, закон Мура — это не закон природы, а скорее пророчество, сбываться которое заставляют открытия ученых и инвестиции производителей микросхем. Так что и в развитие Ethernet стоит продолжать инвестировать — «постройте, и они придут».

Литература

  1. Gilder G. Microcosm: The Quantum Revolution in Economics and Technology. Touchstone, 1989.
  2. Gilder G. Telecosm: The World after Bandwidth Abundance. Touchstone, 2000.
  3. Metcalfe B. There Oughta Be a Law. The New York Times, 15 July 1996.
  4. Reed D. P. That Sneaky Exponential — Beyond Metcalfe’s Law to the Power of Community Building. 1999. URL: www.reed.com/dpr/locus/gfn/reedslaw.html (дата обращения 11.02.2014).
  5. Briscoe B., Odlyzko A., Tilly B. Metcalfe’s Law Is Wrong. IEEE Spectrum, 1 July 2006. URL: http://spectrum.ieee.org/computing/networks/metcalfes-law-is-wrong (дата обращения 11.02.2014).
  6. Primates on Facebook. The Economist, 26 Feb. 2009.

Боб Меткалф (bob.metcalfe@utexas.edu) — профессор Техасского университета, лауреат Национального зала славы изобретателей, премии The Internet Hall of Fame, Почетной медали IEEE и Национальной технологической медали, присужденной за изобретение, стандартизацию и коммерциализацию Ethernet.

В русскоязычном переводе статья публикуется с небольшими сокращениями; в частности, опущены рассуждения автора относительно особенностей построения графиков. — Прим. ред.
Bob Metcalfe, Metcalfe’s Law after 40 Years of Ethernet. IEEE Computer, December 2013, IEEE Computer Society. All rights reserved. Reprinted with permission.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF