如果说对于大部分的家庭和商业网络用户来说，天天都在用的是什么网络，那么答案除了移动4/5G外，就是各种宽带网络使用的以太网了。那么，这个网络是怎么发明的，未来会走向何方？

以太网技术起源于施乐帕洛阿尔托研究中心的先锋技术项目。1973年，施乐公司的研究员梅特卡夫（Bob Metcalfe）发明了以太网。

1973年梅特卡夫设计以太网技术的原理草图

当时梅特卡夫建议的互连方案的最初目标是提供从计算机池对打印机的共享访问（如下图）。当然，后来以太网在 40 多年中的发展远不止于此！

梅特卡夫发明的以太网概念设计由来自斯坦福大学的同事，无线电和通信专家大卫·博格斯实现。在1976年，两人经过几年的施乐公司的内部以太网的运行经验，发表了一篇名为《以太网：区域计算机网络的分布式封包交换技术》的文章。这篇文章概述了以太网的设计原理和工作机制。

梅特卡夫（左）和博格斯

第一个以太网以2.94Mbps的速度运行，而第一个广泛采用的以太网技术以10Mbps的速度运行。最早期的以太网，并不是采用我们现在的RJ45水晶头配成对的双绞线的模式，而是类似有线电视的同轴电缆。实际上国内直到90年代，在各企事业单位、大专院校和研究所，仍然有大量基于同轴电缆的以太网内部网络在运行。下图上方就是一对同轴以太网线，而下方则是现在博物馆里的第一根以太网线。

1979年，梅特卡夫为了开发个人电脑和局域网离开了施乐，成立了著名的3Com公司。3Com对DEC、英特尔和施乐进行游说，希望与他们一起将以太网标准化、规范化。这个通用的以太网标准于1980年9月30日提出。当时业界有两个流行的非公用网络标准令牌环网和ARCNET，在以太网浪潮的冲击下他们很快萎缩并被取代。而在此过程中，3Com也成了一个国际化的网络硬件大公司（虽然最后被惠普公司收购）。最早的DIX标准没有版权保护，任何人都可以复制、使用。这使得以太网得以快速普及。

和当时流行的令牌环等网络技术不同，以太网采用CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）介质访问控制方法。每个以太网设备都监听总线上的信号，只有在检测到总线空闲时才能发送数据。

由于没有仲裁器，因而有可能会出现多个设备同时发送数据帧造成冲突的情况。在聆听总线时，每个设备都将检测是否产生了冲突。检测到冲突时，设备停止数据帧的发送并根据以太网内部的后退算法自行计算得到一个后退时间。在退避时间期满时，将再次尝试重新发送数据。

一个以太网帧由以下几个部分组成：

• 前导码（Preamble）：由一串交替出现的0和1构成，每一个以太网帧都以前导码打头。
• 帧起始符（SFD）：用于标识帧的开始。
• 目的MAC地址：指明该帧的目的地。
• 源MAC地址：指明该帧的源地址。
• 长度/类型字段：指明上层协议类型。
• 数据部分：承载上层协议的数据。
• 帧检查序列（FCS/CRC）：用于检测帧在传输过程中是否发生错误。

由于数据格式具备丰富的信息维度和足够的容错性，因此以太网具有当时其他网络协议和形式所不具备的特点：

• 采用分布式控制，没有中央控制设备。
• 采用CSMA/CD介质访问控制方法，简单高效。
• 可以连接任意供应商的设备，具有很强的互操作性。
• 可以在同一网段上连接多种不同速率的设备。
• 具有很强的扩展性，可以通过集线器和交换机扩展网络规模。

所以，基础技术的前瞻性，最终使得以太网成为了宽带和局域网传输的标准。

3Com成立后，和业界不断演进以太网标准。例如，线材从同轴电缆发展到了类似电话线的线对式“双绞线”，使用了RJ45水晶头；甚至开始用上光纤传输并使用光电转换模块进行最后“到桌面”的转换。协议方面，从早期的DIX，到后来的OSI体系的TCP/IP，进而演变为支持IPV4/IPV6……

而自1973年以来，以太网的速度翻了上千倍甚至更多。以太网已经成为国际电气电子工程师学会（IEEE）标准，并冠以IEEE的名义发布。以太网用于搭建从最小到最大、从最简单到最复杂的网络：它连接家用电脑和其他家用设备，连接支持服务器和台式机的有线网络，还连接支持智能手机、笔记本电脑、平板电脑的无线网络。以太网提供的网络连接构成了覆盖全球的互联网，它还将互联网连接到了办公室以及千家万户。以太网技术的发展经历了多个里程碑式的进步：

• 10Mbps以太网（10BASE5、10BASE2、10BASE-T）

• 快速以太网（100Mbps）

• 千兆以太网（1000Mbps）

• 10G以太网（10000Mbps）
  
  

预计到2030年前，以太网标准将最终达到1.6Tbps带宽水平，更好的承接光纤到桌面的网络带给AI和其他应用全新的应用体验！

以太网的发展也带动了相关技术的进步。例如，以太网集线器和交换机的出现使得网络更加可靠，接线更加方便。

经过40多年的发展，以太网已经成为全球最广泛应用的局域网技术。从最初的2.94Mbps到如今高达400GbE的速率，再到几年后的1.6Tbps，以太网不断推进自身的技术创新。未来，以太网将继续向着更高速率、更低功耗、更智能化的方向发展。例如，以太网正在向集成光电技术发展，以满足数据中心对高带宽、低延迟的需求。同时，以太网也在向工业控制、车载网络等新兴领域拓展应用。可以预见，以太网将继续发挥其作为通用局域网技术的优势，在未来的网络中扮演越来越重要的角色。

编辑：熊乐