誰(shuí)發(fā)明了以太網(wǎng)

2023-04-22 16:46:02|

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1946 年 4 月 7 日，也就是二戰(zhàn)結(jié)束的次年，在美國(guó)紐約布魯克林區(qū)的一個(gè)普通家庭，誕生了一個(gè)男嬰。

男嬰的父親，是一家陀螺儀工廠的技術(shù)員。而他的母親，則是一個(gè)普通家庭主婦。

【資料圖】

對(duì)于這個(gè)家庭來(lái)說(shuō)，剛剛經(jīng)歷完戰(zhàn)爭(zhēng)的波折，能夠喜得貴子，是一件非常開(kāi)心的事情。

夫妻倆對(duì)這個(gè)孩子寄予厚望，希望他長(zhǎng)大之后，能夠出人頭地，成為一個(gè)頂尖的工程師（那時(shí)候工程師是個(gè)很有地位的職業(yè)）。

果然，這個(gè)名叫梅特卡夫的男嬰沒(méi)有辜負(fù)他們的期望。他長(zhǎng)大后，在學(xué)習(xí)上表現(xiàn)出極高的天賦。1964 年，他高中畢業(yè)，成功考上了全美頂級(jí)名校（也是當(dāng)時(shí)一流工程師的搖籃）—— 麻省理工學(xué)院。

梅特卡夫的父母應(yīng)該不會(huì)想到，自己的孩子后來(lái)不僅真的成為了一名頂尖工程師，更是創(chuàng)立了一家世界 500 強(qiáng)企業(yè)。他的一項(xiàng)偉大發(fā)明，改變了無(wú)數(shù)人的生活，也給 IT 產(chǎn)業(yè)的走向產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

是的，這個(gè)梅特卡夫，就是以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)的發(fā)明人、著名科技公司 3Com 的創(chuàng)始人、梅特卡夫定律的提出者，羅伯特?梅蘭克頓?梅特卡夫（Robert Melancton Metcalfe）。

羅伯特?梅蘭克頓?梅特卡夫

█ 新秀初出茅廬，博士論文被拒

1969 年，23 歲的梅特卡夫從麻省理工學(xué)院順利畢業(yè)，拿到了電氣工程和工商管理兩個(gè)學(xué)位。一年后，他又拿到了哈佛大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位，并且繼續(xù)攻讀哈佛的博士學(xué)位。

在攻讀博士學(xué)位期間，梅特卡夫在麻省理工學(xué)院的 MAC 項(xiàng)目組找了一份工作。這個(gè) MAC 項(xiàng)目組，專門(mén)從事操作系統(tǒng)、計(jì)算理論和人工智能方面的研究，后來(lái)非常有名。

1969 年，美國(guó)國(guó)防部推動(dòng)建設(shè)的 ARPANET（阿帕網(wǎng)，也就是互聯(lián)網(wǎng)的前身）正式誕生，將四所名校的大型計(jì)算機(jī)進(jìn)行了互聯(lián)。

加州大學(xué)洛杉磯分校、加州大學(xué)圣巴巴拉分校、斯坦福大學(xué)、猶他州大學(xué)

梅特卡夫關(guān)注到了這一事件，覺(jué)得很有搞頭。于是，他極力建議哈佛大學(xué)和麻省理工，將校內(nèi)大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也接入 ARPANET。（梅特卡夫既是哈佛的研究生，也是麻省理工的研究員。）

傲慢的哈佛大學(xué)拒絕了他的建議，但麻省理工同意了。

很快，梅特卡夫完成了網(wǎng)絡(luò)接口的搭建，將麻省理工的大型計(jì)算機(jī)連接到了 ARPANET 上。

基于自己的設(shè)計(jì)和研究（在 ARPANET IMP 和 PDP-10 分時(shí)小型機(jī)之間建立了一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議軟件），他寫(xiě)了一篇博士論文，提交給哈佛大學(xué)的學(xué)位委員會(huì)。

1972 年 6 月，梅特卡夫的博士論文答辯失敗了，原因是學(xué)位委員會(huì)認(rèn)為他的論文缺乏“數(shù)學(xué)性”和“理論性”。

打擊并不僅僅來(lái)自于哈佛。在參與 ARPANET 項(xiàng)目時(shí)，梅特卡夫曾經(jīng)帶領(lǐng) 10 名美國(guó)電話電報(bào)公司（AT&T）的官員參觀 ARPANET 演示。結(jié)果，系統(tǒng)在演示時(shí)崩潰了。

梅特卡夫在回憶中寫(xiě)道：

“我痛苦地抬起頭，看到他們?cè)诔靶Ψ纸M交換（數(shù)據(jù)包交換）的不可靠。…… 這一點(diǎn)我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，這證實(shí)了電路交換技術(shù)（傳統(tǒng)固話所采用的技術(shù)）將繼續(xù)存在，而分組交換是一種不可靠的玩具，永遠(yuǎn)不會(huì)對(duì)商業(yè)世界產(chǎn)生多大影響。”

接二連三的打擊，讓梅特卡夫有點(diǎn)失落。不久后，他收到了施樂(lè)公司（Xerox）帕洛阿爾托研究中心（Palo Alto Research Center）實(shí)驗(yàn)室主任鮑勃?泰勒（Bob Taylor，阿帕網(wǎng)的主要發(fā)起人之一）的熱情邀請(qǐng)，讓他加入實(shí)驗(yàn)室，完成自己的論文。梅特卡夫欣然同意。

帕洛阿爾托研究中心，就是著名的 PARC 實(shí)驗(yàn)室。

PARC 實(shí)驗(yàn)室誕生了很多偉大發(fā)明，例如激光打印機(jī)、鼠標(biāo)、圖形化用戶界面（GUI）、位圖圖形等。喬布斯蘋(píng)果電腦的很多創(chuàng)新，都來(lái)自于這里。

█ 偶遇同行啟發(fā)，終獲項(xiàng)目成功

來(lái)到 PARC 實(shí)驗(yàn)室之后，梅特卡夫很快開(kāi)始了自己的工作。

當(dāng)時(shí)，PARC 實(shí)驗(yàn)室想要設(shè)計(jì)出世界上第一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)（也就是后來(lái)著名的 Alto）。梅特卡夫的任務(wù)，就是為這個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，讓它們互相連接起來(lái)。

建設(shè)一個(gè)多用戶終端的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，最大的問(wèn)題在于，如何協(xié)調(diào)各個(gè)計(jì)算機(jī)主機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)占用。

1960 年代初期，計(jì)算機(jī)科學(xué)家倫納德?克蘭羅克（Leonard Kleinrock）提出，可以采用數(shù)學(xué)里的排隊(duì)論，通過(guò)模擬交通擁堵和人們排隊(duì)，來(lái)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流。

ARPANET 采用了這個(gè)理論，并證明了它行之有效。

1971 年，夏威夷大學(xué)教授諾曼?艾布拉姆森（Norm Abramson），建立了一個(gè)名為 ALOHAnet（ALOHA 是夏威夷人常用的問(wèn)候語(yǔ)）的無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)，采用了一種比 ARPANET 更“激進(jìn)”的方案。

在 ALOHAnet 中，數(shù)據(jù)以微小數(shù)據(jù)包的形式傳輸。它并沒(méi)有嘗試避免數(shù)據(jù)包之間的沖突。相反，任何因沖突而導(dǎo)致消息丟失的用戶，只需在隨機(jī)的時(shí)間間隔后，重新嘗試發(fā)包，即可。

ALOHA 的工作原理

這就好比兩個(gè)人說(shuō)話。如果兩邊同時(shí)開(kāi)始說(shuō)話，那么雙方會(huì)立刻停下來(lái)。稍后，再重啟對(duì)話。幾次嘗試后，總會(huì)遇到一方?jīng)]有說(shuō)話的情況，問(wèn)題就解決了。

大家會(huì)發(fā)現(xiàn)，ALOHAnet 的策略，有個(gè)明顯的缺陷：它比較浪費(fèi)資源，在低流量的情況下，這種方式很有用，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)變得擁擠時(shí)，沖突會(huì)變得頻繁，傳輸效率將大幅下降。

閱讀了諾曼?艾布拉姆森的論文之后，梅特卡夫深受啟發(fā)。很快，他對(duì) ALOHAnet 的模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新模型。

在新模型中，計(jì)算機(jī)主機(jī)會(huì)基于沖突頻率，獨(dú)立調(diào)整傳輸重試的等待時(shí)間。如果沖突發(fā)生的次數(shù)很少，他們會(huì)很快重試；如果網(wǎng)絡(luò)擁擠，他們就會(huì)退出，以保持通信整體效率。

梅特卡夫的新模型，補(bǔ)足了自己論文的短板。很快，1973 年 5 月，他終于通過(guò)了哈佛大學(xué)的答辯，獲得了博士學(xué)位。（值得一提的是，哈佛大學(xué)并沒(méi)有發(fā)布他的論文，而是麻省理工學(xué)院發(fā)布的，這讓梅特卡夫耿耿于懷。）

在自己的研究項(xiàng)目中，梅特卡夫也引入了新模型。

1973 年 5 月 22 日，梅特卡夫分發(fā)了一份名為“Alto Ethernet”的備忘錄，正式提出了以太網(wǎng)（Ethernet）設(shè)想。

在備忘錄中，梅特卡夫繪制了以太網(wǎng)的工作原理草圖。他提出：“參與的站點(diǎn)，如 AlohaNet 或 ARPAnet，會(huì)注入它們的數(shù)據(jù)包，它們以每秒兆比特的速度傳播，會(huì)有碰撞、重傳和后退。”

備忘錄的部分頁(yè)面

梅特卡夫的以太網(wǎng)設(shè)想，結(jié)合了諾曼?艾布拉姆森的隨機(jī)重發(fā)機(jī)制、自己對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的調(diào)整以及 ALOHAnet 模型的其它改進(jìn)，以減輕沖突的影響。

這些理論創(chuàng)新中，有一些是由其他研究人員開(kāi)發(fā)的，但梅特卡夫是第一個(gè)將它們集成到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中的人。

對(duì)于以太網(wǎng)這個(gè)名字的由來(lái)，小棗君有必要解釋一下。

以前還沒(méi)發(fā)現(xiàn)電磁波的時(shí)候，人們提出了以太（ether），認(rèn)為它是無(wú)所不在的傳輸媒介（光就是通過(guò)以太傳輸）。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)，以太其實(shí)并不存在。

梅特卡夫采用了“以太網(wǎng)”這名稱，是將以太網(wǎng)同樣視為一種傳播媒介。他自己也得到了一個(gè)外號(hào)，叫做“以太爸爸（Ether Daddy）”。

1973 年 6 月，梅特卡夫獲準(zhǔn)建造一個(gè) 100 個(gè)節(jié)點(diǎn)的原型以太網(wǎng)。

為了完成邏輯設(shè)計(jì)、構(gòu)建電路板、編寫(xiě)微碼等復(fù)雜工作，梅特卡夫找來(lái)了斯坦福大學(xué)的研究生大衛(wèi)?博格斯（David R. Boggs）幫忙。

梅特卡夫（左）和博格斯（右）

1973 年 11 月 11 日，在他們倆的努力下，世界上第一個(gè)以太網(wǎng)原型系統(tǒng)正式誕生。

當(dāng)時(shí)，這個(gè)以太網(wǎng)的傳輸速率達(dá)到每秒 2.94 兆比特，比之前的終端網(wǎng)絡(luò)快大約 1 萬(wàn)倍。

█創(chuàng)立 3Com 公司，推動(dòng)以太網(wǎng)普及

以太網(wǎng)技術(shù)誕生之后，梅特卡夫極力建議施樂(lè)公司能對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化。但是，施樂(lè)公司管理層的響應(yīng)速度非常緩慢，遲遲沒(méi)有實(shí)際行動(dòng)。

1979 年，等了六年的梅特卡夫忍無(wú)可忍，離開(kāi)了 PARC 實(shí)驗(yàn)室。他決定自己創(chuàng)辦公司，推動(dòng)以太網(wǎng)技術(shù)的普及。他所創(chuàng)立的這家公司，就是后來(lái)著名的通信網(wǎng)絡(luò)企業(yè) ——3Com。

3Com 公司的名字，來(lái)自 3 個(gè)字母，分別是：computer（計(jì)算機(jī)）、communication（通信）、compatibility（兼容性）。這充分反映了梅特卡夫希望改善計(jì)算機(jī)通信兼容性的愿望。

3Com 成立后，通過(guò)銷售網(wǎng)絡(luò)軟件、以太網(wǎng)收發(fā)器，以及用于小型計(jì)算機(jī)和工作站的以太網(wǎng)卡，大大提高了以太網(wǎng)的商業(yè)可行性。

1980 年，在梅特卡夫的撮合下，當(dāng)時(shí)世界第二大計(jì)算機(jī)公司數(shù)字設(shè)備公司（DEC）、半導(dǎo)體公司英特爾公司（Intel）和大型系統(tǒng)供應(yīng)商施樂(lè)公司（Xerox），共同組成了一個(gè)技術(shù)聯(lián)盟，推出了 DIX（三個(gè)公司的字母開(kāi)頭）以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

不久后，1983 年，IEEE 專門(mén)成立了工作組，基于 DIX 標(biāo)準(zhǔn)的變體，推出了 IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)。

最早的 802.3，就是 10BASE5，只有 10Mbps 的吞吐量，介質(zhì)是粗同軸電纜，使用的是帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)（CSMA / CD，理工科同學(xué)應(yīng)該都熟悉）的訪問(wèn)控制方法。

除了以太網(wǎng)之外，美國(guó) IBM 公司和通用汽車公司也推出了自己的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。

尤其是 IBM 的令牌環(huán)技術(shù)，和以太網(wǎng)形成了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。最終，經(jīng)過(guò) 20 年的角逐，以太網(wǎng)勝出，令牌環(huán)被淘汰。

█功成名就之后，個(gè)人隱退轉(zhuǎn)型

整個(gè) 20 世紀(jì) 80 年代，梅特卡夫都在推動(dòng)以太網(wǎng)的普及。1984 年 3 月 21 日，3Com 公司成功上市。

80 年代中期，梅特卡夫提出了一個(gè)重要觀點(diǎn)，即：“一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值，和這個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的平方成正比”。這一觀點(diǎn)，就是著名的“梅特卡夫定律”。

該定律對(duì)于理解網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有重要的參考價(jià)值。

1990 年，梅特卡夫離開(kāi)了 3Com 公司，成為一名評(píng)論家和技術(shù)專欄作家。

那一時(shí)期的梅特卡夫，也犯了不少錯(cuò)誤。他的一些奇怪言論，經(jīng)常讓自己成為媒體調(diào)侃的對(duì)象。

1995 年，梅特卡夫認(rèn)為互聯(lián)網(wǎng)將在次年遭遇“災(zāi)難性崩潰”。他表示，如果自己預(yù)測(cè)錯(cuò)了，就把自己的話“吃掉”。

后來(lái)的事實(shí)證明，他確實(shí)預(yù)測(cè)錯(cuò)了。1997 年，在第六屆國(guó)際萬(wàn)維網(wǎng)會(huì)議上，他拿出了自己那篇文章的印刷本，把它和一些液體共同放入攪拌機(jī)。然后，在觀眾的歡呼聲中，他坦然地吃掉了攪拌后的漿狀物。一邊吃，他還一邊承認(rèn)了自己的錯(cuò)誤。

梅特卡夫的預(yù)測(cè)錯(cuò)誤還包括：Linux 將被 Windows2000 干掉；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將在 20 世紀(jì) 90 年代中期被放棄；2006 年，Windows 和 Linux 將無(wú)法處理視頻業(yè)務(wù)。……

不靠譜的預(yù)言家

2001 年，梅特卡夫離開(kāi)了媒體領(lǐng)域。他創(chuàng)辦了北極星風(fēng)險(xiǎn)投資公司，轉(zhuǎn)型為風(fēng)險(xiǎn)資本家。2011 年，梅特卡夫前往德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，擔(dān)任教授。

2022 年，他時(shí)隔 50 多年之后，再次回到了麻省理工學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室（之前的 MAC，現(xiàn)在改名為 CSAIL），成為一名研究員。

這期間，3Com 公司也經(jīng)歷了不少風(fēng)浪。

1999 年，3Com 的收入達(dá)到 57 億美元的峰值。但是很快，互聯(lián)網(wǎng)泡沫破碎，3Com 跌下神壇，市值大幅縮水。2009 年 11 月，3Com 公司被惠普以 27 億美元現(xiàn)金收購(gòu)，退出了歷史舞臺(tái)。

晚年的梅特卡夫，因?yàn)樽约涸谝蕴W(wǎng)方面的重大貢獻(xiàn)，獲獎(jiǎng)無(wú)數(shù)。

1996 年，他被授予 IEEE 榮譽(yù)勛章。2003 年，他收到了國(guó)家技術(shù)獎(jiǎng)?wù)潞婉R可尼獎(jiǎng)。2007 年，他入選了美國(guó)國(guó)家發(fā)明家名人堂。

前不久，也就是 2023 年 3 月 22 日，76 歲的梅特卡夫被美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）授予了 2022 年圖靈獎(jiǎng)，獎(jiǎng)金高達(dá) 100 萬(wàn)美元（來(lái)自谷歌公司）。

谷歌研究和人工智能高級(jí)副總裁杰夫?迪恩（Jeff Dean）在 ACM 的官方聲明中表示：

“今天，全球約有 70 億個(gè)網(wǎng)絡(luò)端口。以太網(wǎng)無(wú)處不在，我們對(duì)此習(xí)以為常。然而，人們很容易忘記，如果沒(méi)有鮑勃?梅特卡夫的發(fā)明和努力（即每臺(tái)計(jì)算機(jī)都必須聯(lián)網(wǎng)），我們的互聯(lián)世界就不會(huì)是現(xiàn)在的樣子?！?/p>