以太网技术史与施乐 PARC 的创新传奇

1.ETH 以太网的发展历史

以太网是由 David Boggs 和 Robert Metcalfe 等团队于 20 世纪 70 年代初在施乐帕洛阿尔托研究中心 (PARC) 创建的。1983 年，电气和电子工程师协会 (IEEE) 批准其作为一种新型通信标准。

Xerox PARC 是美国的一个科技研发机构，成立于 1970 年，坐落于加利福尼亚州的帕罗奥多

施乐帕罗奥多研究中心（Xerox PARC）在 2002 年 1 月 4 日起成为独立子公司帕罗奥多研究中心公司，它是许多现代计算机技术的诞生地，其创造性的研发成果包括：个人电脑 Xerox Alto、激光打印机、鼠标、以太网；图形用户界面、Smalltalk、页面描述语言 Interpress（PostScript 的先驱）、图标、下拉菜单、所见即所得文本编辑器、语音压缩技术等。

David Boggs 和 Robert Metcalfe

David Boggs 正在调试一种 Alto 以太网卡

1972 年末，Robert Metcalfe 和他的 Xerox PARC 同事开发了第一个实验性以太网系统，用于互连 Xerox Alto（带有图形用户界面的个人工作站）。实验性以太网用于将 Altos 相互连接，以及与服务器和激光打印机连接。实验以太网接口的信号时钟源自 Alto 的系统时钟，这导致实验以太网上的数据传输速率为 2.94 Mbps。罗伯特·梅特卡夫 (Robert Metcalfe) 的第一个实验网络称为 Alto Aloha 网络。

20 世纪 70 年代的 Xerox Alto 工作站

实验性以太网系统(Alto Aloha 网络)。通信频率为 2.94 Mbps，特殊的同轴电缆长达 2.5 公里（每 500 米有一个中继器），借助收发器最多可以连接 256 台计算机连接到电缆。这些机器连接到称为多点电缆的中央电缆，其工作速度为 2.94 Mb/s

Robert Metcalfe 在 1973 年为 Xerox PARC 撰写的一份文档中提出了以太网的概念，标志着以太网发展的开始。在该份文档中，Robert Metcalfe 将实验性以太网的名称由 Alto Aloha 网络改名为 Ethernet 以太网，以明确该系统可以支持任何类型的计算机，并指出他的新网络机制的发展远远超出了 Aloha 系统。他选择以“以太 ether”一词作为名称的基础，以此来描述该系统的基本特征：物理介质（即电缆）将数据位传送到所有站点，这与旧的“发光以太”的方式非常相似曾经被认为可以通过空间传播电磁波。在 1976 年，Robert Metcalfe 和他的助手 David Boggs 正式发表了关于以太网技术的文章，名为《以太网：区域计算机网络的分布式数据包交换技术》。

Robert Metcalfe 于 1976 年绘制的关于以太网工作原理的草图，在当年 6 月的全国计算机大会上展示

在 1982 年，Xerox 与 DEC 及 Intel 组成 DIX 联盟，并共同发表了 Ethernet Version 2（EV2）的规格，并将它投入商场市场，且被普遍使用。而 EV2 的网络就是目前受 IEEE 承认的 10BASE5，它使用粗同轴电缆作为物理介质,最大传输距离达 500 米,传输速率为 10Mbps。以太网技术在市场上取得了巨大成功，以至于在 1978 年 12 月，Intel 和 Xerox 就通用 10Mb/s 以太网标准 DIX 达成一致，该标准于 1983 年成为 IEEE 802.3 标准。

在 1995 年，IEEE 发布了支持高达 100Mbps 传输速度的快速以太网（Fast Ethernet）标准，相较于传统的 10Mbps 以太网，快速以太网在数据传输速度和性能上有显著提升，但仍然保持了以太网的兼容性和稳定性。

到了 2002 年，IEEE 进一步推出了千兆以太网标准，即 IEEE 802.3ab，支持 1Gbps 的传输速率。千兆以太网可以使用光纤、五类或更高级别的双绞线作为传输介质。

随着技术的发展，2009 年 IEEE 发布了 10Gbps 以太网标准，即 IEEE 802.3ae，支持 10Gbps 的传输速率，它是我们当前使用的主流以太网标准，10Gbps 以太网主要使用光纤作为传输介质。

光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，利用“光的全反射”原理进行通信

光猫可以将光纤信号转换为电信号，以便用户设备能够通过传统的双绞线（如 RJ45 接口）接入互联网

2.ETH 以太网协议简介

在 WI-FI 普及之前，以太网是连接设备的方式。通过在局域网 (LAN) 或广域网 (WAN) 中运行以太网电缆，我们可以在不同支持以太网的设备之间来回发送数据：

在家中，最常见的以太网连接方案就是用户通过光纤将光猫连接到 ISP（互联网服务提供商），光猫通过网线（通常是 RJ45 接口）连接到家庭网络中的路由器或交换机，其他设备（如电脑、智能电视、游戏机等）通过网线或无线方式连接到路由器或交换机，以访问互联网。

家庭常用网络连接方案

多个设备之间通过网线直接连接，也可以连接到同一个以太网集线器或交换机上，上图为以太网连接使用的 RJ45 接口，以太网使用双绞线电缆作为物理介质进行数据传输，采用差分信号传输,提高抗干扰能力

以太网(Ethernet)是一种广泛使用的有线局域网技术,它是 IEEE 802.3 标准系列的基础，其基本工作原理为：通过网络上多个节点(Node)传输数据，各节点间以电缆或光纤通道等媒介进行传输，每个节点都有其特定的地址-MAC (Media Access Control) 地址，它是一组 48 位的数组，通常使用 16 进制表示,如 00:11:22:33:44:55。以太网具有以下主要特点:

• 物理层技术:
  • 采用总线型拓扑结构
  • 使用 CSMA/CD(载波监听多路访问/碰撞检测)媒体访问控制机制
  • 支持 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 等不同传输速率
• 数据链路层协议:
  • 定义了以太网帧的格式和数据封装方式
  • 包括 MAC 地址寻址、差错检测等功能
• 网络互联设备:
  • 以太网交换机(Switch)用于实现网络层面的互联
  • 以太网网卡(NIC)用于将主机接入以太网
• 应用场景:
  • 适用于中小型局域网环境
  • 广泛应用于企业、校园、家庭等网络环境
• 发展历程:
  • 最初的 10Mbps 以太网
  • 后来发展到 100Mbps 的 Fast Ethernet
  • 现在主流是 1000Mbps 的 Gigabit Ethernet

这里，我们汇总了不同种类以太网的通信速率、采用标准和名称等信息：