网络科普系列之一网络概述以及物理层实现（1）

　　计算机网络和以太网的起源以及以太网的历史沿革

　　什么是“网络”?

　　几个人认识的人聚在一起，几台插在同一个供电线路下的机器，几个zigbee模块组成mesh，都可以认为这些事物组成了网络。在这里我暂且下一个定义：由如干个节点通过某种手段进行连接，使之可以进行信息或者物质的传递，那么认为这几个节点组成的结构即为网络。

　　本系列提到的网络专指计算机组成的网络。

　　和很多其他的科技类似，计算机网络的发明是由军事催生的，最早是美国军方希望组建一个部分被摧毁而其余部分仍能工作的计算机联网系统，这就是阿帕网，英文简称为ARP-NET，是不是对这个名字感到熟悉？阿帕网是现代计算机网络的始祖，在阿帕网上，诸如TCP/IP之类的协议开始最早的实验和发展。阿帕网和目前使用的网络并没有太大的关系，目前使用最广泛的底层组网标准是以太网。

　　以太是什么？其实初中物理课就提到过这个名词，古希腊的哲学家争论关于光的传输介质的时候，凭空发明了一个名词：ether，译作以太。以太被认为是光的传输介质，看不见摸不抓又处处都在，在接下来上十年的学校教育历程中，我接触过很多这样“看不着摸不着“很难描述的物质，比如以太，比如场。而信息课本上的以太网和同期出现的LAN,WAN和MAN一样，是一个当时我无法理解的词，甚至直到大学的《网络信息基础》课，我还是没有用完全搞清楚。我初中的信息技术老师跟我说，以太网就是，在你拨号成功之前，你连接的运营商组建的网络就是以太网，拨号成功之后，运行商才会把你接入互联网。现在想起来，他说的不能算错，但是把以太网和互联网对立起来就不对了。

　　以太网是由IEEE802.3的一系列协议来实现TCP/IP五层模型中的物理层和链路层（实际上以太网只包含链路层的介质访问层）的技术。而物理层和链路层处于TCP/IP五层模型的最底下两层，所以以太网是英特网的实现基础之一，但不是唯一，以太网是有线网络的一种标准，移动通信网络和无线局域网络就不属于以太网。而机房内部局域网，国家三大基础电信运营上的骨干网用的也不一定是以太网。

　　以太网是美国施乐（XEROX）公司发明的，没错就是那个做复印机的。上世纪六七十年代的施乐成立一个实验室，请记住这个实验室的名字，帕洛阿尔托研究中心，这是一个现代科技史绕不开的名字，除了以太网它还发明了个人电脑，激光打印机等。最初的以太网就是给施乐内部用的，速度不到十兆，还是半双工的，用的同轴电缆。后来施乐联合了英特尔和DEC等后来的巨头发布了EtherNet II标准，这个标准被IEEE确定为IEEE802.3，现在我们用的以太网名字也叫EtherNet II，但它只有10Mbps的速度，还是半双工的，用的也是同轴电缆。之后经过几十年的发展，以太网也发展出百兆，千兆，万兆，十万兆，用的也从同轴电缆升级成到双绞线和光纤，协议也从IEEE802.3发展出IEEE802.3u,IEEE802.3z,IEEE802.3ab,IEEE802.3an等附加协议。目前我们生活中用的以太网速度基本都是在百兆或者千兆，而英特尔最新的Z490芯片组已经开始使用2.5G的以太网。

　　除了以太网目前还有其他的一些技术实现网络接入或连接的手段，比如最常见的移动通信网络的4G和5G，WIFI5和WIFI6，甚至蓝牙也能提供网络接入，更有甚者，把两台带雷电口的PC用根雷电线接起来，也能形成工作组。以此各位总可以得出结论，以太网只是一个搭建网络的底层技术，它只决定网络传输的上限，比如你买一个WAN口为百兆口的路由器进行PPPOE拨号，即使你办理的是500M宽带，那你的下载速度任然过不了12.5MB/s。

　　10M以太网被称为标准以太网，使用三类双绞线网线可以让信号传输100米的距离；100M以太网被称为快速以太网，使用两对五类双绞线传输，距离也是至少100米；1000M以太网被称为吉比特以太网，使用4对五类或六类线进行数据传输，距离同样是至少100米。本章的下一节将具体讨论它们该如何实现和原理。