昨日，计算机协会宣布：现年76岁的以太网发明者、3Com 公司创始人鲍勃·梅特卡夫 (Bob Metcalfe)获得2022 ACM AM图灵奖，以表彰其以太网的发明、标准化和商业化！

鲍勃表示，该奖项代表了对网络作用的重要认可，网络在更广泛的计算机科学领域占据了一个“小角落”。

原始以太网以 2.94mbps 的速度运行。如今，千兆以太网部署广泛，400G 以太网在超大规模企业、电信公司和其他需要超高速骨干网的组织中正慢慢崛起。在实验室和路线图上，出现了800Gbps以太网甚至1.6Tbps 以太网的身影。鲍勃表示：以太网的速度没有限制——下一个前沿是单波长的 1.6T/bit 以太网。

作为迄今为止使用最广泛的局域网 (LAN) 技术，以太网可以使用简单的用户界面连接交换机、路由器和计算机等设备。自1973年问世以来，以太网不断发展壮大，不仅在传输速度和可靠性方面取得了巨大进展，同时也在应用范围和拓扑结构方面有了更多的变化。

今年是以太网诞生的50周年，在OFC 2023会议上，以太网联盟发布了最新的以太网路线图。

2023以太网路线图

自 2015 年以来，以太网联盟定期发布新版本的路线图，为业界提供一种简单、图形化的方式来了解以太网的更新和进步。

以太网联盟（Ethernet Alliance）成立于2005年，是一个非营利性组织，致力于推动以太网技术的发展和应用。该组织由以太网产业中的各个领域的公司和组织组成，包括芯片厂商、系统集成商、网络设备制造商、协议分析仪器厂商、网络测试仪器厂商、数据中心运营商、网络咨询公司等等。

（以太网路线图1）

（以太网路线图2）

2023以太网路线图是以太网50周年特刊，主要包括如下几部分：

第 1 张图：详细说明速度和应用空间的图示

盘点了以太网在传统及新兴领域的应用、特点和速度。后文有详细介绍。

第 2 张图：可视化以太网生态系统和相关技术

包括以图形模拟真实世界运行的可视化以太网生态系统、最新接口和术语表、FATTER PIPES、以太网单通道速度、信令方法、光学演进。

以太网联盟主席Peter Jones表示：“我们正处于以太网发展的半个世纪。作为一种发展速度越来越快且极具弹性的技术，以太网是推动市场多元化和推动业务增长的创新引擎。”

那么，我们回到50年前，重新认识一下以太网的发展。

以太网是如何诞生的

1972年，Bob Metcalfe作为网络专家受雇于Xerox公司，当时他的第一个任务是把Xerox公司Palo Alto研究中心（PARC）的计算机连接到阿帕网。Metcalfe设计了一套网络，把PARC的计算机连接起来。因为该网络是以ALOHA系统（一种无线电网络系统）为基础的，又连接了众多的Xerox公司Palo Alto研究中心的计算机，所以Metcalfe把它命名为ALTO ALOHA网络。

ALTO ALOHA网络在1973年5月开始运行，Bob Metcalfe把这个网络正式命名为以太网（Ethernet），这就是最初的以太网试验原型。

原始以太网系统图

20 世纪 70 年代初，昂贵的大型计算机占据主导地位，因此这个计算环境在当时很令人瞩目。那时，很少有地方能负担得起大型计算机的购买和维护，也很少有人会用大型计算机。Palo Alto研究中心的这些发明为计算世界带来了革命性的突破。

革新的一个主要推动力是以太局域网的应用实现了计算机间的通信。随着互联网的发展，这种计算机间的全新交互模式将人类带入了崭新的通信技术时代。

Metcalfe发明的第一个以太网以2.94Mbps速度运行，第一个广泛采用的以太网技术以10Mbps速度运行。自此之后至今，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。下表列出了各代以太网技术。

100M以太网

起初广泛使用的以太网只有10Mbps的吞吐量，网络运行的介质是粗同轴电缆，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问(CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。

整个 20 世纪 80 年代，以太网的速度都比联网计算机的速度快，这使得网络和计算机间实现了很好的匹配。但随着网络的发展和各项网络技术的普及，标准以太网技术已难以满足人们对网络数据流量和速率的需求。

最开始有些人认为 CSMA/CD 以太网系统的速度极限是 10 Mbit/s，但令他们吃惊的是，通过改进，以太网的速度翻了十倍。

1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。同时EEE802工作组对100Mbit/s以太网的各种标准进行了研究，并于1995年4月发布了IEEE 802.3u 100Base-T快速以太网标准，快速以太网时代到来。

随着快速以太网的出现，人们可以搭建多速率的双绞线以太网接口，实现 10 Mbit/s 或 100 Mbit/s 的速度。这些接口可以通过一个自动协商协议自动设置速度，从而轻松实现以太网系统从 10 Mbit/s 到 100 Mbit/s 的转变。

1000M以太网

1998 年，以太网再次升级，这次它的速率又翻了十倍。千兆以太网(Gigabit Ethernet)也称为吉比特以太网。千兆以太网标准描述了把光纤和双绞线作为传输介质、速率高达每秒 10 亿位的系统。千兆以太网让骨干网络速度更快，从而能够连接到更高性能的服务器。

千兆以太网的双绞线标准提供了面向台式机的高速连接。多速率双绞线以太网接口可支持三种速率：10 Mbit/s、100 Mbit/s 和 1000 Mbit/s，通过自动协商协议实现速度的自动配置。

10G、40G和100G以太网

以太网的发展并没有就此止步，而是选择继续突破早期设计限制。

万兆以太网(10 Gigabit Ethernet，10GE)也称为10吉比特以太网，是继千兆以太网之后产生的高速以太网。在千兆以太网的IEEE 802.3Z规范通过后不久，IEEEE成立了高速研究组（High Speed Study Group，HssG)，该研究组主要致力于10GE的研究。

2003 年发布的 10 Gbit/s 以太网标准，定义了一个速度为每秒 100 亿位的光纤系统。2006 年，双绞线 10 Gbit/s 标准发布，支持在扩展 6 类（CAT-6A）双绞电缆上进行每秒 100 亿位的传输。现在，双绞线以太网接口可以支持 4 种速率：10 Mbit/s、100 Mbit/s、1000 Mbit/s 和 10 Gbit/s。

40 Gbit/s 和 100 Gbit/s 以太网标准发布于 2010 年，定义了 40 Gbit/s 和 100 Gbit/s 介质系统。至此，介质系统可以在光纤电缆和短程铜同轴电缆上承载 40 Gbit/s 和 100 Gbit/s 的以太网信号。

200G、400G以太网

200G以太网标准和400G以太网标准均由IEEE 802.3以太网工作组所批准。采用类似100G以太网的广泛技术，已于2017年12月6日获得批准。

其中，400G以太网标准于2013年首次提出，该标准采用了100Gbps PAM4调制；2015年该工作组在400G以太网标准的基础上制定了200G以太网标准，在PAM4中使用50Gbps传输。也就是说，400G以太网标准发布早于200G以太网标准。

200/400GbE标准覆盖各种互连应用，超高带宽可完全满足云扩展数据中心、互联网交换、主机托管服务、服务供应商网络等各种带宽密集型应用的需求，并大大降低端口成本。

800G以太网

与200G、400G以太网相比，800G以太网是全新的技术，目前，已有多个工作组提出来800G以太网的规范。

目前，IEEE还没有制定800G以太网的标准，但以太网技术联盟（ETC）已经在2020年4月制定了用于800G以太网的800GBASE-R规范。ETC宣称该规范尽可能地利用400GbE的标准来建立一个800GbE MAC（媒体访问控制）和PCS（物理编码子层）规范，并降低用户可以在以太网端口上实现多速率的成本。800GBASE-R规范采用的仍然是400G以太网中现有的106.25G通道，目的是将PCS的总通道数增加一倍（也就是从4条增加到8条）。

以太网发展速度

2023年以太网应用

进入2023年，50岁的以太网早已融入了各行各业，并有了新的变化。在以太网联盟发布的《2023以太网发展路线图》中，联盟介绍了以太网在汽车行业、企业和园区应用、服务提供商、工业领域、云提供商等领域的应用及速度。

汽车行业是以太网最新的成功案例之一。Forecasts 预测，到2023年底，以太网端口的出货量将达到7亿个。汽车内的以太网链路使用单对以太网(SPE)提供数据，以降低成本，同时提供规模经济和互操作性。

更丰富的多媒体体验、自动驾驶辅助系统(ADAS)、自动驾驶汽车的推出以及传统车载网络(IVN)技术向以太网的融合是以太网应用于汽车的主要驱动力。与此同时，以太网通过将多个电气系统整合到与其他融合网络类似的统一区域架构中，减轻了未来车辆的重量。

企业和园区应用是以太网另一个巨大的市场，每年有超过10亿个端口发货。这些端口中的大多数是接入层的BASE-T，多模和单模光纤链路(MMF/SMF)进一步进入网络。

Wi-Fi接入点和企业级客户端设备不断变化的需求正在推动技术转型。BASE-T端口正在从1000BASE-T向2.5G/5G/10G BASE-T过渡，光接口正在从10G/40G向25/100G过渡。

几十年来，服务提供商一直在推动更快的以太网解决方案，包括路由器连接、EPON、用于光传输网络(OTN)设备的客户端光学设备，以及有线和无线回程。特别是，5G移动部署正在推动前端和后端应用的大幅增长，并继续推动以太网向更高的速率和更远的距离发展。

随着全球消费者对视频的需求增加，服务提供商网络中的聚合带宽继续推动着以太网速度的提高，目前已达到1.6 Tb/s。同步以太网(SyncE)已成为电信公司推出5G网络和服务的关键技术，预计在未来几年将大规模采用该技术。

建筑和工业自动化应用正在从老式现场总线式网络转向以太网。以太网是第四次工业革命(工业4.0)的关键使能技术。工业4.0的主题是互联互通、信息透明、技术援助和分散决策。采用以太网使这些应用程序可以访问IT在过去40年中开发的所有网络技术，以及专门为恶劣OT环境开发的物理层，例如10BASE-T1L。以太网与IEEE 802.1时间敏感网络(TSN)的结合，正在彻底革新自动化。反过来，自动化应用程序正在看到以太网的发展回归到其本源，例如10和100 Mb/s的速度以及使用新技术的共享媒体。

云提供商在2010年首次大规模采用10GbE服务器用于超大规模数据中心。2020年，随着对AI和机器学习等应用程序的巨大需求，超大规模服务器已迁移到25GbE，并正在向50GbE、100GbE及更高级别过渡。这些仓库级数据中心内独特的网络架构推动了100、200、400和800GbE铜缆、多模光纤和单模光纤解决方案的混合。

超大规模数据中心和服务提供商的带宽需求继续呈指数级增长，他们正在采用类似的技术。在过去十年中，电信和云服务提供商在产品和需求方面的差距迅速缩小，与5G服务的全球推广相比，这一差距从未如此紧密。电信公司往往在推动技术跟上终端用户和设备的需求，云和超大规模公司越来越需要数据中心中密度更大、速度极快的连接来支持应用程序需求。其结果是云和服务提供商之间的协作和凝聚力增强，从而快速定义和部署更普遍的解决方案，满足其市场需求。

以太网未来规划

2023以太网发展路线图的发布意味着以太网技术将继续在各个领域得到广泛的应用。该发展路线图提供了一个清晰的蓝图，反映了以太网联盟对以太网的未来规划和战略方向：

• 高速以太网技术的推广和应用，以提高数据传输速度和网络带宽；
• 物联网设备之间的互联和互操作性的支持，以加强设备之间的互联和互通；
• 优化云计算和数据中心网络架构，以提高数据中心的效率和性能；
• 加强以太网技术的安全性和隐私保护能力，以确保数据传输和网络连接的安全性。

以太网的发展历程中充满了变革和创新，其不仅在企业网络中占据着重要地位，而且也被广泛应用于家庭和个人网络中。随着技术和标准的不断发展，以太网的未来前景无限。

关于图灵奖

图灵奖（Turing Award）由ACM于1966年设立，专门奖励那些对计算机事业作出重要贡献的个人。一般每年只奖励一名计算机科学家，有 “计算机界的诺贝尔奖” 之称。

恭喜Bob Metcalfe获得这一计算机科学的最高荣誉，感谢他为引领大众进入超级连接时代所做的贡献。

微信公众号SDNLAB后台对话框回复【0323以太网路线图】，即可获得PDF报告

参考资料：
https://www.oreilly.com/library/view/ethernet-the-definitive/1565926609/ch01.html
https://finance.yahoo.com/news/ethernets-past-present-future-converges-180300907.html