以太网诞生于 50 年前，是最早的网络技术之一。多年来，凭借其良好的向后兼容性，尽管以太网“历史悠久”，但它依旧是当今计算机网络的事实标准。今年，为应以太网对人工智能 (AI) 和高性能计算 (HPC) 工作负载提出的新挑战，网络巨头联合成立了超以太网联盟（Ultra Ethernet Consortium，UEC），超以太网解决方案堆栈将利用以太网的普遍性和灵活性处理各种工作负载，同时具有可扩展性和成本效益，为以太网注入了新的活力。
从本质上讲，以太网是一种允许计算机（如服务器、电脑等）通过有线网络相互通信的协议，有线网络使用路由器、交换机和集线器等设备来路由流量。同时，以太网也可以与无线协议无缝协作。
以太网几乎可以在任何环境中工作，并可在局域网 (LAN) 和广域网 (WAN) 中使用相同的以太网协议。这意味着它可以在数据中心、私人或公司内部网络、互联网应用等环境中良好地运行。同时，它可以支持VPN、SDN等复杂的网络。此外，以太网还可以处理带宽密集型应用，如视频流或 IP 语音应用。
另一方面，它的简单性也使其能够如IOT设备等相对微小和简单的设备配合使用，且无需任何特殊配置。
以太网如何工作？
以太网的工作原理是将收发设备的信息分解成不同大小的信息片段（帧），这些帧包含源地址和目的地址等标准化信息，再通过帧中的关键信息进行网络路由。
局域网中的计算机通常共享一个连接，以太网是围绕CSMA/CD(带有冲突检测的载波感知多路访问)原则构建的，该协议在发送任何帧之前确保该线路未被使用。如今，这一点远不如网络早期那么重要，因为设备通常通过交换机或节点与网络建立自己的私有连接。由于以太网现在使用全双工运行，发送和接收通道也完全独立，因此其间不会发生冲突。
除了遇到冲突的情况外，以太网没有纠错功能，需要依赖其他高级的协议来确保通信顺利，以太网可以轻松地与大多数高级协议集成。
以太网的关键组成部分——电缆
以太网是为有线网络设计，电缆作为不可分割的一部分，也随着以太网发生了很多变化。
最初以太网是与同轴电缆一起工作的，这种电缆用于支持有线电视。同轴电缆坚固耐用，能够通过其粗大的内部铜线承载大量带宽。但它也有缺点：重、难用、不太灵活，而且价格昂贵。
后来，以太网放弃了同轴电缆，转而使用双绞线电缆，这种电缆至今仍在推动有线网络的发展。以太网使用的双绞线电缆部署成本低廉，而且非常灵活，它们可以蜿蜒在角落、墙内、天花板或几乎任何其他地方，以连接服务器、路由器、集线器、设备和端点。
以太网电缆的长期标准称为 5 类，通常称为 Cat 5。Cat 5 标准自 2001 年开始使用。普通以太网电缆支持高达 100 Mb/秒的速度。虽然电缆的主要功能是支持以太网，但它们也适用于许多电话和视频应用。
如今，一种更先进的电缆（称为 5e 类）也用于更快的以太网应用。5e 类电缆支持更高的速度，例如千兆位以太网，同时仍使用相同的端口进行通用连接。
谁发明了以太网？
最初的以太网标准由施乐PARC 的工程师鲍勃·梅特卡夫（Bob Metcalfe）和大卫·博格斯（David Boggs）于 1973 年创建，其灵感来自于夏威夷大学正在进行的一个名为 ALOHAnet 的项目。按照今天的标准，它的原始速度只能达到 2.94 Mb/秒，但这是计算机第一次真正连接到网络上。
在大学环境之外，公众直到 1980 年才看到以太网。那时还有其他竞争标准，例如令牌环、ARCNET 等。但后来离开公司创立 3Com 的梅特卡夫说服了许多主要行业参与者，包括数字设备公司 (DEC)、英特尔和施乐与 3Com 合作，推动以太网成为统一标准。
作为该协议的一部分，施乐放弃了以太网名称的商标，允许任何公司在其产品中使用以太网。其带宽和吞吐量也增加到 10 Mb/秒，足以处理当时的大多数网络任务，并且还有剩余空间。所有这些都帮助以太网成为全球主导标准。
| 以太网的历史
以太网 50 岁之际，梅特卡夫获得图灵奖
2023 年 5 月 22 日，以太网迎来了 50 岁生日。3月22日，在这个重大周年纪念日的两个月前，计算机协会授予了梅特卡夫著名的图灵奖，以表彰其发明和商业化以太网。图灵奖奖金 100 万美元，于 6 月 10 日在旧金山举行的颁奖典礼上颁发。
梅特卡夫说，他清楚地记得1973年的那一天。“我坐在 34 号楼（施乐帕洛阿尔托研究中心）的一台电动打字机前，把我对网络应该如何工作的想法打了个总结，然后用手绘的方式画出了图表。我在Selectric上的Orator球上写了备忘录，它是无衬线字体，因为我喜欢那种字体。”
以太网的联合创始人博格斯去年去世，梅特卡夫对他们的合作关系有着美好的回忆。“他和我是Bobbsey双胞胎，我们非常互补。两人中我更善于表达，而他更注重细节。我们一起创造了这一切。”
| 原始以太网系统图
以太网光明的未来
以太网具有标准的简单性，可支持更快速度，同时保持着向后兼容的能力，这些使得该协议能随着许多技术进步而发展。如今，几乎所有计算机或计算设备都可以支持高达每秒 1 千兆位（ 1Gb/秒）的速度，通常称为千兆位以太网。当你将 1Gb/秒（即 1,000 Mbit/s）的速度与早期以太网支持的原始 10 Mbit/s 标准进行比较时，很容易看出该协议已经走了多远。
千兆以太网可以为家庭网络和大多数办公室提供足够的带宽。在这样的速度下，即使是视频流或玩在线视频游戏等带宽密集应用也可以完美运行。
但以太网还可以做得更多。
IEEE 以太网工作组几年前批准了 200 Gb/秒和 400 Gb/秒以太网规范。大多数数据中心、互联网服务提供商 (ISP) 和网络运营中心等专业组织对这些速度都感兴趣。一些云服务提供商表示，他们正努力在某些容量中实现400 Gb/秒的速度，尽管该标准的全面采用似乎取决于如新的布线要求、设备的向后兼容性以及数据中心内不断增加的功耗等因素。
从技术上讲，800 Gb/秒以太网的规范也存在，但目前没有人在测试环境之外使用它。以太网的有趣之处在于，由于它是一种开放协议，因此即使是 800 Gb/秒的速度也不一定是理论最大值。
| 以太网速度
事实上，目前正在进行的研究是为每秒1.6 tb的标准奠定基础，这样的速度可能只在某些高度特定的应用程序中有用。例如，公司或政府可能会非常迅速地将其网络数据备份到异地。如果他们有500tb的数据要发送，这个过程可以在14分钟内完成。
| 以太网路线图
下一步：UEC联盟为人工智能基础设施打造超大以太网
人工智能工作负载预计将对网络提出前所未有的性能和容量要求，一些头部网络供应商已联手增强以太网技术，以应对人工智能所需的规模和速度。
2023 年 7 月，AMD、Arista、博通、思科、Eviden、HPE、英特尔、Meta 和微软宣布成立超以太网联盟 (UEC)，这是一个由Linux基金会主持的组织，致力于开发物理层、链路层、传输层和软件层以太网技术。很多人担心当今的传统网络互连无法提供所需的性能、规模和带宽来满足人工智能的需求，该联盟旨在解决这些问题。
UEC 在一份白皮书中写道 ，它将进一步完善以太网规范，以提供一系列核心技术和功能，包括：
多路径和数据包喷射，确保 AI 工作流能够同时访问目的地。
灵活的交付顺序，确保以太网链路达到最佳平衡；只有当 AI 工作负载在带宽密集型操作中需要时才会强制执行排序。
现代拥塞控制机制，确保人工智能工作负载避开热点，并将负载均匀分布在多路径上。它们可以设计为与多路径数据包喷射结合使用，从而实现 AI 流量的可靠传输。
端到端遥测管理拥塞。来自网络的信息可以向参与者告知拥塞的位置和原因。缩短拥塞信令路径并向端点提供更多信息可以实现更灵敏的拥塞控制。
UEC 联盟近期引入了四个新工作组：存储、合规、管理以及性能和调试，预计将于 2024 年推出第一批完全基于标准的产品。
当前，全球最大的IT运营商的AI/ML基础设施都连接在以太网络上，而这一趋势将继续下去，因为以太网拥有其它任何技术都无法匹敌的生态系统。
