3月22日，以太网（Ethernet）的发明者、3Com公司创始人鲍勃·梅特卡夫（Bob Metcalfe）荣获图灵奖，这一计算机科学的最高荣誉是为了表彰他为引领大众进入超级连接时代所做的贡献。

1973年，梅特卡夫发明以太网，这种本地网络技术将世界各地的个人电脑连接到全球互联网，为现代计算机通信和互联网的发展奠定了基础。

当我们提起网络的价值和网络技术的发展，总是离不开梅特卡夫定律（网络价值随着参与者数量增加而呈指数级增长），它已经成为互联网经济基石。从Web 1.0 到Web 3.0，网络技术正在被颠覆，网络价值飞速升级。正如麦克卢汉提出的，技术会有自身的演化逻辑，其发展、迭代不以人的意志为转移，人类也不可能去阻止新技术的产生。未来是一个建立在通讯基础上的智能世界，技术是否能改变人的内心未置可否，但技术已经改变了生活。

以太网的起源

以太（Ether）是古希腊哲学家亚里士多德所设想的一种物质，是物理学史上一种假想的物质观念，其内涵随物理学发展而演变。在亚里士多德看来，物质元素除了水、火、气、土之外，还有一种居于天空上层的以太。19世纪的物理学家曾认为它是一种电磁波的传播媒质，充满于宇宙之间。

1968年，美国夏威夷大学开展了一项研究计划，目的是解决夏威夷群岛之间的通信问题，取名未ALOHA（夏威夷人表示敬意的问候语），是世界上最早的无线电计算机分组通信网，Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。

1972年，一个名叫梅特卡夫（全名：Bob Metcalfe）的学生获得麻省理工学院的学士学位后，搬到河对岸的哈佛大学攻读博士学位。梅特卡夫找到并纠正了1970年信息处理协会的会议论文集中关于Aloha网模型（基于无线电的计算机网）中的错误，并作为哈佛博士论文修改后的一部分，使他最终获得了哈佛的博士学位。梅特卡夫1972年来到世界著名的施乐帕洛阿尔托研究中心（Xerox Palo Alto Research Center，PARC）的计算机科学实验室工作。

1973年春天，另一位以太网发明者博格斯（全名：David Boggs）刚进入斯坦福大学攻读硕士和博士研究生，就开始在施乐PARC的实习。一天下午，在实验室的地下室，博格斯注意到另一位研究人员正在修理一根长长的电缆，这个人就是梅特卡夫，他正在探索在实验室的新计算机Alto之间发送和接收信息的方法。梅特卡夫试图通过电缆发送电脉冲，但他还没成功。博格斯主动提供了帮助。在接下来的两年里，两人设计了第一个版本的以太网。他们两个是完美搭档，梅特卡夫像是一名概念艺术家，而博格斯是一名在后台构建硬件的工程师。

1973年5月22日,麦卡夫发表了题为《 Alto以太网》的备忘录，里面有以太网如何工作的设计简图，那是EtherNet (以太网)作为一个完整的词第一次出现。1973年11月11日,以太网系统真正开始工作。

施乐公司1975年提交了一份专利申请。同年，梅特卡夫和博格斯发表了论文“以太网：本地计算机网络的分布式分组交换”。这是一项具有里程碑意义的研究。1982年,以太网成为了IEEE802标准。

在梅特卡夫和博格斯两人发明以太网后，1979年梅特卡夫创办了著名的以太网公司3com，后来因为思科的崛起而衰落，3com公司把目光投向了遥远的中国，与正想进军企业网的华为公司一拍即合，联合成立了华为3com公司拓展以太交换机企业市场。华为在美国遭受思科官司时给华为作证，使官司达成和解，这也是国内H3C公司的起源。H3C虽然几易其主，现在是紫光旗下最优质的资产了，名字中任然保留了华为和3com的烙印。

1990年，梅特卡夫成为专栏作家，并开始介入IDG的策略，他担任了IDG技术副总裁，并且成为IDG的董事。

博格斯则继续留在了施乐 PARC 担任研究员，后来去了微型计算机巨头 DEC，然后创办了一家名为 LAN Media 的以太网公司。今年（2022年）2月19日因心力衰竭去世，享年71岁。

工业以太网向EtherCAT发展

在过去二十年里，工业系统的通信方式发生了巨大变化。从这一变化中我们可以看出，许多公司从基于现场总线的系统转向基于以太网的通信系统。基于以太网的工业通信发展势头迅猛，预计会继续加速，分析机构MarketsandMarkets的最新研究发现，工业以太网的总体市场份额预计将从2020年的92亿美元增长到2026年的137亿美元，在研究期间的复合年增长率为7.3%。

工业以太网在相对较短的时间内占据了如此大的市场份额，这并不令人意外。尽管基于现场总线的系统已经过改进，但仍然存在一些不足。此类系统非常适合简单的控制功能，但随着越来越多的制造商致力于实现工业4.0战略，这些不足变得难以克服。最明显的缺点是速度，尤其是对于需要极其复杂且精确控制的应用，例如机器人。

基于以太网的实现显然是一种不错的选择。以太网可轻松提供足够的带宽来应对绝大多数工业用例，即使是要求最苛刻的工业4.0应用。这是一种业界熟知的标准，具备成本效益且在世界各地广泛应用。此标准非常灵活，适合许多不同的应用，尤其是能够以低成本的方式将旧现场总线分支轻松集成到以太网主干。在实现和维护方面，并不缺少使用过并了解以太网技术的工程师。工业4.0要求在工业操作和IT之间建立可靠的连接，因此具有基于相同标准的通信系统非常实用。但是，在IT系统中采用的以太网具有不确定性，而这是控制系统中最重要的要求之一。

为满足这一要求，许多制造商和组织着手开发一种基于以太网且适用于工业应用的标准。这些新标准中最常用的是以太网TSN、以太网/IP、PROFINET和EtherCAT。从最初开发之时起，其中的每个协议和其他较小型或专有系统都具有其自身适用的地理或技术场景。

所有协议都有各自的优缺点。通常，它们采用在IT中应用的以太网概念，并相应调整来提供实时操作。其中一种工业以太网EtherCAT（用于控制自动化技术的以太网）的实现方式略有不同，它保留了标准以太网物理层并在其基础上构建了全新的确定性协议。此协议使用主机控制器，它是惟一允许创建EtherCAT帧的器件。帧的长度始终相同，并且网络上的每个器件节点都有专用的帧可寻址区域。当帧在网络中传输时，每个节点选择控制数据并在其经过时在其分配的空间中丢弃回复信息，帧的延时不超过硬件传输延时，同时提供接近100 Mbps线路速度的最大有效数据速率。

在其他工业以太网实现中，执行帧检查、执行CRC检查和遍历协议栈可能需要数百微秒。EtherCAT的设计仅需125 µs即可完成整个过程。更快的速度带来了更强的系统响应能力，而这又有助于提高整个控制应用的效率和安全性。EtherCAT器件节点也比其他工业以太网实现简单得多，只需要在合适的单片机上运行的协议栈代码（SSC），这进一步降低了系统的复杂性和成本。

汽车以太网准备好了

IEEE 802.3bw标准的100M bit/sec可以覆盖许多初始的汽车应用，因此今天已被广泛使用。但是，随着我们期待高清视频流以及将来自多个传感器的数据聚合到公共电缆上，将需要更高的速度。

在IEEE 802.3bw最终定稿后不久，IEEE批准了802.3bp或1000Base-T1，从而可以在屏蔽或非屏蔽双绞线上实现千兆位速度。该标准与其前身有许多共同之处，但在600 MHz时，其频率几乎是后者的10倍。这意味着电缆更容易受到串扰的影响，工程师在设计系统时必须牢记这一点，因为它们可以管理整个车辆的电磁噪声，进行严格的测试并在需要时进行屏蔽。该标准将为接下来的两到三个平台世代提供足够的带宽。

IEEE在2020年生产了802.3ch，它在同一15米上以2.5G bit/sec，5G bit/sec和10G bit/sec的标准速率提供了千兆以太网。屏蔽双绞线将以这些速度运行，但是超过7 GHz的电气频率可能需要使用屏蔽并行双绞线以最大程度地降低EMI问题。

以太网的主要优势在于它是一个灵活的网络，可以轻松进行重新配置。如果出现故障，以太网路由器可以采用其他方式路由数据流量。这对于确保车辆中主要计算组件的不间断连接非常重要。

在车载网络中，至关重要的还有铜缆以太网承载电力和数据信号的能力，这一功能称为数据线供电（PoDL）。PoDL可以支持高达500 mA的功率，足以满足某些传感器（例如优化的卫星摄像机）的需求。这使汽车制造商可以将一对电线连接到一些传感器以满足他们的所有需求，从而减轻了重量并简化了架构。

文章来源： 线束世界，电子工程世界，SamBa