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<随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c>2022年(nian)圖(tu)靈(ling)獎(jiang)頒(ban)給(gei)了(le)76歲(sui)以(yi)太(tai)網(wang)之(zhi)父(fu)！壹(yi)篇(pian)失(shi)敗(bai)的(de)博(bo)士(shi)答(da)辯(bian)論(lun)文(wen)，成(cheng)就(jiu)了互(hu)聯(lian)网時(shi)代(dai)

新(xin)智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji)：Aeneas

【新智元導(dao)讀(du)】2022年图灵奖得(de)主(zhu)，是(shi)以太网的先(xian)驅(qu)Bob Metcalfe。如(ru)今(jin)全(quan)世(shi)界(jie)5億(yi)人(ren)之所(suo)以可(ke)以愉(yu)快(kuai)地(di)上(shang)网沖(chong)浪(lang)，都(dou)離(li)不(bu)開(kai)他(ta)的發(fa)明(ming)。

就在(zai)昨(zuo)晚(wan)，ACM公(gong)布(bu)了2022年度(du)图灵奖獲(huo)奖人選(xuan)——以太网发明者(zhe)Bob Metcalfe，以表(biao)彰(zhang)他對(dui)以太网的发明、標(biao)準(zhun)化(hua)和(he)商(shang)業(ye)化。

ACM AM 图灵奖被(bei)稱(cheng)為(wei)「計(ji)算(suan)領(ling)域(yu)的諾(nuo)貝(bei)爾(er)奖」，获奖者會(hui)得到(dao)谷(gu)歌(ge)提(ti)供(gong)的100萬(wan)美(mei)元奖金(jin)。

以太网的发明对人類(lei)的意(yi)義(yi)，顯(xian)然(ran)不言(yan)而(er)喻(yu)。這(zhe)項(xiang)50年前(qian)开发的技(ji)術(shu)，是互联网的基(ji)礎(chu)技术，讓(rang)我(wo)們(men)的電(dian)腦(nao)和數(shu)十(shi)亿其(qi)他設(she)備(bei)能(neng)夠(gou)联网，同(tong)时让它(ta)们互联。

谷歌人工(gong)智能副(fu)總(zong)裁(cai)Jeff Dean在ACM官(guan)方(fang)公告(gao)中(zhong)說(shuo)，「今天(tian)，全球(qiu)約(yue)有(you)70亿個(ge)端(duan)口(kou)，以太网無(wu)處(chu)不在，我们都認(ren)为它是理(li)所當(dang)然的。然而，人们很(hen)容(rong)易(yi)忘(wang)記(ji)，如果(guo)沒(mei)有Bob Metcalfe的发明，和他对每(mei)臺(tai)计算機(ji)都必(bi)須(xu)联网的持(chi)久(jiu)願(yuan)景(jing)，我们的互联世界將(jiang)大(da)不相(xiang)同。」

是的，在以太网发明之前，世界還(hai)不是平(ping)的。在那(na)时，人们根(gen)本(ben)不会想(xiang)到，50年後(hou)，一个名(ming)叫(jiao)ChatGPT的机器(qi)人会通(tong)過(guo)这个网絡(luo)征(zheng)服(fu)全世界。

一篇失败的答辩论文

这个影(ying)響(xiang)了全人类的发明，源(yuan)於(yu)一篇失败的研(yan)究(jiu)生(sheng)答辩论文。

1946年出(chu)生的Metcalfe，本科(ke)时在MIT學(xue)習(xi)电氣(qi)工程(cheng)和工业管(guan)理。

畢(bi)业后，Metcalfe去(qu)了哈(ha)佛(fo)读研，同时还被聘(pin)为MIT的研究員(yuan)，此(ci)时恰(qia)逢(feng)美國(guo)国防(fang)部(bu)加(jia)大了对Arpanet（一種(zhong)互联网前身(shen)）的投(tou)資(zi)。

他向(xiang)哈佛提議(yi)，應(ying)該(gai)建(jian)立(li)一个接(jie)口，将Arpanet連(lian)接到哈佛的大型(xing)计算机上，但(dan)哈佛拒(ju)絕(jue)了他。他又(you)轉(zhuan)頭(tou)向MIT提出了同樣(yang)的建议。

还是研究生的Metcalfe構(gou)建了这个接口，将MIT的大型计算机连接到現(xian)代互联网前身Arpanet上

1972年，他向哈佛的论文委(wei)员会提交(jiao)了自(zi)己(ji)的论文，描(miao)述(shu)他的这项设想，結(jie)果没有通过答辩。委员会认为，这个話(hua)題(ti)不够理论化。

站(zhan)在前人的肩(jian)膀(pang)上

好(hao)在，天才(cai)总有施(shi)展(zhan)自己才華(hua)的地方。

在那时，Metcalfe已(yi)經(jing)得到了施樂(le)公司(si)（Xerox Corporation）在加州(zhou)帕(pa)洛(luo)阿(e)尔托(tuo)研究中心(xin) (PARC) 的工作(zuo)。

實(shi)驗(yan)室(shi)主任(ren)Bob Taylor告訴(su)他，无论如何(he)都要(yao)來(lai)帕洛阿尔托完(wan)成他的论文。

一到那裏(li)，Metcalfe就开始(shi)为一台新的PARC计算机构建另(ling)一个Arpanet接口，同时努(nu)力(li)尋(xun)找(zhao)一个够「理论」的主题，来達(da)到哈佛论文委员会的要求(qiu)。

施乐的PARC实验希(xi)望(wang)能創(chuang)造(zao)第(di)一台现代个人电脑，並(bing)且(qie)在每張(zhang)桌(zhuo)子(zi)上都有一台。

Metcalfe说，「所以他们要求我为此设计一个网络。我得到了一张帶(dai)有60个芯(xin)片(pian)的网络卡(ka)。那是我生命(ming)中第二(er)件(jian)最(zui)幸(xing)運(yun)的事(shi)。第一件是让我出生在我父母(mu)的家(jia)庭(ting)。」

MetCalfe在德(de)州Austin的家中，手(shou)里拿(na)著(zhu)(zhe)1973年的博士论文

在当时，计算机网络既(ji)是一项工程上的挑(tiao)戰(zhan)，也(ye)是一项理论上的挑战。根本難(nan)點(dian)就在于：如何在許(xu)多(duo)用(yong)戶(hu)之間(jian)共(gong)享(xiang)对网络的訪(fang)問(wen)。

电话网络以最簡(jian)單(dan)的方式(shi)解(jie)決(jue)了这个难题：通话时，雙(shuang)方的连接鎖(suo)定(ding)了通信(xin)信道，使(shi)其他用户无法(fa)访问该信道，即(ji)使这个信道并没有被充(chong)分(fen)利(li)用。

不过，这种低(di)效(xiao)率(lv)对于电话网络来说问题不大。打(da)电话时，总有一方在说话，通话不会陷(xian)入(ru)長(chang)时间的沈(chen)默(mo)。

但是计算机不同，它的通信靠(kao)的是短(duan)脈(mai)冲形(xing)式，这些(xie)脉冲通常(chang)会被很长的死(si)时间（dead time)分隔(ge)开。

如何描述网络中的数據(ju)流(liu)呢(ne)？

1960年代初(chu)期(qi)，计算机科学家Leonard Kleinrock證(zheng)明，这个问题可以用排(pai)隊(dui)论解决。这个理论是数学中的一个分支(zhi)，模(mo)擬(ni)了交通擁(yong)堵(du)和人们排队等(deng)候(hou)时可能发生的其他事情(qing)。

论文地址(zhi)：https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/11562

这个模型向工程師(shi)展示(shi)了，怎(zen)样可以大幅(fu)減(jian)少(shao)死时间，而Arpanet能够证明，这种方法在实踐(jian)中確(que)实行(xing)之有效。然而，如何協(xie)調(tiao)网络中的流量(liang)，并不是一件容易的事。

1971年，夏(xia)威(wei)夷(yi)大学教(jiao)授(shou)Norm Abramson展示了一种激(ji)進(jin)的交通协调替(ti)代方案(an)，激进到让任何城(cheng)市(shi)規(gui)劃(hua)者都感(gan)到震(zhen)驚(jing)。

他建立了一个名为ALOHAnet的无線(xian)电网络，这个网络像(xiang)Arpanet一样，以微(wei)小(xiao)的数据包(bao)傳(chuan)輸(shu)数据。

但與(yu)Arpanet不同的是，ALOHAnet并未(wei)嘗(chang)試(shi)避(bi)免(mian)数据包之间的冲突(tu)。相反(fan)，任何因(yin)冲突而导致(zhi)消(xiao)息(xi)丟(diu)失或(huo)亂(luan)碼(ma)的用户，只(zhi)需(xu)在隨(sui)机的时间间隔后重(zhong)新尝试即可。

这种「随机重传」类似(si)就好比(bi)人们談(tan)话中的禮(li)儀(yi)：当兩(liang)个人同时开始说话时，双方就都停(ting)下(xia)来，稍(shao)后再(zai)试。幾(ji)次(ci)尝试后，问题便(bian)会自行解决。

但是，这种策(ce)略(lve)也有个bug：在在低流量的情況(kuang)下，传输很暢(chang)通，但当网络變(bian)得拥擠(ji)时，碰(peng)撞(zhuang)变得如此頻(pin)繁(fan)，以至(zhi)于根本没有信息可以通过了。

Metcalfe偶(ou)然发现了Abramson的一篇论文，这篇论文设计了一种繞(rao)过ALOHAnet排队论僵(jiang)局(ju)的方法。

论文地址：https://www.clear.rice.edu/comp551/papers/Abramson-Aloha.pdf

受(shou)此啟(qi)发，Metcalfe建立了一个模型，在这个模型中，用户会獨(du)立调整(zheng)传输尝试之间的平均(jun)等待(dai)时间，同时还会考(kao)慮(lv)到冲突的频率。如果冲突发生的次数很少，他们就会更(geng)快地重试；如果网络拥挤，他们就会退(tui)出，来保(bao)持通信整體(ti)效率。

Abramson的论文插(cha)图

这个模型終(zhong)于让Metcalfe的论文变得足(zu)够「理论」，让他通过了哈佛大学的答辩。同时，Metcalfe也意識(shi)到，自己可以在工作中把(ba)这个模型付(fu)諸(zhu)实践。

当时，Arpanet雖(sui)然允(yun)许研究人员共享大型计算机，但很昂(ang)貴(gui)。ALOHAnet也是将许多接入点连接到一个中央(yang)集(ji)线器。而PARC实验室正(zheng)在寻求一种特(te)殊(shu)的计算机网络方法。

Abramson的论文插图

PARC的Taylor有了一个设想：在同一棟(dong)大樓(lou)中由(you)许多计算机組(zu)成本地网络，作为新来的雇(gu)员，Metcalfe立刻(ke)开始着手设计这个网络。

永(yong)載(zai)史(shi)冊(ce)的以太网，誕(dan)生了

在1973年5月(yue)的一份(fen)著名的备忘錄(lu)中，Metcalfe闡(chan)述了他的设想。

在1973年5月备忘录的第一頁(ye)，Metcalfe阐述了他对以太网的愿景

他提议，将第一台个人计算机——PARC的Altos——连接在一座(zuo)建築(zhu)物(wu)中，这为设备在局域网中相互通信和共享信息鋪(pu)平了道路(lu)。

第一个以太网以每秒(miao)2.94兆(zhao)比特的速(su)度运行，比原(yuan)先的终端网络大约快10,000倍(bei)。

备忘录建议，网络应该適(shi)应光(guang)纖(xian)、双絞(jiao)线、Wi-Fi、电力网络等新技术，并将原有的同軸(zhou)电纜(lan)作为主要通信方式換(huan)成「以太网络」。

这一貢(gong)獻(xian)后来在Metcalfe和同事们在1976年的ACM通訊(xun)文章(zhang)《以太网：本地计算机网络的分布式数据包交换》 中永垂(chui)不朽(xiu)。

论文地址：https://dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/360248.360253

左(zuo)邊(bian)是Bob Metcalfe；右(you)边是David Boggs

在备忘录中，他的想法结合(he)了Abramson的随机重传系(xi)統(tong)、Metcalfe对时间的调整以及(ji)对ALOHAnet模型的其他改(gai)进，这些改进减輕(qing)了碰撞的影响。

其中一些理论创新出自其他研究人员，但Metcalfe是第一个把它们整合到实際(ji)本地网络设计中的人。

他的设想中，还取(qu)消了ALOHAnet的中央集线器。相反，计算机将通过某(mou)种被動(dong)介(jie)質(zhi)相连。

Metcalfe想到了一种实用性(xing)很強(qiang)的特定电缆。但他指(zhi)出，理论上说，其他有线或无线网络也能发揮(hui)同样的作用。

为了避免强调特定的硬(ying)件，梅(mei)特卡夫(fu)将他的创意称为以太网络，这就是现在为人所知(zhi)的以太网。

「以太」是19世紀(ji)物理学家假(jia)设电磁(ci)波(bo)穿(chuan)过的一种介质，后来这种想法被证明是錯(cuo)的。但这个詞(ci)在歷(li)史上永久存(cun)在了下来。

Metcalfe的一个原型以太网适配(pei)器，将早(zao)期的个人电脑连接到他在1973年幫(bang)助(zhu)开发的第一个本地网络上

1973 年11月，Metcalfe和同事们建起(qi)了第一个网络。

他繼(ji)續(xu)进一步(bu)开发这个网络，希望把它擴(kuo)展到Xerox之外(wai)，但高(gao)管们在将新技术商业化的步伐(fa)上格(ge)外緩(huan)慢(man)。

永遠(yuan)年轻，永远尝试

到1979 年，Metcalfe终于受够了。他离开PARC，创立了自己的公司3Com，来做(zuo)在Xerox没法做的事情。

被称为互联网之父的Vinton Cerf这样描述Metcalfe——「妳(ni)绝不会用謙(qian)卑(bei)（humble）来形容他，一旦(dan)他有了一个想法，就会立馬(ma)付诸实践。」

创业后不久，Metcalfe就攪(jiao)动了整个行业。它说服了原公司Xerox、英(ying)特尔和许多现在已经倒(dao)閉(bi)了的数字(zi)设备公司，采(cai)用以太网作为本地网络的开放(fang)行业标准。

在同其他技术的競(jing)爭(zheng)中，以太网最终勝(sheng)出了，可以说，这要歸(gui)功(gong)于它的建议性，和Metcalfe早期推(tui)动的标准化。

3Com通过銷(xiao)售(shou)网络軟(ruan)件、以太网收(shou)发器，以及用于小型计算机和工作站的以太网卡，大大提高了以太网的商业可行性。当IBM推出个人计算机时，3Com为IBM PC及其克(ke)隆(long)產(chan)品(pin)引(yin)入了首(shou)批(pi)以太网接口。

1990年，梅特卡夫离开3Com，成为一名專(zhuan)家和科技专欄(lan)作家。同时继续擔(dan)任風(feng)投家，后来他又在德克薩(sa)斯(si)大学奧(ao)斯汀(ting)分校(xiao)担任教授。

为什(shen)麽(me)職(zhi)业生涯(ya)会有如此大的转变？Metcalf对此有一个理论：「一开始，你什么都不知道，然后你会沿(yan)着学习曲(qu)线上升(sheng)，之后你就什么都知道了。」而他指出，最有趣(qu)的部分，就是曲线中间的地方。

多年以来，以太网进行了很多调整，几乎(hu)没有保留(liu)原来的技术細(xi)節(jie)。但作为如今个人计算机网络的家庭管道，它继续发挥着不可或缺(que)的作用。

是以太网让一切(qie)成为可能。

现在，76岁的Metcalfe仍(reng)然没有停止(zhi)折(zhe)騰(teng)。他在去年又改变了职业賽(sai)道，现在，他是MIT的一名研究员，研究超(chao)计算机在能源和其他领域中的应用。

这位(wei)23年图灵奖的获得者说，「我现在仍然处于学习曲线的早期階(jie)段(duan)。我知道得不多，但我仍在努力。」

如今，以太网是全球有线网络通信的主要渠(qu)道，处理從(cong)10 Mbps到400 Gbps的数据速率，并出现了800 Gbps和1.6 Tbps技术。

以太网也已成为一个巨(ju)大的市場(chang)，根据国际数据公司的数据，僅(jin)以太网交换机的收入在2021年就超过300亿美元。

而因为舊(jiu)时的緣(yuan)故(gu)，Metcalfe堅(jian)持使原始名称「无线以太网」来称呼(hu)Wi-Fi。

CSAIL主任、MIT电气工程与计算机科学系的Daniela Rus教授说，「因为发明了以太网，他实现了无縫(feng)通信和信息共享，为无数已成为我们日(ri)常生活(huo)不可或缺的应用程序(xu)铺平了道路。从互联网到在线視(shi)频流，以太网构成了现代技术的基础，改变了我们的连接方式。如果没有以太网带来的连接性，就很难理解生活。」

而Bob Metcalfe自己说：「现在，所有的人类忽(hu)然就联系到了一起，这就是關(guan)于全人类狀(zhuang)况最重要的事实。」

參(can)考资料(liao)：

https://amturing.acm.org/

https://www.quantamagazine.org/bob-metcalfe-ethernet-pioneer-wins-turing-award-20230322/返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查(zha)看(kan)更多

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