1946年4月7日,也就是二戰結束的次年,在美國紐約布魯克林區的一個普通家庭,誕生了一個男嬰。
男嬰的父親,是一家陀螺儀工廠的技術員。而他的母親,則是一個普通家庭主婦。
(資料圖)
對于這個家庭來說,剛剛經歷完戰爭的波折,能夠喜得貴子,是一件非常開心的事情。
夫妻倆對這個孩子寄予厚望,希望他長大之后,能夠出人頭地,成為一個頂尖的工程師(那時候工程師是個很有地位的職業)。
果然,這個名叫梅特卡夫的男嬰沒有辜負他們的期望。他長大后,在學習上表現出極高的天賦。1964年,他高中畢業,成功考上了全美頂級名校(也是當時一流工程師的搖籃)——麻省理工學院。
梅特卡夫的父母應該不會想到,自己的孩子后來不僅真的成為了一名頂尖工程師,更是創立了一家世界500強企業。他的一項偉大發明,改變了無數人的生活,也給IT產業的走向產生了深遠影響。
是的,這個梅特卡夫,就是以太網(Ethernet)技術的發明人、著名科技公司3Com的創始人、梅特卡夫定律的提出者,羅伯特·梅蘭克頓·梅特卡夫(Robert Melancton Metcalfe)。
羅伯特·梅蘭克頓·梅特卡夫
█新秀初出茅廬,博士論文被拒1969年,23歲的梅特卡夫從麻省理工學院順利畢業,拿到了電氣工程和工商管理兩個學位。一年后,他又拿到了哈佛大學的計算機科學碩士學位,并且繼續攻讀哈佛的博士學位。
在攻讀博士學位期間,梅特卡夫在麻省理工學院的MAC項目組找了一份工作。這個MAC項目組,專門從事操作系統、計算理論和人工智能方面的研究,后來非常有名。
1969年,美國國防部推動建設的ARPANET(阿帕網,也就是互聯網的前身)正式誕生,將四所名校的大型計算機進行了互聯。
加州大學洛杉磯分校、加州大學圣巴巴拉分校、斯坦福大學、猶他州大學
梅特卡夫關注到了這一事件,覺得很有搞頭。于是,他極力建議哈佛大學和麻省理工,將校內大型計算機系統也接入ARPANET。(梅特卡夫既是哈佛的研究生,也是麻省理工的研究員。)
傲慢的哈佛大學拒絕了他的建議,但麻省理工同意了。
很快,梅特卡夫完成了網絡接口的搭建,將麻省理工的大型計算機連接到了ARPANET上。
基于自己的設計和研究(在ARPANET IMP和PDP-10分時小型機之間建立了一個高速網絡接口和協議軟件),他寫了一篇博士論文,提交給哈佛大學的學位委員會。
1972年6月,梅特卡夫的博士論文答辯失敗了,原因是學位委員會認為他的論文缺乏“數學性”和“理論性”。
打擊并不僅僅來自于哈佛。在參與ARPANET項目時,梅特卡夫曾經帶領10名美國電話電報公司(AT&T)的官員參觀ARPANET演示。結果,系統在演示時崩潰了。
梅特卡夫在回憶中寫道:
“我痛苦地抬起頭,看到他們在嘲笑分組交換(數據包交換)的不可靠?!@一點我永遠不會忘記。對他們來說,這證實了電路交換技術(傳統固話所采用的技術)將繼續存在,而分組交換是一種不可靠的玩具,永遠不會對商業世界產生多大影響?!?/p>
接二連三的打擊,讓梅特卡夫有點失落。不久后,他收到了施樂公司(Xerox)帕洛阿爾托研究中心(Palo Alto Research Center)實驗室主任鮑勃·泰勒(Bob Taylor,阿帕網的主要發起人之一)的熱情邀請,讓他加入實驗室,完成自己的論文。梅特卡夫欣然同意。
帕洛阿爾托研究中心,就是著名的PARC實驗室。
PARC實驗室誕生了很多偉大發明,例如激光打印機、鼠標、圖形化用戶界面(GUI)、位圖圖形等。喬布斯蘋果電腦的很多創新,都來自于這里。
█偶遇同行啟發,終獲項目成功來到PARC實驗室之后,梅特卡夫很快開始了自己的工作。
當時,PARC實驗室想要設計出世界上第一臺個人計算機(也就是后來著名的Alto)。梅特卡夫的任務,就是為這個計算機設計一個網絡接口,讓它們互相連接起來。
建設一個多用戶終端的計算機網絡,最大的問題在于,如何協調各個計算機主機對網絡的訪問占用。
1960年代初期,計算機科學家倫納德·克蘭羅克(Leonard Kleinrock)提出,可以采用數學里的排隊論,通過模擬交通擁堵和人們排隊,來協調網絡中的數據流。
ARPANET采用了這個理論,并證明了它行之有效。
1971年,夏威夷大學教授諾曼·艾布拉姆森(Norm Abramson),建立了一個名為ALOHAnet(ALOHA是夏威夷人常用的問候語)的無線電網絡,采用了一種比ARPANET更“激進”的方案。
在ALOHAnet中,數據以微小數據包的形式傳輸。它并沒有嘗試避免數據包之間的沖突。相反,任何因沖突而導致消息丟失的用戶,只需在隨機的時間間隔后,重新嘗試發包,即可。
ALOHA的工作原理
這就好比兩個人說話。如果兩邊同時開始說話,那么雙方會立刻停下來。稍后,再重啟對話。幾次嘗試后,總會遇到一方沒有說話的情況,問題就解決了。
大家會發現,ALOHAnet的策略,有個明顯的缺陷:它比較浪費資源,在低流量的情況下,這種方式很有用,但當網絡變得擁擠時,沖突會變得頻繁,傳輸效率將大幅下降。
閱讀了諾曼·艾布拉姆森的論文之后,梅特卡夫深受啟發。很快,他對ALOHAnet的模型進行了改進,提出了一種新模型。
在新模型中,計算機主機會基于沖突頻率,獨立調整傳輸重試的等待時間。如果沖突發生的次數很少,他們會很快重試;如果網絡擁擠,他們就會退出,以保持通信整體效率。
梅特卡夫的新模型,補足了自己論文的短板。很快,1973年5月,他終于通過了哈佛大學的答辯,獲得了博士學位。(值得一提的是,哈佛大學并沒有發布他的論文,而是麻省理工學院發布的,這讓梅特卡夫耿耿于懷。)
在自己的研究項目中,梅特卡夫也引入了新模型。
1973年5月22日,梅特卡夫分發了一份名為“Alto Ethernet”的備忘錄,正式提出了以太網(Ethernet)設想。
在備忘錄中,梅特卡夫繪制了以太網的工作原理草圖。他提出:“參與的站點,如AlohaNet或ARPAnet,會注入它們的數據包,它們以每秒兆比特的速度傳播,會有碰撞、重傳和后退?!?/p>
備忘錄的部分頁面
梅特卡夫的以太網設想,結合了諾曼·艾布拉姆森的隨機重發機制、自己對系統時鐘的調整以及ALOHAnet模型的其它改進,以減輕沖突的影響。
這些理論創新中,有一些是由其他研究人員開發的,但梅特卡夫是第一個將它們集成到實際網絡設計中的人。
對于以太網這個名字的由來,小棗君有必要解釋一下。
以前還沒發現電磁波的時候,人們提出了以太(ether),認為它是無所不在的傳輸媒介(光就是通過以太傳輸)。后來,人們發現,以太其實并不存在。
梅特卡夫采用了“以太網”這名稱,是將以太網同樣視為一種傳播媒介。他自己也得到了一個外號,叫做“以太爸爸(Ether Daddy)”。
1973年6月,梅特卡夫獲準建造一個100個節點的原型以太網。
為了完成邏輯設計、構建電路板、編寫微碼等復雜工作,梅特卡夫找來了斯坦福大學的研究生大衛·博格斯(David R. Boggs)幫忙。
梅特卡夫(左)和博格斯(右)
1973年11月11日,在他們倆的努力下,世界上第一個以太網原型系統正式誕生。
當時,這個以太網的傳輸速率達到每秒2.94兆比特,比之前的終端網絡快大約1萬倍。
█創立3Com公司,推動以太網普及以太網技術誕生之后,梅特卡夫極力建議施樂公司能對這項技術進行商業化。但是,施樂公司管理層的響應速度非常緩慢,遲遲沒有實際行動。
1979年,等了六年的梅特卡夫忍無可忍,離開了PARC實驗室。他決定自己創辦公司,推動以太網技術的普及。他所創立的這家公司,就是后來著名的通信網絡企業——3Com。
3Com公司的名字,來自3個字母,分別是:computer(計算機)、communication(通信)、compatibility(兼容性)。這充分反映了梅特卡夫希望改善計算機通信兼容性的愿望。
3Com成立后,通過銷售網絡軟件、以太網收發器,以及用于小型計算機和工作站的以太網卡,大大提高了以太網的商業可行性。
1980年,在梅特卡夫的撮合下,當時世界第二大計算機公司數字設備公司(DEC)、半導體公司英特爾公司(Intel)和大型系統供應商施樂公司(Xerox),共同組成了一個技術聯盟,推出了DIX(三個公司的字母開頭)以太網標準。
不久后,1983年,IEEE專門成立了工作組,基于DIX標準的變體,推出了IEEE 802.3標準。
最早的802.3,就是10BASE5,只有10Mbps的吞吐量,介質是粗同軸電纜,使用的是帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問(CSMA/CD,理工科同學應該都熟悉)的訪問控制方法。
除了以太網之外,美國IBM公司和通用汽車公司也推出了自己的網絡標準。
尤其是IBM的令牌環技術,和以太網形成了激烈的競爭。最終,經過20年的角逐,以太網勝出,令牌環被淘汰。
█功成名就之后,個人隱退轉型整個20世紀80年代,梅特卡夫都在推動以太網的普及。1984年3月21日,3Com公司成功上市。
80年代中期,梅特卡夫提出了一個重要觀點,即:“一個網絡的價值,和這個網絡節點數的平方成正比”。這一觀點,就是著名的“梅特卡夫定律”。
該定律對于理解網絡效應和互聯網經濟的發展,具有重要的參考價值。
1990年,梅特卡夫離開了3Com公司,成為一名評論家和技術專欄作家。
那一時期的梅特卡夫,也犯了不少錯誤。他的一些奇怪言論,經常讓自己成為媒體調侃的對象。
1995年,梅特卡夫認為互聯網將在次年遭遇“災難性崩潰”。他表示,如果自己預測錯了,就把自己的話“吃掉”。
后來的事實證明,他確實預測錯了。1997年,在第六屆國際萬維網會議上,他拿出了自己那篇文章的印刷本,把它和一些液體共同放入攪拌機。然后,在觀眾的歡呼聲中,他坦然地吃掉了攪拌后的漿狀物。一邊吃,他還一邊承認了自己的錯誤。
梅特卡夫的預測錯誤還包括:Linux將被Windows2000干掉;無線網絡將在20世紀90年代中期被放棄;2006年,Windows和Linux將無法處理視頻業務?!?/p>
不靠譜的預言家
2001年,梅特卡夫離開了媒體領域。他創辦了北極星風險投資公司,轉型為風險資本家。2011年,梅特卡夫前往德克薩斯大學奧斯汀分校,擔任教授。
2022年,他時隔50多年之后,再次回到了麻省理工學院的計算機科學與人工智能實驗室(之前的MAC,現在改名為CSAIL),成為一名研究員。
這期間,3Com公司也經歷了不少風浪。
1999年,3Com的收入達到57億美元的峰值。但是很快,互聯網泡沫破碎,3Com跌下神壇,市值大幅縮水。2009年11月,3Com公司被惠普以27億美元現金收購,退出了歷史舞臺。
晚年的梅特卡夫,因為自己在以太網方面的重大貢獻,獲獎無數。
1996年,他被授予IEEE榮譽勛章。2003年,他收到了國家技術獎章和馬可尼獎。2007年,他入選了美國國家發明家名人堂。
前不久,也就是2023年3月22日,76歲的梅特卡夫被美國計算機協會(ACM)授予了2022年圖靈獎,獎金高達100萬美元(來自谷歌公司)。
谷歌研究和人工智能高級副總裁杰夫·迪恩(Jeff Dean)在ACM的官方聲明中表示:
“今天,全球約有70億個網絡端口。以太網無處不在,我們對此習以為常。然而,人們很容易忘記,如果沒有鮑勃·梅特卡夫的發明和努力(即每臺計算機都必須聯網),我們的互聯世界就不會是現在的樣子?!?/p>█結語
杰夫·迪恩說的沒錯。以太網技術是人們數據通信網絡的基石。作為以太網之父,梅特卡夫的貢獻是極為巨大的。
如今,以太網仍然是全球有線網絡通信的主要標準。它的處理數據速率,從2.94Mbps、10Mbps,一路升級到了現在的400Gbps、800Gbps,甚至1.6Tbps。
802.3這個令人熟悉的數字,將長期伴隨著我們,直到被取代的那一天。
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參考文獻:1、《以太網發明者鮑勃·梅特卡夫獲圖靈獎》,澎湃新聞;
2、《圖靈獎頒給了以太網之父!》,新智元;
3、《以太網50周年:以太網之父獲圖靈獎,2023路線圖發布》,SDNLAB;
4、維基百科詞條。
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