重要的Ethernet規格

Ethernet（乙太網路）從三十多年前的4800bps無線電傳輸系統，在1970年代初期成形，1970年代末期由DEC、英特爾和Xerox聯合將其標準化，逐漸演進為今日最普及的區域網路標準，已經達成以UTP（無遮蔽雙絞線）就可提供1000Mbps理論傳輸率的能力。現在，我們就來檢視近期Ethernet的重要規格發展。

交換器及全雙工/傳輸流量控制標準
星狀布線的出現，直接催生了交換器（Switch）及全雙工（Full-duplex）技術的誕生，因為每個節點都擁有獨立的傳輸通道，並不受到過去共用單一傳輸線路的限制，所以CSMA/CD不再適用。Kalpana公司分別在1990和1993年發表採用該技術的產品。全雙工功能必須先自動偵測網路設備是否具備該能力的自動協調機制（Auto-Negotiation），以及避免傳輸超載導致壅塞（Congestion）的流量控制功能。不過，全雙工傳輸是直到1997年才成為IEEE 802.3x標準。另外，並非所有的Ethernet實體層都擁有全雙工傳輸能力，必須實體層要能提供獨立雙向傳輸通道者才可。最廣為使用的10Base-T、100Base-TX和1000Base-T都具備全雙工的潛力。

Priority Switching
相較於ATM，Ethernet最大的弱點之一，就在於無法提供不同等級的服務優先權，尤其對於即時性（Time-Critical）的影音資料傳輸。儘管在交換器的機制下，每個節點都有專屬的點對點頻寬，但是這無法保證固定的延遲時間以及傳輸優先權。這些因素促使802.1p規格的誕生。802.1p在框包（Frame）中定義了3位元的優先權位元，可以定義8種不同的優先權等級，支援該規格的交換器中針對不同優先權提供不同的佇列緩衝區，以達成某種程度的QoS。值得注意的是，後來802.1p已經整合至802.1Q VLAN Tagging之中，所以很多書籍及文件都將Ethernet的優先權交換機制歸類為802.1Q/p。

Virtual LAN
在傳統的區域網路架構下，相同一個實體區網中的電腦都需要相同的IP Prefix，換言之，兩個不同實體區網的電腦要傳輸資料，就需要路由器（Router）進行路由及位址轉換的工作。另外，L2 Switch並無法阻擋廣播（Broadcast），所以單一實體區網規模越大，網路的效能也越容易受到廣播風暴（Broadcast Storm）的影響，但是這也需要透過路由器來進行隔離的工作。我們可以想到一個方式：將區網予以虛擬化，將一臺交換器上的數個埠組成一個虛擬區網，或著是將數個實體區網組成一個虛擬區網。換言之，只要是數臺支援VLAN的交換器，就可以提供部分路由器的功能，這大幅提升了網路管理的彈性及效能。例如我們可以將需要高效能的少數伺服器整合在一個小型的虛擬區網之中，也可以動態調整區網的規模。另外，隱而不現的是，透過限制廣播網域，也可以提升網路的安全性。

在1994年，Bay Networks（後來被Nortel所併購）推出第一臺Fast Ethernet交換器28115，除了是全世界第一臺同時提供10/100相容的產品、第一臺骨幹交換器，也是第一臺實作VLAN功能的交換器。不過，在當時VLAN並沒有一個業界共通的規範，各由廠商「各憑本事」，所以往往不同廠商的產品無法相容。後來，以Cisco的Inter-Switch Link為技術基礎，IEEE開始制定VLAN規範，這也是VLAN Frame Extension（802.3ac）和VLAN Tagging（802.1Q）的由來。在今天，VLAN已經成為高階交換器必備的功能之一。不過，VLAN的實作方式很多，其優缺點也都不同。

Link Aggregation
802.1D Spanning Tree演算法可以說是連接多個橋接器（Bridge）、建立階層樹狀架構的技術基礎，而該演算法也提供了線路備援的能力。不過，由於該演算法是針對近20年前的單埠橋接器所設計，而非多埠的交換器，所以並無法提供聚集數條線路、以提供更大頻寬的能力。在交換器開始發展的初期，Cisco推出了Fast EtherChannel技術，可以提供線路聚集和負載平衡的功能，但這是Cisco的專屬規格，而非業界標準。在1998年制定的802.3ad規格，就可以提供線路聚集的公訂標準，這對於頻寬的管理有著極大的助益。

Gigabit Ethernet
基於100Base-T的成功，在1996年五月，先前推動Fast Ethernet的廠商組成了Gigabit Ethernet Alliance（GEA），首先由11家廠商所組成，後來另外加入包含HP的28家廠商，在1996年9月18日就首度展示Gigabit Ethernet的技術。不過，由於Gigabit Ethernet發展之初著重於提供骨幹或伺服器的高速連接通道，所以技術重點集中在全雙工傳輸以及光纖介面，UTP規格則另外制定，這也就是為何先後有802.3z及802.3ab的主因。值得注意的是，雖然Gigabit Ethernet保留了CSMA/CD，但是如果維持和10/100Mbps相同的規範，使用銅線傳輸線材的使用範圍會非常的小，所以在規格上作了不少更動（例如SlotTime加長），以維持和Fast Ethernet相當的200公尺網路範圍。這也意味著，CSMA/CD造成的效能損失也就越大，交換式架構幾乎成為必備的需求。

10G Ethernet
以先前GEA為基礎，諸多廠商成立10Gigabit Ethernet Alliance（10GEA）進行10G Ethernet的標準化工作。10G Ethernet的發展目的並非以LAN為主，而將應用延伸至MAN及WAN的領域，尤其是長距離的跨都會區網路骨幹。也因此，實體層也以光纖為主，暫無UTP銅線的產品。

10G Ethernet實體層主要採用SONET OC-192及SDH VC4-64c，取消了行之有年的CSMA/CD。目前10G Ethernet規範為IEEE 802.3ae，也已經有部分廠商推出對應的產品，主要應用於骨幹交換器之間的連結。由於10G Ethernet擁有相當大的頻寬，也毋須MAC協定的轉換動作，預計將會對ATM造成極大的衝擊，也將加速iSCSI之類以IP網路為基礎的儲存網路規格之普及。文⊙劉人豪