本節書摘來自華章出版社《VMware 網絡技術：原理與實踐》一 書中的第3章，第3.2節，作者：（美）Christopher Wahl　Steven Pantol，更多章節內容可以訪問云棲社區“華章計算機”公眾號查看。

3.2　以太網

當談到數據中心網絡時，我們通常會講到某種類型的以太網。以太網（Ethernet）這一術語指的是一組描述典型局域網（LAN）的物理和數據鏈路層標準，以及實現它們的技術。

3.2.1　歷史和操作理論

以太網已經出現了一段時間——將近40年了。20世紀70年代中期，在Robert Metcalfe的領導下，Xerox PARC開發了以太網，1980年正式投入商業使用，1985年正式標準化為IEEE 802.3。
以太網最初是圍繞共享介質的思路構建的——當時，同軸電纜作為共享的物理總線。在被用于夏威夷大學開發的AlohaNet無線電傳輸系統之后，建立了一些通信規范，但是使用物理電纜作為通信傳輸的“以太”（ether）——以太網的名稱就是從這里得來，因為IT人士都難以抵抗19世紀物理學引用的誘惑。圖3.1展示了一個簡單的共享總線LAN拓撲。

共享通信介質帶來了挑戰。計算機被連接到共享物理總線上，它們通過總線發送電信號傳輸信息，通過檢測電信號接收信息。如果兩臺計算機試圖同時發送信息會發生什么情況？兩個信號會重疊，在總線上的其他設備會引起混亂和不連貫。這在以太網的術語中稱作沖突（collision）。
為了在共享連接上成功地進行通信，必須有一些機制來確保一次只有一個設備傳輸數據。以太網通過帶有沖突檢測的載波偵聽多路訪問（CSMA/CD）算法來實現這一機制。
即使縮寫，這個術語也很拗口，讓我們來進一步分解它。“載波偵聽”的意思是首先檢查線路。如果另一個傳輸正在進行，在傳輸之前等待線路空閑。“多路訪問”指的是多個設備共享總線——沖突是可能發生的。“沖突檢測”描述了檢測沖突并作出反應的方法。由于沖突涉及多個同時發出的信號，可以通過搜索高于預期的信號振幅發現。檢測到這些沖突之后，傳輸中的站點發送一個阻塞信號，確保所有站點意識到沖突，然后對每個站點采用某種退回算法，等待隨機的時間后再重新傳輸。

3.2.2　以太標準和電纜類型

以太網有多種速度和形式。最近，在現代數據中心，你最可能碰到的是千兆和萬兆以太網，使用銅纜或者光纖。在數據中心之外，你可能使用100Mbps連接，甚至無線連接，但是我們討論的重點是數據中心內的連接，那里是真正發生魔法的地方。
光纖線路（fiber）和光纖通道（fibre）
在美國，關于數據中心內光纖線路的討論可能很快就引起困惑。美國人使用“fiber”來指代光纖線路本身。有時候，這種光纖線路被用于使用光纖通道協議（fibre channel protocol）的存儲區域網絡（SAN）。所以，“光纖線路”是介質，而“光纖通道”是一種可以在該介質上使用的協議。明白了嗎？更復雜的是，光纖通道協議也可以運行于非屏蔽雙絞線（UTP）上。
在美國之外，“fibre”常被用于指光纖介質，這導致了許多令人沮喪的拼寫問題。
更多有關光纖通道的信息，可以參見Mostafa Khalil的《Storage Implementation in vSphere 5.0》。
千兆以太網使用銅纜，而它的前身10M和100M以太網使用UTP電纜。這些電纜由4對線組成，沿著電纜長度方向鉸接，兩端由RJ45連接器終結。
你知道的所有關于連接器的知識都是謊言
你可能對我的賣弄學問不屑一顧，但是我們不能再成為說謊者中的一員了。你知道5類線末端的是什么東西？它并不是RJ45連接器。RJ45連接器是帶鎖的，不適合于標準以太網NIC端口。用于標準UTP電纜的連接器是8P8C（8位置，8觸點）連接器。真正的RJ45連接器是8P2C（8位置，2觸點）連接器。真正的RJ45插頭和插座標準從未被真正采用，而8P8C和RJ45連接器的外觀很相似（除了鎖以外），所以兩者都被叫做RJ45。
在銅纜千兆以太網絡上，所有4對線路都被用于同時傳輸和接收。這與早期的10M和100M標準不同，那兩種標準定義了單獨的發送和接收線對。
光纖上的千兆和萬兆以太網使用兩股光纖線路，一股用來傳輸，另一股用于接收。相對短的距離上可以使用多模光纖，較長距離則使用單模光纖。單模光纖只攜帶單一頻率的激光信號（對人眼不安全），而多模光纖攜帶的是多種頻率、由LED驅動的光信號，如果你看到這一光線，不會受到傷害。在數據中心應用中，光纖線路通常終止于SC或者LC連接器。SC連接器是方形的，使用推進–拉出式連接機制，每對傳輸/接收線路通常用一個塑料夾固定在一起。LC連接器體型較小，使用與RJ45連接器類似的翼片連接機制。
上游光纖線路連接一般使用可熱插拔的收發器。千兆接口轉換器（GBIC）或者小型可插拔收發器（SFP）用于支持千兆以太網連接，增強小型可插拔收發器（SPF+）用于萬兆
連接。
銅纜上的萬兆以太網最常采用SFP+直接連接，在這種連接中雙軸銅纜由連接到電纜末端的SFP+外殼終結。有些供應商將這種電纜稱作直接連接銅纜（DAC）。這些電纜用于相當短的范圍內，被動電纜為1～7米，主動電纜最多為15米，后者從連接的設備上獲得傳輸所需的電力。現在也有在UTP上傳輸的萬兆銅纜網絡（10GBase-T），但是較少見，因為升級基礎架構以支持它的成本高于使用現有的SFP+端口。
表3.1 列出了一些常見的物理以太網標準。

表3.2展示一些常見的電纜連接器及其型號。

3.2.3　以太網編址

在共享總線上，所有站點都能看到所有傳輸。但是，正如我們在第1章中所看到的，有些信息本意只用于一個站點，有些用于一組站點，有些則可供所有站點接收。所以，以太網定義了一個編址方案，允許針對單個接收者、多個接收者或者總線上所有接收者進行通信。
這些第2層地址——在IEEE 802.3標準中稱作MAC（Media Access Control，媒體訪問控制）地址——長度為6字節，通常以一個12個十六進制數字的字符串表示。Cisco設備通常用句點將其分為4個數字的組（如1234.5678.90AB）。其他供應商使用冒號或者破折號分隔2個數字的組（12：?34：?56：?78：?90：?AB或者12-34-56-78-90-AB）。VMware使用冒號記法，所以我們也將使用這種記法。
這些地址分為3種。第一種是我們將要花最多時間說明的——單播地址。單播地址用于指定發送者和以太幀的意向接收者。當網絡適配器觀察到共享總線上的傳輸時，它會檢查目標MAC地址是否匹配自身的地址，如果匹配則處理該幀，否則該幀被忽略。
單播MAC地址要求在全球范圍內保持唯一。為此，物理網卡的制造商在工廠將MAC地址編碼到以太網卡上——這個地址常常被稱作“燒錄地址”。IEEE為每個制造商分配一個組織唯一標識符（OUI），這個標識符占據MAC地址的前半部分。然后，制造商分配地址的另一半。VMware有自己的OUI（00：?50：?56），用于構建虛擬機網絡適配器的MAC地址。
全球唯一的例外情況
IEEE要求MAC地址全球統一的本意很好，但是制造商并不都能達到這個要求。許多人都有過發現NIC有重復MAC地址的經歷，現代NIC往往可以將MAC地址修改為自定義值。全球唯一性實際上更多的是作為一個指導原則。所以，只要你的MAC地址在2層域中保持唯一，就沒有關系。
其他兩類MAC地址用于標識多個接收者。廣播目標地址（MAC地址FF:FF:FF:FF:FF: FF）用于表示共享總線上的所有網絡適配器都應該處理該幀。組播目標地址用于將幀發送給總線上的一組網絡適配器。組播MAC地址將使用OUI 01:00:5e，剩下的6字節由用戶定義。

總結

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