本節(jié)書(shū)摘來(lái)自華章出版社《VMware 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：原理與實(shí)踐》一 書(shū)中的第3章，第3.2節(jié)，作者：（美）Christopher Wahl　Steven Pantol，更多章節(jié)內(nèi)容可以訪(fǎng)問(wèn)云棲社區(qū)“華章計(jì)算機(jī)”公眾號(hào)查看。

3.2　以太網(wǎng)

當(dāng)談到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們通常會(huì)講到某種類(lèi)型的以太網(wǎng)。以太網(wǎng)（Ethernet）這一術(shù)語(yǔ)指的是一組描述典型局域網(wǎng)（LAN）的物理和數(shù)據(jù)鏈路層標(biāo)準(zhǔn)，以及實(shí)現(xiàn)它們的技術(shù)。

3.2.1　歷史和操作理論

以太網(wǎng)已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間——將近40年了。20世紀(jì)70年代中期，在Robert Metcalfe的領(lǐng)導(dǎo)下，Xerox PARC開(kāi)發(fā)了以太網(wǎng)，1980年正式投入商業(yè)使用，1985年正式標(biāo)準(zhǔn)化為IEEE 802.3。
以太網(wǎng)最初是圍繞共享介質(zhì)的思路構(gòu)建的——當(dāng)時(shí)，同軸電纜作為共享的物理總線(xiàn)。在被用于夏威夷大學(xué)開(kāi)發(fā)的AlohaNet無(wú)線(xiàn)電傳輸系統(tǒng)之后，建立了一些通信規(guī)范，但是使用物理電纜作為通信傳輸?shù)摹耙蕴?#xff08;ether）——以太網(wǎng)的名稱(chēng)就是從這里得來(lái)，因?yàn)镮T人士都難以抵抗19世紀(jì)物理學(xué)引用的誘惑。圖3.1展示了一個(gè)簡(jiǎn)單的共享總線(xiàn)LAN拓?fù)洹?/p>

共享通信介質(zhì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)被連接到共享物理總線(xiàn)上，它們通過(guò)總線(xiàn)發(fā)送電信號(hào)傳輸信息，通過(guò)檢測(cè)電信號(hào)接收信息。如果兩臺(tái)計(jì)算機(jī)試圖同時(shí)發(fā)送信息會(huì)發(fā)生什么情況？兩個(gè)信號(hào)會(huì)重疊，在總線(xiàn)上的其他設(shè)備會(huì)引起混亂和不連貫。這在以太網(wǎng)的術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)作沖突（collision）。
為了在共享連接上成功地進(jìn)行通信，必須有一些機(jī)制來(lái)確保一次只有一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)通過(guò)帶有沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪(fǎng)問(wèn)（CSMA/CD）算法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一機(jī)制。
即使縮寫(xiě)，這個(gè)術(shù)語(yǔ)也很拗口，讓我們來(lái)進(jìn)一步分解它。“載波偵聽(tīng)”的意思是首先檢查線(xiàn)路。如果另一個(gè)傳輸正在進(jìn)行，在傳輸之前等待線(xiàn)路空閑。“多路訪(fǎng)問(wèn)”指的是多個(gè)設(shè)備共享總線(xiàn)——沖突是可能發(fā)生的。“沖突檢測(cè)”描述了檢測(cè)沖突并作出反應(yīng)的方法。由于沖突涉及多個(gè)同時(shí)發(fā)出的信號(hào)，可以通過(guò)搜索高于預(yù)期的信號(hào)振幅發(fā)現(xiàn)。檢測(cè)到這些沖突之后，傳輸中的站點(diǎn)發(fā)送一個(gè)阻塞信號(hào)，確保所有站點(diǎn)意識(shí)到?jīng)_突，然后對(duì)每個(gè)站點(diǎn)采用某種退回算法，等待隨機(jī)的時(shí)間后再重新傳輸。

3.2.2　以太標(biāo)準(zhǔn)和電纜類(lèi)型

以太網(wǎng)有多種速度和形式。最近，在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心，你最可能碰到的是千兆和萬(wàn)兆以太網(wǎng)，使用銅纜或者光纖。在數(shù)據(jù)中心之外，你可能使用100Mbps連接，甚至無(wú)線(xiàn)連接，但是我們討論的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)中心內(nèi)的連接，那里是真正發(fā)生魔法的地方。
光纖線(xiàn)路（fiber）和光纖通道（fibre）
在美國(guó)，關(guān)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)光纖線(xiàn)路的討論可能很快就引起困惑。美國(guó)人使用“fiber”來(lái)指代光纖線(xiàn)路本身。有時(shí)候，這種光纖線(xiàn)路被用于使用光纖通道協(xié)議（fibre channel protocol）的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。所以，“光纖線(xiàn)路”是介質(zhì)，而“光纖通道”是一種可以在該介質(zhì)上使用的協(xié)議。明白了嗎？更復(fù)雜的是，光纖通道協(xié)議也可以運(yùn)行于非屏蔽雙絞線(xiàn)（UTP）上。
在美國(guó)之外，“fibre”常被用于指光纖介質(zhì)，這導(dǎo)致了許多令人沮喪的拼寫(xiě)問(wèn)題。
更多有關(guān)光纖通道的信息，可以參見(jiàn)Mostafa Khalil的《Storage Implementation in vSphere 5.0》。
千兆以太網(wǎng)使用銅纜，而它的前身10M和100M以太網(wǎng)使用UTP電纜。這些電纜由4對(duì)線(xiàn)組成，沿著電纜長(zhǎng)度方向鉸接，兩端由RJ45連接器終結(jié)。
你知道的所有關(guān)于連接器的知識(shí)都是謊言
你可能對(duì)我的賣(mài)弄學(xué)問(wèn)不屑一顧，但是我們不能再成為說(shuō)謊者中的一員了。你知道5類(lèi)線(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)NIC端口。用于標(biāo)準(zhǔn)UTP電纜的連接器是8P8C（8位置，8觸點(diǎn)）連接器。真正的RJ45連接器是8P2C（8位置，2觸點(diǎn)）連接器。真正的RJ45插頭和插座標(biāo)準(zhǔn)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?xún)烧叨急唤凶鯮J45。
在銅纜千兆以太網(wǎng)絡(luò)上，所有4對(duì)線(xiàn)路都被用于同時(shí)傳輸和接收。這與早期的10M和100M標(biāo)準(zhǔn)不同，那兩種標(biāo)準(zhǔn)定義了單獨(dú)的發(fā)送和接收線(xiàn)對(duì)。
光纖上的千兆和萬(wàn)兆以太網(wǎng)使用兩股光纖線(xiàn)路，一股用來(lái)傳輸，另一股用于接收。相對(duì)短的距離上可以使用多模光纖，較長(zhǎng)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(hào)（對(duì)人眼不安全），而多模光纖攜帶的是多種頻率、由LED驅(qū)動(dòng)的光信號(hào)，如果你看到這一光線(xiàn)，不會(huì)受到傷害。在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，光纖線(xiàn)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(jìn)–拉出式連接機(jī)制，每對(duì)傳輸/接收線(xiàn)路通常用一個(gè)塑料夾固定在一起。LC連接器體型較小，使用與RJ45連接器類(lèi)似的翼片連接機(jī)制。
上游光纖線(xiàn)路連接一般使用可熱插拔的收發(fā)器。千兆接口轉(zhuǎn)換器（GBIC）或者小型可插拔收發(fā)器（SFP）用于支持千兆以太網(wǎng)連接，增強(qiáng)小型可插拔收發(fā)器（SPF+）用于萬(wàn)兆
連接。
銅纜上的萬(wàn)兆以太網(wǎng)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(jié)。有些供應(yīng)商將這種電纜稱(chēng)作直接連接銅纜（DAC）。這些電纜用于相當(dāng)短的范圍內(nèi)，被動(dòng)電纜為1～7米，主動(dòng)電纜最多為15米，后者從連接的設(shè)備上獲得傳輸所需的電力。現(xiàn)在也有在UTP上傳輸?shù)娜f(wàn)兆銅纜網(wǎng)絡(luò)（10GBase-T），但是較少見(jiàn)，因?yàn)樯?jí)基礎(chǔ)架構(gòu)以支持它的成本高于使用現(xiàn)有的SFP+端口。
表3.1 列出了一些常見(jiàn)的物理以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

表3.2展示一些常見(jiàn)的電纜連接器及其型號(hào)。

3.2.3　以太網(wǎng)編址

在共享總線(xiàn)上，所有站點(diǎn)都能看到所有傳輸。但是，正如我們?cè)诘?章中所看到的，有些信息本意只用于一個(gè)站點(diǎn)，有些用于一組站點(diǎn)，有些則可供所有站點(diǎn)接收。所以，以太網(wǎng)定義了一個(gè)編址方案，允許針對(duì)單個(gè)接收者、多個(gè)接收者或者總線(xiàn)上所有接收者進(jìn)行通信。
這些第2層地址——在IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)作MAC（Media Access Control，媒體訪(fǎng)問(wèn)控制）地址——長(zhǎng)度為6字節(jié)，通常以一個(gè)12個(gè)十六進(jìn)制數(shù)字的字符串表示。Cisco設(shè)備通常用句點(diǎn)將其分為4個(gè)數(shù)字的組（如1234.5678.90AB）。其他供應(yīng)商使用冒號(hào)或者破折號(hào)分隔2個(gè)數(shù)字的組（12：?34：?56：?78：?90：?AB或者12-34-56-78-90-AB）。VMware使用冒號(hào)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(shí)間說(shuō)明的——單播地址。單播地址用于指定發(fā)送者和以太幀的意向接收者。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)適配器觀察到共享總線(xiàn)上的傳輸時(shí)，它會(huì)檢查目標(biāo)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(nèi)保持唯一。為此，物理網(wǎng)卡的制造商在工廠(chǎng)將MAC地址編碼到以太網(wǎng)卡上——這個(gè)地址常常被稱(chēng)作“燒錄地址”。IEEE為每個(gè)制造商分配一個(gè)組織唯一標(biāo)識(shí)符（OUI），這個(gè)標(biāo)識(shí)符占據(jù)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(gòu)建虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)一的本意很好，但是制造商并不都能達(dá)到這個(gè)要求。許多人都有過(guò)發(fā)現(xiàn)NIC有重復(fù)MAC地址的經(jīng)歷，現(xiàn)代NIC往往可以將MAC地址修改為自定義值。全球唯一性實(shí)際上更多的是作為一個(gè)指導(dǎo)原則。所以，只要你的MAC地址在2層域中保持唯一，就沒(méi)有關(guān)系。
其他兩類(lèi)MAC地址用于標(biāo)識(shí)多個(gè)接收者。廣播目標(biāo)地址（MAC地址FF:FF:FF:FF:FF: FF）用于表示共享總線(xiàn)上的所有網(wǎng)絡(luò)適配器都應(yīng)該處理該幀。組播目標(biāo)地址用于將幀發(fā)送給總線(xiàn)上的一組網(wǎng)絡(luò)適配器。組播MAC地址將使用OUI 01:00:5e，剩下的6字節(jié)由用戶(hù)定義。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《VMware 网络技术：原理与实践》—— 3.2　以太网的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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