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第1章 千兆网之前的以太网
千兆以太网并不是凭空产生的,而是从一些计算机网络基础技术上发展起来的.它吸取
了以太网20多年来的发展经验,利用了在此期间开发的许多先进技术.本章首先回顾以太网
的发展历史,分析以太网能够成为当今主流局域网技术的原因,并指出千兆以太网得以发展
的基础技术.第一部分的后续章节将详细介绍这些基础技术.
1.1 以太网发展简史
1.1.1 1973-82:以太网的产生与DIX联盟
1973年,位于加利福尼亚 Palo Alto 的Xerox公司提出并实现了最初的以太网. Robert
Metcalfe博士被公认为以太网之父,他研制的实验室原型系统运行速度是 2.94兆字节每秒
(3Mb/s).这个实验性以太网 (在Xerox公司中被称为" X-Wire")用在了Xerox公司早期的一些
产品中,包括世界上第一台配备网络功能、带有图形用户接口的个人工作站 [1]
—Xerox Alto.
Xerox没能成功地将Alto或3Mb/s以太网商品化.这两项实验性技术几乎完全保留在 Xerox公司
内部,没有向外部传播[2]
.
1979年,Xerox与DEC公司(Digital Equipment Corporation)联合起来,致力于以太网技术
的标准化和商品化,并促进该项技术在网络产品中的应用.这是一个很理想的组合: Xerox拥
有专利和技术,而DEC是当时最大的网络计算机供应商 [3]
.为了能确保容易地将商品化以太网
集成到廉价芯片中,在Xerox的要求下,Intel公司也加入了这个联盟,负责提供这方面的指导.
由它们组成的DEC-Intel-Xerox (DIX)三驾马车,1980年9月开发并发布了10Mb/s版的以太网标
准[DIX80].这个标准所支持的唯一一种物理介质是粗同轴电缆. 1982年,发布了该标准的第
2版.这一版以太网对信令做了略微修改,并增加了网络管理功能 [DIX82].
与DIX工作同步的是,IEEE成立了如今闻名的 802计划,其目标是为 LAN技术标准化提供
广泛的工业框架.802的第一次会议于1980年2月在加利福尼亚的旧金山召开.当802委员会意
识到无法将所有 LAN统一到一个标准上时 (而这恰恰是802的初衷),该委员会被分成了几个工
作组(WG),每个工作组从事不同的 LAN技术研究.IEEE 802.3研究基于以太网技术的标准
第一部分 千兆以太网基础
[1] Alto工作站因促进 Apple Macintosh的产生而闻名.
[2] Alto工作站确实曾走出了实验室.在美国总统吉米·卡特执政期间, Xerox Alto使用3Mb/s以太网,在白宫
曾用于文字处理.
[3] 当然以总收益做衡量, IBM是计算机的主导制造厂商.不过 DEC出售的是小型计算机,因此 DEC的市场拥
有量更高.另外,IBM的网络体系结构SNA是面向连接的,不像以太网那样提供无连接、尽力传递的服务
在当时可应用面较窄.
IEEE802.4和802.5工作组分别研究令牌总线与令牌环技术 (关于IEEE 802组织的详细情况请参
阅第13章).
1.1.2 1982-1990:10Mb/s以太网发展成熟
1983年6月,IEEE标准委员会通过了第一个 802.3标准.这个标准与 DIX以太网标准相比
除了在一些不太重要的方面有所差别外,基本上使用的是相同的技术.实际上,两项标准文
本的许多内容是相同的.在80年代随后的几年中,随着以太网市场的扩大,在这项基本标准
中又增加了一系列中继器规范并可支持多种物理介质:适用于廉价桌面设备的细同轴电缆以
及用于建筑物之间连接的光纤等.
随着非屏蔽双绞线结构化布线系统(参见第2章)的广泛使用,大多数以太网系统的基础结构
发生了变化.在20世纪80年代期间,多数以太网都采用物理总线拓扑结构,使用粗或细的同轴
电缆.这种模式与采用星型拓扑结构的结构化布线是不兼容的. SynOptics Communications公
司认识到这是一个机遇,便开发了在双绞线上传输 10Mb/s以太网信号的技术.该公司的一些发
起人来自于最初开发以太网的 Xerox Palo Alto研究中心.他们的产品LattisNet在商业上获得了
成功,使这项技术走向了标准化. IEEE于1990年9月通过了使用双绞线介质的以太网 (10BASE-
T)标准,该标准很快成为办公自动化应用中首选的以太网技术.
1.1.3 1983-1997:LAN网桥接与交换
DEC在80年代初开发了第一个透明 LAN网桥,并于1984年发布了商品化产品.虽然开始
时网桥的性能不高、价格较贵,但它非常容易安装和使用,与当时其他产品 (如网络互连路由
器)相比,具有较好的性能价格比.网桥成为多个以太网互连的主流设备 (参见第3章).在80年
代中期,许多新老制造商提供了各种各样的网桥产品. 1987年,国际上开始研究把不同供应
商的LAN通过网桥连接在一起的工业标准,结果便是 1990年出现的IEEE802.1D标准.
1991年,Kalpana公司成立,它致力于开发一种新型的以太网网桥.这种网桥可以连接大
量的设备,所有端口可同时以全容量工作.这些作为" LAN交换机"出售的设备,不仅很快
在传统的LAN互连中流行,而且还用于连接高性能专用计算机.之后,又有许多其他公司加
入了交换机市场,导致交换机的价格迅速下降.
使用交换机后,计算机可以专用 LAN的带宽,而不再是多个设备共享一份带宽.这省去
了访问控制机制,并且实现了"全双工以太网" (参见第 4章).1995年,IEEE802.3委员会开
始研究全双工操作的标准,并在 1997年通过了一项标准[IEEE97].
1.1.4 1992-1997:快速以太网
计算机性能和应用需求的增长,要求网络容量也同时增长.交换式 LAN给每个桌面机带
来了更大的带宽,它们不必再与其他用户共享一个信道.当然,大多数网络使用服务器,这
些服务器仍然由许多用户共享.由于每个用户拥有专用带宽,因此对服务器的带宽需求变得
越来越大.
1991~1992年间,Grand Junction网络公司认识到要使桌面交换机真正达到实用,它们与
共享资源(如服务器和主干网连接 )之间就需要有一种更高速的连接.因此,该公司开发了一种
高速以太网,这种网的基本特征,如帧格式、软件接口、访问控制方法等,与以往以太网相
2 第一部分 千兆以太网基础
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同,但是运行速度达到 100 Mb/s.这是一个巨大的成功,并且孕育了另一项工业标准.随后
提出的快速以太网标准[IEEE95]促使一批高容量以太网产品的诞生.注意,这是从最初 DIX规
范提出后的15年里,以太网数据速率的第一次提升!
1.1.5 1996—今:千兆以太网
在快速以太网的官方标准提出后不到一年,对千兆以太网的研究工作也开始了,这种网
的速率可达到 1000Mb/s.快速以太网满足了 15年来人们对网络容量不断膨胀的需要,它以惊
人的速度在新安装和升级的 LAN中得到广泛的部署.然而交换技术与快速以太网的结合无疑
对网络服务器和园区主干网施加了更大的压力.
千兆以太网正是为满足这种需要而发展起来的.许多公司开发并出售了专用的 1000Mb/s
以太网产品. 1996年IEEE802.3成立了一个标准开发任务组, 1998年完成并通过了标准
[IEEE98].研究工作又向支持桌面应用的双绞线千兆以太网技术方面拓展.图1-1说明了在过
去的一段时间里以太网速率的增长情况.
图1-1 以太网数据率增长趋势
1.2 以太网流行的原因
现在世界上使用的以太网接口已超过 1亿(在写作本书的时候,多数还运行于 10Mb/s).它
们连接着个人计算机、服务器、网络互连设备、打印机、测试设备、电话交换机、有线电视
机顶盒等设备,数量庞大并且日益增长.许多产品并没有将设备接入"传统"计算机网络的
打算;以太网只是一个价格低廉、高速、通用的接口.以太网已经成为" 90年代的RS-232"
这正与其设计者当初的想法相吻合 [SEIF83].为什么会这样?以太网如此流行的原因是什么?
1.2.1 以太网与令牌环
在20世纪80年代中期,当以太网系统逐渐得以广泛实现并发售时, IBM研制并向市场推
出了它的令牌环技术,作为一个竞争性 LAN替代系统.许多工业分析家预测,令牌环的市场
份额很快会赶上并超过以太网.令牌环 (至少粗
……

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