以太网是数据中心网络的基础技术,是数据中心不可缺少的主要技术之一。以太网技术是作为局域网技术发展起来的,由于具有高速的灵活性以及实现的简单性等特点,以太网技术发展非常迅速,以最初的10Mb/S以太网技术已经发展到100Gb/S以太网,现在它已是最主要的局域网技术,并发展成为城域网、广域网技术之一,在各类的数据中心中有着广泛应用。
1973年,Xerox(施乐)公司提出并实现了最初的以太网。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。后来,Intel公司也加入了这个联盟。1980年它们共同开发并发布了最早的以太网标准。其实以太网标准的发展进程就是以太网技术本身发展的历程。在以太网标准发展的过程中,IEEE802工作委员会是以太网标准的主要制定者。IEEE802标准体系定义了许多重要的网络标准,IEEE802.1定义了高层局域网协议和通用网络概念。IEEE802.2标准定义了逻辑链路控制协议,IEEE802.3标准是以太网最核心的内容,也是一个不断发展的协议体系,IEEE802.3定义了标准以太网、快速以太网、千兆以太网、万兆以太网、新型以太网五大标准。这些标准最明显的区别就是速率不同。
IEEE802.3标准为采用不同传输介质的标准以太网制订了对应标准,主要包括采用细缆的10Base-2、采用粗缆10Base-5和采用双绞线10Base-T。IEEE802.3u标准则为采用不同传输介质的快速以太网制定了相应的规范,主要包括采用双绞线介质的100Base-Tx和100Base-T4,采用多模光纤介质的100Base-Fx以及10/100M速率自协商功能。IEEE802.3z和IEEE802.3ab标准定义了采用光纤作为传输介质的1000Base-SX/LX以及采用双绞线介质的1000Base-T规范,而IEEE802.3ae标准定义了基于光纤的万兆以太网规范。IEEE802.3ba标准是下一代40Gb/s与100Gb/s新型以太网的标准。表1中罗列了IEEE802.3至今发布的五类以太网标准:
表1:IEEE802.3以太网标准
(1)标准以太网
1980年以太网标准IEEE802.3正式发布。在1983年IEEE802.3I正式出炉,它要求只通过双绞线网络介质,使用以太网类型的信令。标准设定信令速度为10 mb/s。主要包括10Base-5、10Base-2、10Base-T、1Base-5、10Broad-36,10Base-F几种类型。
(2)快速以太网
1995年3月IEEE颁布了IEEE802.3u标准,开始了快速以太网时代,快速以太网为了和10M以太网兼容,适应不同传输介质的要求等,快速以太网采取了一些独特的关键技术,如介质无关接口(MII),自动协商模式以及快速以太网中继器等。
表2:快速以太网的主要参数列表
(3)千兆以太网
1998年6月,IEEE802.3z标准通过,提供了基于光纤和屏蔽双绞线的千兆以太网解决方案,1999年6月,获得批准而通过的IEEE802.3ab标准使得非屏蔽双绞线可以用于千兆以太网中。千兆以太网具有支持传统的CSMA/CD介质访问控制协议,可用于多种传输介质,如双绞线、多模和单模光纤灯,支持全双工和半双工,流量控制机制。
表3:千兆以太网的主要参数列表
(4)万兆以太网
2002年6月IEEE802.3ae正式通过并生效执行,万兆以太网特点:只采用光纤传输,全双工模式,不再使用半双工和CSMA/CD介质访问控制技术,采用了局域网和广域网两种物理模型,将以太网技术引入到了广域网中。
表4:万兆局域以太网的主要参数列表
表5:万兆广域以太网的主要参数列表
(5)新型以太网
2006年7月,IEEE成立了高速网络研究组(HSSG),意在研究3~6年中对提升以太网速度的需求。新的以太网标准将会同时包含40G和100G两种速率接口。IEEE802.3ba任务组于2007年12月建立,这一任务组定期开始讨论技术提案。2010年6月,IEEE宣布IEEE 802.3ba标准,即40/100G以太网标准于6月17日正式发布。
IEEE 802.3ba标准解决了数据中心、运营商网络和其他流量密集高性能计算环境中数量越来越多的应用的宽带需求。新的标准制定了物理层协议标准:40G以太网标准在100m的多模光纤、10m的铜缆、1m的交换背板上实现;100G标准在10km和40km的单模光纤、100m的多模光纤,10m的铜缆上实现。支持100m~100km的传输距离。
(6)以太网的未来
2013年4月IEEE宣布组建新的802.3 Standard for Ethernet工作组,探讨制定400Gbps带宽的新一代以太网传输标准。802.3 400Gbps标准工作组计划在今年5月举行第一次讨论会议。如果按照目前的发展趋势,2015年就需要1Tbps的网络带宽,2020年则需要10Tbps。没有人知道未来以太网的网络带宽要发展到多高。
从1973年以太网诞生到今年刚好是40年,在这短短的40年中,以太网速率由10M增长到了100G,足足增长了1万倍。随着云计算、数据中心的强劲需求增长,以太网速率也将向着更高的速率发展,虽然目前看通过光纤以100G的速度传输已经够难的了,但400G的研究组已经建立,相信不久的将来必将攻克技术上的难关,根据市场需要退出400G的标准,400G既然都已经要来了,那么1000G甚至更高的网络带宽还会远吗?