Ethernet:三十年的崇拜

兴宁528 · 发表于 2012/3/2 17:35

不久前，许多网络界人士汇聚美国加州，在这个Ethernet诞生的地方，共同庆祝以太网30周年华诞。 以太网之父Bob Metcalfe也参加了庆祝活动，当有记者问他，您发明以太网时，想到过它会有今天的繁荣么？Bob Metcalfe说，绝对没有。 是啊，有谁能想得到，由当年一个小小的协议演进而来，历经三十年的坎坷，今天的以太网，已然连接了全世界90%的电脑和服务器。就在这短短的三十年之间，以太网造就了一个现代神话。 缘起简单连接 1973年，为了实现几台电脑之间的简单联接和信息交互，施乐公司Palo Alto研究中心（PARC）的研究员Bob Metcalfe描绘出了大致的网络构想，并将这项技术命名为“Ethernet”。当时的数据传输速率为2.94Mbps，以太网就此诞生。 1980年，由Xerox、Intel、DEC三家公司公布了Ethernet技术规范。1983年IEEE计算机通信委员会通过的802.3局部网络协议（CSMA/CD）基本上和Ethernet技术规范一致。于是，Ethernet技术规范成为世界范围的第一个局部网络技术规范。当时对以太网最突出的几个特征描述有：总线式拓扑结构、以标准的基带同轴电缆为传输介质、传输速率是10Mbps等，尽管这些特征在今天看来已面目全非，但这些规范的制定，给了以太网天生开放的土壤。 以太网发展历史 1968-1972  aloha无线电系统  夏威夷大学开创争用型通信   1973-1977  首个以太网 2.94m  metcalf和boggs建立cama/cd   1979-1983  粗同轴以太网 10m  com（dec、intel、xerox）10base5   1980-1982  细同轴以太网商品化 10m  3com isa总线与10base2相连   1984-1987  双绞线以太网 1m  utp hp、at&t 1base5   1986-1990  综合布线+双线绞线以太网 10m  synoptics、hp 10baset   1990-1994  交换式和全双工以太网 10m  kalpana ether　switch   1992-1995  快速以太网 100m  utp grand junction 100baset   1996-1998  千兆位以太网 1000m  ieee802.3z 1000basef   2002  万兆以太网 10000m  ieee802.3ae 10g  Metcalfe在发明之初曾经说过：网络将越来越重要，它的价值将随着用户数的增多而同比增长。这就是著名的 “Metacalfe 预言”。 随着以太网的发展，Metacalfe 预言得到了最好的证明。以太网的传输速率从最初的不到10Mbps逐步扩展到100Mbps、1000Mbps、10Gbps，而价格也随着工业化生产而迅速下降。在成长的道路上，以太网凭借简单、高效、低成本的优势，逐渐成了企业局域网络(LAN)技术的主角，随着千兆以太网的出现，以太网已经伸展到城域网（MAN）领域，并扮演越来越重要的角色。而10G标准的出台将万兆以太网引入城域网（MAN）和广域网（WAN）。 开放易用至胜 如果你敢对以太网说个“不”字，可能会像异教徒一样，被乱棍打死！因为，今天的以太网已经成为众人心目中的“正教”。其实，在以太网的前前后后，网络的江湖中出现了大大小小各种不同的“教派”，其中，FDDI、令牌环、ATM等协议都与以太网有过一拼。但最终却是以太网络一统江湖。谈及其中的原由，极进网络总经理，也是前任千兆、万兆以太网联盟主席李中元认为，正是由于有IEEE、10G以太网联盟等各种国际组织，通过几百家公司工程师的共同努力，才造就了以太网的辉煌。李中元说，“在发展一个新技术，新标准的时候，最重要的因素就是要保持产品之间的兼容性和互操作性。只要新的技术具备兼容性的特点，终端用户就可以自由选择市场上任何厂家的任何产品来扩充自己的网络，而不需要考虑兼容性的问题。这也正是以太网生存乃至流行的重要因素。” 随着业界对各种新型以太网技术的支持，从10兆到100兆到千兆到万兆，从共享到交换，终端用户接受了以太网的一次次升级，以太网的开放性、可伸缩性以及永不停滞的发展，也正是如此，使得以太网的大旗下聚集了越来越多的忠实的使用者。 另外，还有一个非常重要的技术原因，李中元认为，那就是，无论是设计、安装还是维护，以太网都非常简单，在这个方面，它远远超过ATM和SONET等复杂的技术。 圣旗下的修修补补 如果说当年 Metcalfe草拟的以太网协议是一面圣旗，那么，它的丰功伟绩就在于为以太网的发展指明了大方向。但是，仅有大方向是不够的。从圣旗立起的那一天起，直到三十年后的今天，各方面的改进、完善的工作就从来没有停止过。 其中，由于原先的以太网缺少用户管理机制，网络风暴、网络攻击经常发生。为了避免此类问题的发生，就必须加强用户管理技术，通过认证技术保证合法用户的正常业务。 最先出现的是VLAN+Web网络认证技术，用户在使用网络时，首先通过Web服务器验证用户的合法身份，获得认证后可得到用户的SLA服务。这种认证方式不需要客户端软件，并支持更多的增值业务，已成为认证技术的主流。随后，随着802.1x扩展技术的发展，这一认证方式可随时检查用户的合法性，防止网络欺骗行为，并为按时长计费提供了可能。 多种认证技术的出现，使以太网具有更为实用的用户管理特性，从而为以太网的可运营、可管理奠定了基础。 另外，面对不断涌现的新业务和新应用，仅保证高带宽已经无法满足要求。如何保证网络应用的端到端QoS已经成为以太网面临的最大挑战。传统的建网模式无法满足现有业务的QoS要求，网络应用迫切要求设备对QoS的支持向边缘层和接入层发展。在过去，高QoS意味着高价格，但是ASIC技术的发展使具备强大QoS能力的低端设备成为可能，使网络的QoS从集中保证逐渐向端到端保证过渡。目前，网络边缘设备已经可以根据端口、MAC地址、VLAN信息、IP地址甚至更高层的信息来识别应用类型，为数据包打上优先级标记（如修改IEEE802.1P、IP DiffServ域），核心设备不必再对应用进行识别，只需根据IP DiffServ、IEEE802.1P进行交换，提供相应的服务质量即可。 进军城域网和广域网 在秉持开放兼容的大原则下，以太网从来没有停止前进的脚步。谈到这些年以太网的变迁，3Com公司中国区技术市场经理唐勇认为，当今的世界和30年前大不一样了，现在，无论是服务提供商还是企业，他们的需求已经非常相似，他们都希望在其宽带基础架构上，为客户或者终端用户提供多种服务。他们同时也希望具备能够快速提供新型服务的能力，同时减少运作的总成本。换句话说，用户要得到的网络应该是简单、快速、便宜的。而这些，正是以太网不断前进的原动力。 2002年6月，在IEEE以太网标准工作组织的网站上，我们看到了802.3ae工业标准正式通过。万兆标准的制订，最直接的受益行业将是电信部门。随着以太网转变为100%基于数据包的通信方式，网络中所有节点都具有帧兼容性的万兆以太网技术，将成为把数据从局域网传输到城域网再到广域网的最有效方式。 局域网的前景 尽管端到端的广域以太网业务现在还不多见，但专家认为，该业务的前景其实比局域网更为乐观。据Cisco透露，由于有了MPLS和IPv6等新业务，他们可以把以太网从局域网转到城域网中，甚至考虑为家庭连接以太网服务。尽管美国运营商表面上仍对城域以太网（Metro Ethernet）持保守态度，企图借此维持帧中继和ATM的利润，但该业务的流行趋势已无法抗拒，并已在亚洲取得了良好成绩。 在城域网方面，以太网最大的挑战来自同步光纤网（SONET）。由于同步光纤网的环路技术容错性较好，曾经对以太网构成威胁。然而，即将出台的802.17标准将引入弹性分组环技术，这不仅使以太网更接近同步光纤网络的性能，而且有望缩短故障切换时间，为以太网的新胜利奠定坚实基础。更新技术，迎接挑战，这正是以太网立于不败之地的经验之所在。 速度没有止境　　 在30年的大部分时间内，以太网的速度只有10M，但是在最近的8年时间内（1995-2002），以太网的速度从10M提高到了10G。这是一个了不起的成就，而且在每次大幅度提高网络速度后，带来了众多新应用的涌现，以前不敢想象的应用现在已经成为活生生的现实。更重要的是，随着速度的不断突破，相信未来还会有很多基于以太网的新应用不断出现。 李中元认为，以太网在其30年发展过程中，最大的革命和转折点发生在90年代中期（差不多发展了20年后），这时以太网的速度从10M升级到100M。在1993年-1995年期间，100M的快速以太网获得了国际标准，这使得整个业界认识到以太网的可伸缩性。这次的成功，使得以后的数次升速成功都充满了希望和未来。 “现在想起来都觉得神奇，每一个崭新的以太网标准在3年左右的时间内就达到成熟，速度提升10倍。（1995年100 Mbps IEEE 802.3u 快速以太网标准 , 1999年IEEE 802.3z/802.3ab 千兆以太网标准， 2002年的IEEE 802.3ae 10G以太网）。当然，当我们为10G标准的确立还在欢欣鼓舞的时候，40G甚至100G成为了下一个目标。虽然对于以太网来说，要突破10G存在很大的困难，但是对速度的无限追求将最终使我们克服这些困难”。李中元说。 携手Wi-Fi创佳绩 在不断前行的路上，以太网也碰到了很多新的机遇，其中，最引人注目的就是Wi-Fi。尽管俗称无线以太网，但Wi-Fi并不是真正的以太网。作为一种接入技术，它因为灵活方便而备受推崇，甚至曾被看作以太网的重大威胁。然而，Wi-Fi在性能上还有缺憾，如共享无线接入、用户对带宽的竞争和安全漏洞等，这都影响了用户的信心。同时，安全可靠的10/100M bps以太网却已占有了全世界局域网端口的90%以上。因此，人们开始把Wi-Fi环境和有线以太网连接起来，甚至开发出专用的无线局域网交换机。802.11a 和802.11i标准保证了Wi-Fi的快捷和安全性，不仅解决了Wi-Fi问题，而且为以太网赢得了更大的发展空间。预计到2007年前，以太网将会帮助十分之一的局域网用户进入无线时代。Metcalfe认为，未来，Wi-Fi会有更细致的频率划分，作为企业局域网接入技术，其作用将会持续上升。 谈及以太网发展的未来，李中元说，我们都已经充分接受了以太网技术，目前的工作在于把以太网延伸、拓展到网络的各个部分和层面上去，比如IEEE 802.3ae 以太网第一英里标准。这一切，正如Extreme在1996年提出的“Ethernet Everywhere” --- 以太网将无处不在，这个场景将最终实现，而且实现的时间可能比我们想象得还要快。