以太网速超越极限：3Mbps，100Gbps

　　搭建局域网麻烦不少，到现在还一直纠缠着我们。计算机用1号和2号插脚（插脚是指在计算机和其它通讯设备中信号接口的接口处分叉的接触处，插脚是阳性连接器的一部分，用来插进阴性连接器）发送信号，3号和6号插脚接收信号。但对于集线器和交换机而言，情况有所不同。这句话的意思是一台计算机通过普通电缆和集线器连接，但需要连接两台计算机或两台集线器的话，就必须动用到交叉线缆，一头把1、2号插脚相连，另一头把3、6号插脚相连（反之亦然）。好玩的是，由苹果公司领导的开发联盟开发的火线接口（IEEE 1394，別名火线FireWire接口，一种高速传送接口）干脆只允许使用交叉线缆，结果这样一刀切反而降低了对用户造成的不便。

　　Pic： 火线（FireWire）

　　无论如何，解决了以上种种复杂难题后，最终的硕果是一套高速而灵活的系统——这套系统快得目前仍在被使用。不过，我们需要更高的网速。

　　追求速度：快速以太网

　　尽管现在看来难以置信，但在1980年代初，10Mbps的以太网已经是非常非常快的网速了。但不妨静心想想：有哪项超过30年的技术现在的电脑还在用？300波特（每秒钟发送300个bit数据）的调制解调器？读写周期500ns的储存器？菊瓣字轮式打印机？唯有10Mbps以太网。到了今天，10Mbps仍不算慢得完全没法用的网速，它依然是我们电脑上10/100/1000Mbps以太网接口的组成部分。

　　到了1990年代初期，以太网不再像十年前那样觉得自己快得无可匹敌了。不妨看看1977年迪吉多（Digital Equipment Corporation， DEC）发布的计算机VAX-11/780。780配有一些2MB的RAM，主频为5MHZ。它几乎每秒能处理一百万条机器语言指令，1757条dhrystones指令（dhrystones是1984年开发的一个CPU性能基准程序，这一名字是对更古老的性能基准程序Whetstone的发挥）。目前流行的英特尔i7计算机可能有3GHz的主频和3GB大的RAM，每秒能执行1700万条dhrystones指令。如果网速增长得跟处理器速度一样快，今天的i7至少会有10GBps的网络接口，也许还会有100Gbps的。

　　Pic： VAX11-780

　　但事实是网速的增长并没有这么夸张。幸好，到了1990年代，有一种新的局域网技术，足足比常规以太网快10倍：光纤分布式数据接口（FiberDistributed Data Interface， FDDI）。

　　FDDI使用的是一种速度高达100Mbps的环型拓扑结构。当主环在某处发生问题整体崩溃时，FDDI还有另一个支持自动线路备份的后备环。一个FDDI网络至少可以横跨200公里。所以FDDI可以充当非常高效的跨局域网大容量网络主干。尽管以太网和FDDI在很多方面不同，实现双方数据封包格式互相转化还是可以的，所以以太网和FDDI可以通过网桥实现连接。

　　网桥连接在多个局域网段上，可以获悉哪个地址在哪个网段被使用了。之后在必要时，网桥将源网段的数据包重发送到终网段。这意味着，不同于中继器，本地的信息传输（也包括数据碰撞！）会保留在本地。所以网桥将网络分割为独立的冲突域，但所有的数据封包依然在整个网络里到处跑，所以使用了网桥的网络依然是个单一的广播域。

　　路由器可以将网络划分为多个广播域。路由器在整个网络模型的网络层运行，比以太网高了一级。这意味着路由器在收到数据封包时就会去除以太网的数据头信息，加上低一层的数据头信息（以太网层或者其他层的），然后发送给下一方。

　　FDDI在连接以太网段和服务器时能发挥作用，但它和细同轴电缆以太网一样有"牵一发而动全身"的问题，而且成本相当昂贵。随后有人开发了CDDI，即改用铜线的FDDI，但这货基本上一无是处。因此IEEE后来又开发了快速以太网，即100Mbps版本的以太网。

　　10Mbps以太网使用了"曼切斯特编码技术"传输数据。曼切斯特编码技术将每一比特的数据转换为一电缆上一个个或低或高的电压。0被编码为"低电压-高电压"的跳变波形，而1则是"高电压-低电压"的跳变波形。这种做法基本上把传输的数据量翻倍了，但可以避免数据中出现长串0或1的麻烦：传输介质基本上无法长期维持低电压或高电压的状态，这样信号看起来就跟直流电压一样毫无变动。这还会引起连锁反应。计算机也会发懵："我刚刚看到那一长串零到底有几个？93比特还是94比特？"曼切斯特编码技术通过在每一比特数据之间插入一个高电压或低电压，避免了以上两种问题。无论同轴电缆还是第三等级UTP线缆，都足以应付这些额外所需的带宽。

　　对100Mbps以太网而言，实现曼切斯特编码技术自然不成问题。但对UTP来说，以这样的速度传输数据就力不从心了。所以，100BASE-TX以太网从CDDI处借鉴了一种名为4B/5B MLT-3的编码技术。这种技术将4比特的数据转化为5比特。这样的话，就能保证每个5比特的数据块里肯定有2个跳变波形。这种做法也产生了一些特殊信号，例如说没有数据供发送时产生的空白信号。

　　多阶传输-3型编码技术则是在做"-1， 0， +1， 0"的循环。如果在一个4B/5B数据块里一比特的数据是1，那么就跳变到下一个值。如果该比特的数据是0，那么信号在这一比特里就维持在之前的电位。这种做法限制了数据频率的峰值，使之与UTP线缆的局限性相匹配。但是，UTP线缆必须符合要求更严格的CAT-5型规格，而不仅仅是专供10BASE-T以太网使用的CAT-3型规格。除了100BASE-TX规格以外，还有很多CAT-5型UTP可用的快速以太网线缆规格，但只有100BASE-TX成为了大众市场的产品。