以太网速超越极限：3Mbps，100Gbps

　　从网桥到交换机

　　快速以太网和普通以太网使用相同的CDMA/CD（带有碰撞检测的载波侦听多路访问技术）。但由于线缆长度和中继器数量的限制，数据碰撞被检测到的速度不能跟网速一样，一下子提高10倍。很快，10Mbps、100Mbps的集线器都相继问世了。他们分别实现了10Mbps系统之间的连接和100Mbps系统之间的连接。当然，要是能实现这两种计算机之间的互通就更好了，所以10Mbps和100Mbps系统之间通常都会通过网桥连接。

　　下一步要做的就是在所有的网络端口之间搭建网桥了。这些多端口网桥叫交换式集线器或以太网交换机。通过交换机，如果在端口1的计算机要向端口3的计算机发送数据、同时端口2计算机要向端口4计算机发送数据，这种情况下不会产生数据碰撞。因为数据封包只会通过直达目标地址的端口直接传输。交换机通过观察流经自己的数据封包源地址得悉地址与端口与地址的对应关系。如果数据包没有标明目的地址，交换机就像广播数据一样，将之一股脑地扔到所有的端口去。

　　集线器和交换机有同一个局限，即以太网网络必须是无路由循环的。如果将交换机A的端口1和交换机B的端口1相连，并且将交换机B的端口2和交换机A的端口2相连，马上就会造成灾难性的后果：数据包在网络里死循环，溢出的广播数据肆虐泛滥，直至网络崩溃。所以在网络中建立后备连接时很有用的。当主连接崩溃时，网络传输依然可以在后备连接里进行。

　　通过制定侦测以太网中路由循环、清除死循环连接的网络传输协议，交换机的死循环问题总算是解决了。这中做法令实际生效的网络拓扑结构比较接近数学家所谓的"树"：任意两个节点之间只有少于等于一条通路。如果任意两点之间有且只有一条通路，则构成了一棵生成树。即没有网络节点是孤立的。如果有一个活动链接失效了，就再执行一次生成树协议（spanningtree protocol，STP），以生成一棵全新的生成树，保证网络继续运行。

　　生成树算法由拉迪亚·珀尔曼（Radia Perlman）于1985年在迪吉多所创。她用一首打油诗令生成树算法流芳千古：

　　Algorhyme

　　《算法小诗》

　　我遍寻未见

　　比一棵树更动人的图

　　拥有无路由循环连通性的树

　　令数据包可以遍历每个局域网的树

　　首先 必须选定根节点

　　凭ID选定根节点

　　然后 探寻源自根节点的最小代价通路

　　之后 在树上安排通路

　　我们就这样打造出一棵网络树

　　最后由网桥支撑起的一棵生成树

　　拉迪亚·珀尔曼

　　更上一层楼：10千兆位以太网

　　快速以太网在1995年被标准化，但仅仅过了3年，以太网的下一轮迭代又来临了：10千兆位以太网。一如既往，网速有飙升至原来的10倍。同样一如既往的是，为了力争好表现，新一代以太网也从借鉴了别处的技术。这次的外来和尚是光纤通道（这显然是英国血统的玩意儿）。这种技术原来主要用于储存网络。尽管被广泛地应用在不同类型和长度的纤维上，但10千兆位以太网主要坚守着光线通道的血统。

　　但对于1000BASE-T网络家族而言，IEEE又要参照着对100BASE-T2和 100BASE-T4的处理方式，对100BASE-TX这种同样不受快速以太网标准管束的新网络类型出台新一代的标准。因为一方面而言，UTP线缆要求已经再次升级到CAT-5e版了，另一方面100BASE-T使用了四对绞线——同一时间，两个走向。

　　这要求进行一些类似拨号上网调制解调器所做的高级数字信号处理，只是快了大概一万倍。每对绞线通过4D-PAM5一次发送2比特的数据。4D指四个数据符（2比特），PAM5表示分5个层级的脉冲幅度调制。传送信号的速度和快速以太网一样，达到每秒12.5亿个数据符。还有一个复杂的位加扰系统，专门用来确保潜在干涉效应之类的特性都已经被优化。

　　CSMA/CD机制取决于一个特定条件：数据封包头一个比特的数据在碰撞域内到处游走时，发射站还没发出该数据封包最后一个比特的数据，所以发送方和接收方都会产生"我们在同时传送"的错觉。但随着比特率的提高，数据传输的时间大大缩短，快速以太网碰撞域的物理范围也因此缩小了。而对于10千兆位以太网，碰撞域更进一步缩小到了大约20米——小得令CSMA/CD机制根本没法正常运行。为了避免这种麻烦，10千兆位以太网添加了"载波扩展"功能，通过添加冗余数据将数据封包增大到512字节，这样总长达200多米的线缆依然能使用CSMA/CD机制。

　　但据我所知，没有商家实施了上述方案：他们改为采用交换机。如果有交换机或直接连接两台计算机的电缆，CSMA/CD技术就根本没必要了：双方同时传输数据不会产生任何问题。这种方法叫全双工操作，和传统CSMA/CD采用的半双工操作相对。这种衍生的UTP电缆支持一种"自动配置协议"，允许两个以太网系统自行决定采用全双工抑或半双工操作。

　　在自动配置协议广泛流传开来之前，人们有时会手工配置计算机系统，以改用全双工操作，但另一台计算机依然会使用半双工操作。在流量少的情况下，这种冲突产生的问题自然也少。但随着流量增加，操作方式之间的冲突就越来越频繁了。全双工操作的计算机系统会忽略这个问题，受损的数据封包也不会被重发。而近些年来，自动配置协议有效而可靠地为我们解决了上述问题，相信将来也没有任何理由取缔这个可靠的小助手，给我们自找麻烦。