本节书摘来自华章出版社《VMware 网络技术：原理与实践》一 书中的第3章，第3.2节，作者：（美）Christopher Wahl Steven Pantol，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
3.2 以太网
当谈到数据中心网络时，我们通常会讲到某种类型的以太网。以太网（Ethernet）这一术语指的是一组描述典型局域网（LAN）的物理和数据链路层标准，以及实现它们的技术。
3.2.1 历史和操作理论
以太网已经出现了一段时间——将近40年了。20世纪70年代中期，在Robert Metcalfe的领导下，Xerox PARC开发了以太网，1980年正式投入商业使用，1985年正式标准化为IEEE 802.3。
以太网最初是围绕共享介质的思路构建的——当时，同轴电缆作为共享的物理总线。在被用于夏威夷大学开发的AlohaNet无线电传输系统之后，建立了一些通信规范，但是使用物理电缆作为通信传输的“以太”（ether）——以太网的名称就是从这里得来，因为IT人士都难以抵抗19世纪物理学引用的诱惑。图3.1展示了一个简单的共享总线LAN拓扑。
共享通信介质带来了挑战。计算机被连接到共享物理总线上，它们通过总线发送电信号传输信息，通过检测电信号接收信息。如果两台计算机试图同时发送信息会发生什么情况？两个信号会重叠，在总线上的其他设备会引起混乱和不连贯。这在以太网的术语中称作冲突（collision）。
为了在共享连接上成功地进行通信，必须有一些机制来确保一次只有一个设备传输数据。以太网通过带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）算法来实现这一机制。
即使缩写，这个术语也很拗口，让我们来进一步分解它。“载波侦听”的意思是首先检查线路。如果另一个传输正在进行，在传输之前等待线路空闲。“多路访问”指的是多个设备共享总线——冲突是可能发生的。“冲突检测”描述了检测冲突并作出反应的方法。由于冲突涉及多个同时发出的信号，可以通过搜索高于预期的信号振幅发现。检测到这些冲突之后，传输中的站点发送一个阻塞信号，确保所有站点意识到冲突，然后对每个站点采用某种退回算法，等待随机的时间后再重新传输。
3.2.2 以太标准和电缆类型
以太网有多种速度和形式。最近，在现代数据中心，你最可能碰到的是千兆和万兆以太网，使用铜缆或者光纤。在数据中心之外，你可能使用100Mbps连接，甚至无线连接，但是我们讨论的重点是数据中心内的连接，那里是真正发生魔法的地方。
光纤线路（fiber）和光纤通道（fibre）
在美国，关于数据中心内光纤线路的讨论可能很快就引起困惑。美国人使用“fiber”来指代光纤线路本身。有时候，这种光纤线路被用于使用光纤通道协议（fibre channel protocol）的存储区域网络（SAN）。所以，“光纤线路”是介质，而“光纤通道”是一种可以在该介质上使用的协议。明白了吗？更复杂的是，光纤通道协议也可以运行于非屏蔽双绞线（UTP）上。
在美国之外，“fibre”常被用于指光纤介质，这导致了许多令人沮丧的拼写问题。
更多有关光纤通道的信息，可以参见Mostafa Khalil的《Storage Implementation in vSphere 5.0》。
千兆以太网使用铜缆，而它的前身10M和100M以太网使用UTP电缆。这些电缆由4对线组成，沿着电缆长度方向铰接，两端由RJ45连接器终结。
你知道的所有关于连接器的知识都是谎言
你可能对我的卖弄学问不屑一顾，但是我们不能再成为说谎者中的一员了。你知道5类线末端的是什么东西？它并不是RJ45连接器。RJ45连接器是带锁的，不适合于标准以太网NIC端口。用于标准UTP电缆的连接器是8P8C（8位置，8触点）连接器。真正的RJ45连接器是8P2C（8位置，2触点）连接器。真正的RJ45插头和插座标准从未被真正采用，而8P8C和RJ45连接器的外观很相似（除了锁以外），所以两者都被叫做RJ45。
在铜缆千兆以太网络上，所有4对线路都被用于同时传输和接收。这与早期的10M和100M标准不同，那两种标准定义了单独的发送和接收线对。
光纤上的千兆和万兆以太网使用两股光纤线路，一股用来传输，另一股用于接收。相对短的距离上可以使用多模光纤，较长距离则使用单模光纤。单模光纤只携带单一频率的激光信号（对人眼不安全），而多模光纤携带的是多种频率、由LED驱动的光信号，如果你看到这一光线，不会受到伤害。在数据中心应用中，光纤线路通常终止于SC或者LC连接器。SC连接器是方形的，使用推进–拉出式连接机制，每对传输/接收线路通常用一个塑料夹固定在一起。LC连接器体型较小，使用与RJ45连接器类似的翼片连接机制。
上游光纤线路连接一般使用可热插拔的收发器。千兆接口转换器（GBIC）或者小型可插拔收发器（SFP）用于支持千兆以太网连接，增强小型可插拔收发器（SPF+）用于万兆
连接。
铜缆上的万兆以太网最常采用SFP+直接连接，在这种连接中双轴铜缆由连接到电缆末端的SFP+外壳终结。有些供应商将这种电缆称作直接连接铜缆（DAC）。这些电缆用于相当短的范围内，被动电缆为1～7米，主动电缆最多为15米，后者从连接的设备上获得传输所需的电力。现在也有在UTP上传输的万兆铜缆网络（10GBase-T），但是较少见，因为升级基础架构以支持它的成本高于使用现有的SFP+端口。
表3.1 列出了一些常见的物理以太网标准。
表3.2展示一些常见的电缆连接器及其型号。
3.2.3 以太网编址
在共享总线上，所有站点都能看到所有传输。但是，正如我们在第1章中所看到的，有些信息本意只用于一个站点，有些用于一组站点，有些则可供所有站点接收。所以，以太网定义了一个编址方案，允许针对单个接收者、多个接收者或者总线上所有接收者进行通信。
这些第2层地址——在IEEE 802.3标准中称作MAC（Media Access Control，媒体访问控制）地址——长度为6字节，通常以一个12个十六进制数字的字符串表示。Cisco设备通常用句点将其分为4个数字的组（如1234.5678.90AB）。其他供应商使用冒号或者破折号分隔2个数字的组（12：?34：?56：?78：?90：?AB或者12-34-56-78-90-AB）。VMware使用冒号记法，所以我们也将使用这种记法。
这些地址分为3种。第一种是我们将要花最多时间说明的——单播地址。单播地址用于指定发送者和以太帧的意向接收者。当网络适配器观察到共享总线上的传输时，它会检查目标MAC地址是否匹配自身的地址，如果匹配则处理该帧，否则该帧被忽略。
单播MAC地址要求在全球范围内保持唯一。为此，物理网卡的制造商在工厂将MAC地址编码到以太网卡上——这个地址常常被称作“烧录地址”。IEEE为每个制造商分配一个组织唯一标识符（OUI），这个标识符占据MAC地址的前半部分。然后，制造商分配地址的另一半。VMware有自己的OUI（00：?50：?56），用于构建虚拟机网络适配器的MAC地址。
全球唯一的例外情况
IEEE要求MAC地址全球统一的本意很好，但是制造商并不都能达到这个要求。许多人都有过发现NIC有重复MAC地址的经历，现代NIC往往可以将MAC地址修改为自定义值。全球唯一性实际上更多的是作为一个指导原则。所以，只要你的MAC地址在2层域中保持唯一，就没有关系。
其他两类MAC地址用于标识多个接收者。广播目标地址（MAC地址FF:FF:FF:FF:FF: FF）用于表示共享总线上的所有网络适配器都应该处理该帧。组播目标地址用于将帧发送给总线上的一组网络适配器。组播MAC地址将使用OUI 01:00:5e，剩下的6字节由用户定义。
