乙太網路的發展歷史

乙太網路是由在加州帕拉阿圖的全錄（Xerox）公司於 1973 年所開發和實做 出來。由 Robert Metcalfe 博士（乙太網路之父）所帶領的研究團隊發展，當時 是以 2.94Mb/s 的速度運作，並且只運用在全錄公司的產品中，亦被公司內部稱 為 X 線路（X–wire）。1979 年全錄公司和數位設備公司（Digital Equipment Corporation，DEC）策略聯盟，讓使用乙太網路技術的網路產品商業化、標準化 並 且 普 及 於 市 場 上 。 之 後 英 特 爾 （Intel ） 公 司 也 加 入 行 列 ， 共 同 成 立 DEC–Intel–Xerox（DIX）同業聯盟，並於 1980 年發表了 10Mb/s 版本的乙太網 路標準。因特爾公司的加入確保商業化的乙太網路能夠很容易地整合在矽晶片之 中，也導致乙太網路能夠以低成本運用在一般的個人電腦設備。和 DIX 平行進 行的是國際電子電機工程協會（IEEE）802 計畫（Project 802），是為了區域網路 技術的標準化提供廣泛是用的工業架構。1983 年 6 月 IEEE 802.3 標準通過，所 使用的技術和DIX 的 Ethernet 技術是相同的。

1980 年乙太網路是使用在同軸纜的匯流排拓蹼架構中，之後 SynOptics 通訊 公司發展出可以在雙絞線傳送的10Mb/s Ethernet 訊號機制，並在 1990 年 9 月雙 絞線乙太網路（Ethernet–over–twisted–pair）（10BASE–T）標準由 IEEE 批准，因 此Ethernet 就更為廣泛應用於辦公室之中。

1984 年橋接器成為商業化產品，因為容易安裝使得橋接器成為網路互連受 歡迎的設備。1987 年進行了各家廠商橋接器可以互相運作的標準制定，在 1990 年IEEE 802.1D 標準被制定出來。

由於交換式區域網路帶來極大的便利與頻寬在桌上型電腦上，在 1991 年左 右，Grand Junction Network 開始著手設計高速連接所需的骨幹，因此發展和乙

太網路有相同基本特性（動態存取控制、軟體介面、動態存取控制）的高速乙太 網路，是以 100Mb/s 的速度來運作，並且在市場上造成極大的迴響，因此促進 了快速乙太網路（Fast Ethernet）標準【IEEE 95】的制定。這也是乙太網路標準 制定以來第一次在資料傳輸速度上的提升。

快速乙太網路標準化不到一年，一個由 IEEE 802 LMSC 所授權的高速度研 討群組（High-Speed Study Group, HSSG）研究將乙太網路的操作從 100Mb/s 提 高到 1000Mb/s，這時候的 HSSG 吸引超過 85 家公司 200 多位的參與者參與

【IEEE96】的制定，此研討群組在會中有了以下幾點共識，這對未來乙太網路 有著極大的影響。該研討群組決定了：

1. 超高速乙太網路具有廣大的市場。

2. 超高速乙太網路標準必須與現有的 IEEE 802.3 標準相容。

3. 超高速乙太網路標準不會與其他的網路標準重複或者衝突。

4. 超高速乙太網路在技術上必須是可執行的。

5. 超高速乙太網路必須符合經濟上效益。

在1998 年 4 月 IEEE 將其公佈為 IEEE 802.3z 傳輸標準，圖 1–1 為 IEEE 802.3z 所制定的Gigabit Ethernet 參考模型圖，之後的乙太網路架構都是由此模型圖所 衍生出來。

LLC - 邏輯鏈結控制

MDI MDI MDI MDI

MII MII GMII

AUI

1Mbps,

10Mbps 10Mbps 100Mbps 1000Mbps 更上層

圖1–1 IEEE 802.3 乙太網路參考模型

10 Gigabit 乙太網路方面，3Com、Extreme Networks、Sun Microsystems、

Worldwide Packets 和 Nortel Network 在 2002 年成立 10Gigabit Ethernet 聯盟，一 起推動10Gigabit Ethernet 成為全球通用標準。2002 年 6 月發表 10Gigabit Ethernet 標準，經過IEEE 802.3ae 完全認可，從此 10Gigabit 乙太網路標準大致底定。

1.2 10Gigabit 乙太網路之特性介紹

10Gigabit 乙太網路採用開放系統連接（Open Systems Interconnection，OSI）

模型的七層架構，開放系統連接架構模型最主要的目的是要建立一個明確的階層 架構，區分各種溝通工作的責任，其次的目的是要提供能夠與高層相容的下層傳 輸通訊協定完整定義的彈性，圖1–1 左邊不同的七個層就是開放系統連接模型所 定義出的七個獨立階層。透過七個獨立的階層，使設計者能夠單獨的設計所需要

的階層，並且只要釐清各階層介面間的訊號功能便能輕易的設計出所需要的階層 功能。

10Gigabit 乙太網路與之前的乙太網路一樣採用 CSMA/CD（Carrier–Sense、

Multiple–Access/Collision–Detect）通訊協定。CSMA/CD 主要包含以下三項規則 [2]︰

1. 載波感應（Carrier–Sense）︰所有的網路節點必須不斷的偵測網路上的 資訊，如果網路上出現訊號則代表網路正處於工作狀態，如果沒有訊 號顯示在網路之中，則代表網路處於閑置狀態。

2. 多重存取（Multiple–Access）︰任何一個網路上的節點都可以在網路處 於閑置狀態時開始傳送資料。

3. 碰撞偵測（Collision–Detect）︰如果網路上的節點同時要傳送資料，則 資料在網路上會發生碰撞，所以每個網路節點都必須有偵測資料碰撞 的能力。

10Gigabit 乙太網路除了應用於區域網路（LAN）之外，也應用在都會網路

（MAN）與廣域網路（WAN）之中，因此 10Gigabit 乙太網路實體層（Physical Layer）設計根據應用的範圍而有所不同，圖 1–2 為 IEEE 802.3ae 標準所制定的 10Gigabit 乙太網路架構元件圖。表 1–1 為不同實體層的命名方式，“X”代表實體 編碼層採用8B/10B 編碼方式；“R”代表實體編碼層採用 64B/66B 編碼方法；“W”

代表實體編碼層中使用廣域網路的介面，將資料串流壓縮成與SONET 網路相容 的格式；“L”、“S”、“E”代表光纖傳輸中的波長。表 1–2 為 10Gigabit 乙太網路使 用不同光纖所能傳輸距離的比較表。

10Gigabit 乙太網路使用 IEEE 802.3 標準所訂定的乙太網路媒體存取控制協 定（MAC）、訊框格式、大小，並且與 Gigabit 乙太網路一樣都是採用全雙工模 式。由於10Gigabit 乙太網路採用了與之前同樣的架構與管理工具，所以使得設

計者只需考慮實體層的不同來進行設計，而不需要去改變媒體存取控制協定，這 樣不只大大降低設計的複雜度，它也提供簡單、快速、與節省成本的骨幹網路技 術，更使得10Gigabit 乙太網路可以快速的普及於現今的網路架構之中。

與之前其他乙太網路技術差別為 10Gigabit 乙太網路剛開始只提供光纖網路 的傳輸，資料傳輸距離可以更遠，並且傳輸的速率可以與同步光纖網路（SONET 9.58464Gbps）整合。

WWDM LAN PHY

(8B/10B)

WWDM PMD 1310 nm

Media Access Control (MAC) Full Duplex

10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII)

Serial LAN PHY (64B/66B)

Serial WAN PHY (64B/66B + WIS)

Serial PMD 850 nm

Serial PMD 1310 nm

Serial PMD 1550 nm

Serial PMD 850 nm

Serial PMD 1310 nm

Serial PMD 1550 nm WWDM

LAN PHY (8B/10B)

WWDM PMD 1310 nm

圖 1–2 IEEE 802.3ae 架構元件圖[4]

命名 8B/10B

PCS

64B/66B PCS

WIS Serial PMA

850nm Serial PMD

1310nm Serial PMD

1550nm Serial PMD

1310nm WDM 下述為10Gigabit Ethernet 所具有的特性介紹[4]：

1. 支援全雙工的媒體存取控制協定。

2. 採用開放系統連接模型。

3. 提供 10Gb/s 的資料傳輸速率在 XGMII 介面上。

4. 支援 LAN PMDs 操作在 10Gb/s 速率上，而 WAN PMDs 操作與 SONET STS-192c/SDH VC-4-64c 速率相同。

5. 使用光纖與 ISO/IEC 11801：1995 相容。

6. 傳輸距離達到 40 公里。

7. 10⁻¹²的位元錯誤率。

1.3 10Gigabit 乙太網路應用領域

10Gigabit 乙太網路現階段主要是應用在長距離和大量的資料傳輸之上。因 為價格昂貴所以還未普及於一般使用者之中。10Gigabit 乙太網路是使用在區域 與區域間的網路主幹連接、企業間的內部網路連接、區域間的區域網路佈線或市 交換機與交換機之間的連接。未來10Gigabit 乙太網路會開發出低成本的光纖傳 輸和採用傳統銅纜線傳輸的方式，我們可以預見在不久的未來10Gigabit 乙太網 路將會更普及於個人使用者，網路的資料傳送也會更為活絡。