以太网的发展历程
1982年12月IEEE802.3标准的出现，标志着以太网技术标准的起步，同时也标志着符合国际标准、具有高度互通性的以太网产品的面世。IEEE802.3标准规定以太网是以10Mbps的速度运行，采用载波侦听多路访问/冲突检测(简称为CSMA/MD)介质存取控制(简称为MAC)协议在共享介质上传输数据的技术。不久以太网产品在局域网中得到了广泛的应用。1990年，为了提高网络带宽，一种能同时提供多条传输路径的以太网设备出现了，这就是以太网交换机，它标志着以太网从共享时代进入了交换时代。以太网交换机是一个多端口网络设备，不仅将竞争信道的端口数减少到2个，还支持在几个端口同时传输数据，因此，它的出现，改变了共享式集线器多个端口共享10Mbps带宽的局面，显著地提高了网络的整体带宽。1993年，全双工以太网的出现，又改变了以太网半双工的工作模式，不仅使以太网的传输速度又翻了一翻，彻底解决了多个端口的信道竞争。1995年3月，IEEE802.3u规范的通过，标志着以100Mbps的速度运行的快速以太网时代的来临。1998年6月，IEEE802.3z规范的通过，又使以太网进入到了高速网络的行列，运行速度达到了1000Mbps(即1Gbps)。因此，我们已经可以听到高速以太网时代(或称为千兆位以太网时代)到来的脚步声，以快速以太网连接桌面，高速以太网连接核心的高速局域网的轮廓也已依稀可见了。
二、以太网速度的发展
以太网从出现至今，仅仅经过不到20年的发展时间，其运行速度却提高了两个数量级，从10Mbps到100Mbps到了1000Mbps，乃至最近出现的10Gbps的以太网原型，这是一个非常令人心动的变革。而以太网低廉的端口价格和优越的性能，使得以太网在不到20年的发展时间里，占据了整个局域网市场的85％左右，从而使得CSMA/MD协议在局域网协议中居于统治地位，成了局域网协议的事实标准，也使得以太网成了局域网的代名词。事实上，以太网提高的两个数量级的这个速度是其在介质上传输数据的实际速度，并不是以太网传输有用数据的速度。无论是以太网、快速以太网，还是高速以太网，MAC层协议采用相同的CSMA/MD协议，也采用相同的以太网802.3的帧结构(如图1所示)传输数据。以太网这种采用相同的协议和传输帧结构，使得以太网在对已有投资的保护基础上，完成对网络性能的升级。从图1中可以看到，802.3标准中规定的以太网帧是由64位前同步信号、96位地址、16位类型/长度字段、46－1500字节的数据和32位校验等几部分组成，并且CSMA/MD还规定，在连续传输两个以太网帧时，必须等待至少96位的帧间隙时间，如果在这段时间信道内一直没有数据，就说明此时信道空闲，才允许此站点发送下一个以太网帧。可以看出，在一个以太网帧中，只有46－1500字节的数据才是有效数据，其它的字节均是消耗。因此，以太网的连续发送数据的情况下，每发送一个以太网帧就总共至少要消耗掉304位的额外开销。因此，10Mbps/100Mbps/1Gbps仅是在介质上传输数据的实际速度，通常将这个速度称为端口线速度，或称为信道带宽；而其传输有用数据的速度，无论是从理论上还是在实际中是都要小于端口线速度，通常将这个速度称为端口吞吐量。
以太网交换机是一个多端口网络设备，能从一个端口接收信息包，将其暂时存储，然后转发到另一个端口。在一个以太网交换机中，多对端口可以进行并行数据传输，互不影响。以太网交换机的基本体系结构如图2所示。以太网交换机多对端口转发数据的速度称为合成带宽(或称为合成转发速率和交换容量)，一个以太网交换机的理论合成带宽可以按照以下公式计算：理论合成带宽=端口数×线速度/2,可以看到以太网交换机主要是由端口，交换引擎和交换机构以及数据缓冲区几部分组成，其中端口主要负责与网络接口和确定转发目的端口、分别通过一条接收和发送交换信道与交换机构相连，交换引擎和交换机构就是负责存储和转发行为以及管理各端口数据与数据缓冲区的对应关系，数据缓冲区主要负责数据的暂存。各端口的转发是循环进行的，分别把数据从源端口转入数据缓存区，为各目的端口形成输出队列，或者是将目的端口输出队列中的数据从数据缓存区中转发出去。交换机构的速度通常要比端口速度快，端口接收或转发一位数据的时间，交换机构可以转发若干位，因此，可以支持若干端口同时进行接收和转发数据，这就是该交换机的交换容量，它决定了以太网交换机的实际合成带宽。一个交换容量为1Gbps，16口的快速以太网交换机，就仅能支持10个端口以100Mbps的速度进行数据转发，其实际合成带宽就只有1Gbps，因此，若16个端口同时进行数据转发，则每个端口的信道带宽就只有62.5Mbps。因此一个以太网交换机的理论合成带宽可以按上式计算，而其实际的合成带宽一般是根据以太网交换机交换结构的性能而定的，是与交换机的交换容量密切相关的。目前市场上有一些高性能的交换机，如Cisco公司的快速以太网交换机Catalyst2916XL的交换容量是3.2Gbps，16个100Mbps端口。若要保证16个端口以100Mbps的速度以半双工的工作模式转发数据，则仅需1.6Gbps的交换容量，而3.2Gbps的交换容量，就可以支持16个端口在全双工的工作模式下以100Mbps的线速度进行数据转发。
三、 以太网服务质量的发展
以太网帧结构是非常简单的，其主要目的就是完成简单的端对端寻址和转发，是没有QoS性能字节的，也不提供多个优先级的数据流，而这些QoS性能字节和数据优先级，应该是由处于第三层的网络层或更高层的协议软件来保证的。因此，以太网的数据传输具有高突发性和不确定性。所以，在一个以太网中同时传输实时业务与数据业务时，如在一个信道上同时提供实时多媒体业务和文件传输业务时，如果文件传输流量大，就会长久地占用信道，很难保证实时多媒体数据的实时传输。因此，为了能使以太网具有一些第三层的交换功能。开始第三层功能是由软件模块实现的，随着硬件技术的不断发展。第三层功能逐渐由ASIC硬件模板替代。目前市场上有许多以太网多层交换机，如3COM公司的CoreBuilder3500、Intel公司的Express550T。由于第三层交换的引入，从而使得以太网交换机可以完成那些只有高层交换设备才具有的性能如QoS和CoS，如数据流分级和组播技术(Multicast)，不仅使重要的数据可以得到较高的优行级，一般的数据得到较低的优行级，还可以在大量节省信道带宽的情况下完成一点对多点和多点对多点的数据传输。IEEE802.1工作组也已开展了局域网QoS方面的工作，组织开发了802.1p/Q标准，并已于1998年6月完成。这些系列标准中除提供标准的VLAN技术外，同时还将组播和数据分级技术加入到二层交换之中，从而使得第二层设备无须加入第三层功能模块就可以完成数据分级和组播功能。
可是，无论是以太网交换机采取多层交换还是二层交换，但均只能提供服务分类功能(CoS)，依旧无法提供有保证的服务性能，这是面向无连接的包转发机制的限制。不过，但这归根结底还是带宽不够，速度不够所致。试想想，如果带宽足够宽，速度足够快，可以在一定范围内对具有最高优行级的数据流保证无阻塞的传输，就可以保证实时多媒体的实时传输，从而从另一个角度解决保证质量的QoS。
