📡 第二章 彻底理解L2交换机
📄 一句话概括

以太网从 1973 年的一张草图走到今天,中间有三次转折决定了它的形态。 每一次提速都先有光纤版本、后有铜缆版本——这个规律一直没变。

📝 本节和前面几节的关系

02.01 讲完「设备怎么工作」,这一节退一步看它怎么来的。 看懂历史,很多奇怪的名字与设计就自解释了:为什么叫「以太」、为什么最小帧是 64 字节。

一、三个转折

第一次:从「总线」到「星形」。最早的以太网是一根粗同轴电缆,所有机器挂在上面(10BASE-5)。 1990 年的 10BASE-T 改成「每台机器一根线接到集线器」——这才让布线变成今天这个样子。

第二次:从「共享」到「交换」。同年出现了第一台交换机,把冲突域切成一段一段。 以太网从此不再怕人多。

第三次:从「半双工」到「全双工」。有了交换机,收发可以各走一对线,CSMA/CD 整套退出舞台。 这是以太网能一直扩到 100G 的根本原因。

二、为什么叫以太网

「以太」(ether)是 19 世纪物理学假想的一种传播介质,认为光靠它在真空里传播。 后来被相对论否掉了。

Metcalfe 借这个词,意思是「一种无处不在、谁都能用的传输介质」。 这个名字本身就是一种野心的表达:它想做的不是「某种专用网络」,是「通用网络」。

而它确实赢了。赢的原因不是技术最优(令牌环在重负载下效率更高), 是「简单、便宜、开放」——任何人都能做,做的人多了就便宜。

三、速率涨得多快

1995 到 2002 这七年涨了 100 倍(100M → 1G → 10G),之后反而慢了。 因为瓶颈从「线」挪到了「光」和「钱」。

一条容易被忽略的规律:每次提速都先有光纤版本、后有铜缆版本。 1000BASE-SX 是 1998,1000BASE-T 是 1999;10GBASE-SR 是 2002,10GBASE-T 是 2006,铜缆晚了四年。

原因是双绞线上做高速要更复杂的编码与回波消除。所以「电口比光口便宜」这句话只在中低速成立, 到 10G 以上电口反而更贵更费电。

四、动手 Demo:以太网四十多年的年表与速率

这段把年份、事件、代表标准、速率排成一张表。 重点看 1995 到 2002 这段,以及铜缆版本比光纤版本晚几年。

rows = [
    (u"1973", u"Metcalfe 画出以太网草图", u"—", u"2.94 Mbps"),
    (u"1990", u"10BASE-T 与第一台交换机同年", u"10BASE-T", u"10 Mbps"),
    (u"1995", u"快速以太网", u"100BASE-TX", u"100 Mbps"),
    (u"1999", u"千兆到铜缆", u"1000BASE-T", u"1 Gbps"),
]
for a, b, c, d in rows:
    T([a, b, c, d], [0, 0, 0, 0])

实跑输出:

--------------------------------------------------------------------
以太网四十多年的年表,与速率是怎么涨上去的
--------------------------------------------------------------------
**把年份和标准对齐,很多名字就自解释了。**

  年       发生了什么                                  代表标准        速率
  ----------------------------------------------------------------------------------
  1973     Metcalfe 在 Xerox PARC 画出以太网的草图     —               2.94 Mbps
  1980     DIX 联盟发布以太网 1.0 规范                 —               10 Mbps
  1983     IEEE 802.3 正式发布                         10BASE-5        10 Mbps
  1990     10BASE-T(双绞线)与第一台交换机同年        10BASE-T        10 Mbps
  1995     快速以太网                                  100BASE-TX      100 Mbps
  1998     千兆以太网(光纤先行)                      1000BASE-SX     1 Gbps
  1999     千兆到铜缆                                  1000BASE-T      1 Gbps
  2002     万兆(光纤)                                10GBASE-SR      10 Gbps
  2006     万兆到铜缆                                  10GBASE-T       10 Gbps
  2010     四万兆与十万兆                              40GBASE-SR4     40 Gbps
  2016     2.5G/5G(借 Cat5e/6 布线)                2.5GBASE-T      2.5 Gbps
  2018     25G 定稿,成为服务器主流                    25GBASE-SR      25 Gbps

**速率涨得最快的是 1995 到 2002 这七年**:100 Mbps → 1 Gbps → 10 Gbps,七年涨了 100 倍。
之后反而慢了——**因为瓶颈从「线」挪到了「光」和「钱」。**

**一条容易被忽略的规律**:每一次提速,都先有光纤版本,再有铜缆版本。
1000BASE-SX 1998、1000BASE-T 1999;10GBASE-SR 2002、10GBASE-T 2006,**铜缆晚了四年**。
原因是双绞线上做高速要更复杂的编码与回波消除。

**另一条**:2.5G 和 5G 是为「已经铺了 Cat5e/Cat6 的楼」发明的,不是为新建的。
**它俩存在的全部理由就是「不换线」**——想换线的人直接上 10GBASE-T 了。

表里有两个「同年」值得注意:1990 年既是 10BASE-T 发布,也是第一台交换机诞生。 这两件事一起,才把以太网从「实验室局域网」变成「办公室网络」。

2.94 Mbps 那个数字不是笔误:最早的原型跑的是 2.94 Mbps(3 Mbps 减掉开销), 后来 DIX 规范才定成 10 Mbps。

2.5G 与 5G 那一行要看清楚它们的定位:它们是为「已经铺了 Cat5e/Cat6 的楼」发明的, 存在的全部理由就是「不换线」。想换线的人直接上 10GBASE-T 了。

30 秒实验

  1. 在你所在环境里找最老的一台网络设备,看它的速率。
  2. 查一下你公司布线的等级(Cat5e 还是 Cat6)。
  3. 算一下从 100M 到 10G,涨了多少倍。

常见误区

  1. 以为以太网技术最优所以赢了。它赢在便宜与开放。
  2. 以为速率一直在快速涨。2002 年之后明显放缓。
  3. 以为 2.5G/5G 是新技术的突破。它是「不换线」的折中方案。
自测三问(点开对答案) 1. 以太网的三次转折是什么? —— 总线到星形、共享到交换、半双工到全双工。 2. 「以太」这个词原来指什么? —— 19 世纪假想的一种无处不在的传播介质。 3. 为什么高速以太网总是光纤先出、铜缆后出? —— 双绞线上做高速要更复杂的编码与回波消除。

下一节:那台 1990 年的交换机,它卖的卖点其实不是带宽。

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