本節書摘來自異步社群《資料中心虛拟化技術權威指南》一書中的第2章，第2.1節，作者【巴西】gustavo a. a. santana，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視
資料中心虛拟化技術權威指南
本章節将講述以太網協定的發展，設計資料中心以太網絡的時候需要考慮的最重要因素，以及虛拟化如何在這些項目實施中克服常見的局限性。本章包含以下幾個主題。
以太網協定的過去與現在；
資料中心網絡拓撲；
網絡虛拟化優勢。
資料中心網絡的主要目标是将伺服器資料傳輸至用戶端和其他伺服器。很明顯，資料中心是為提供資料服務而建設的，網絡可以精确地定義裝置的真實效率。
為了與今天資料中心環境的可靠性和成長性相配，資料庫中心網絡必須包含以下特征。
可用性：能夠健全地從故障中快速恢複，或者至少對使用者和連接配接的裝置掩蓋它們的影響。
可擴充性：可以随着資料中心的發展而擴充。
靈活性：支援網絡設計和部署的變化，并不産生負面結果。
高效率：能夠充分排程最大可利用資源。
預測性：顯示一個期望的行為，甚至在故障中和故障後。
由于簡單、廉價和可拓展性，以太網是今天應用最普遍的資料連結協定。事實上，可以毫不誇張地斷言，每個資料中心機房的裝置上至少有一個以太網口。而以太網接口包括了從 10mbit/s 到100gbit/s，這明顯地展現了此協定的發展速度。
和網際網路協定（internet protocol，ip）合作，以太網形成了資料中心網絡的基礎。此外，兩個協定實際上都決定了過去的30年中拓撲和最優的應用如何配置。他們的局限性也驅動了技術革新，在網絡虛拟化技術上得到了展現。幾年來，這些幫助資料中心網絡實作它的必要價值。
這一章節将集中介紹改變資料中心網絡革新的主要需求和設計方案，以及在這些環境中網絡虛拟化的主要動力。
以太網，以luminiferous aether 的名字命名，是一種無處不在的傳輸媒介，曾被認為是光信号傳播的媒體，于 1973 年在施樂帕洛阿爾托研究中心（xerox palo alto research center，parc）被構想出來。
以太網的創造者是 robert metcalfe 和 dave boggs，在 1980 年以太網脫離了實驗室，在 dec，intel，當然也包括 xerox 的驅動下投入了商業運用。後來，以太網協定被定義為一種讓 1024 個基站使用同軸電纜以 10mbit/s 的速率進行互相通信的網絡協定。
在原版說明書中，以太網的主要目标是簡單、低耗、通用、位址可變、公平、發展、高速、低延遲、穩定、可維護和分層結構。最後一個目标可以認為是以太網壽命如此之長的主要原因。協定的系統構成被分為資料鍊路層和實體層兩部分，這将與媒體相關的同軸電纜部分和與資料幀相關的部分分離開來。是以，以太網可以在自由采用新電纜和傳輸速率的同時保持完全一樣的二層特性，例如，大小可變的幀結構，載波偵聽多址通路的沖突檢測技術（carrier sense multiple access collision detect，csma/cd），最大努力傳遞和錯誤檢測機制。
在 1983 年，ieee 準許了以太網的 ieee 802.3 标準。此标準以 dix（dec、intel 和 xerox 3家公司的首字母縮寫）的第 2 版本為基礎，自此之後協定的傳輸速率不斷發展，從 10mbps（ethenet） 至 100mbps（fast ethernet）、1gbps（gigabit ethernet）、10gbps（gigabit ethernet）、40gbps（40gigabit ethernet），甚至是 100gbps（100 gigabit ethernet）。
為了描述每個實體層的特性，ieee 創造了一種基于 3 個特性的命名方式：數字代表以 mbps 為機關的資料傳輸速率，base 代表使用了基帶信号傳輸，最後用一到兩個字母指明所用的媒體。在此方法中 10base-t 代表以太網基帶傳輸速率為 10mbps，使用雙絞線進行傳輸。
注意：
除了速率的提升之外，以太網的發展也有很多工作花在了從幀交換的角度優化吞吐量上面。特别是在 20 世紀 90 年代引入的以太網交換和全雙工技術，将以太網從一個沖突多發的架構轉化為了高性能環境。
在以太網發展過程中，以太網的資料幀在各種各樣的媒體上傳輸過，包括無線技術甚至是帶刺鐵絲網。但是，伺服器網絡總是依賴于标準的線纜技術，包括同軸電纜、雙絞電纜、光纖和最近的直連雙同軸電纜。
無論是過去的或是最新的标準，仔細觀察這些實體層标準有助于解釋資料中心網絡發展的潛在
趨勢。
作為第一個标準的以太網媒體，同軸電纜使用和金屬屏蔽線分層的銅芯線傳輸資料，電纜外層被一個外部塑膠罩進一步保護。
基于同軸電纜有兩種不同的以太網實體層标準。
10base5（或粗纜以太網）：在 ieee 802.3 标準中得到準許，可以長達 500 米（m）。在加入新節點時，電纜依靠“vampire taps”同時刺入外殼和芯層，提供與節點相連的附加單元接口（attachment unit interface，aui）。
10gbase2（或粗纜以太網）：隻在 ieee 802.3a 标準中出現，長度可達 185 米，新的基站可以通過使用bnc t 連接配接器加入媒體。
圖 2-1 說明了同軸電纜線的内部結構和 10gbase5 和 10gbase2 的一些實體零件。在這兩個标準中，在電纜兩端都需要有電阻（終結器）防止信号的反射和通信損失。由于這些實行上的困難和20世紀 90 年代雙絞電纜的廣泛使用，同軸電纜在以太網中被認為是一種老舊的技術。雖然如此，它們仍然存在于無線電裝置、有線電視分布系統和資深工程師的夢靥中。
一種在園區網和資料中心網絡中都非常流行的以太網媒體，雙絞電纜源自于電話布線系統（實際上，它的專利擁有者就是電話之父——貝爾）。
一個雙絞電纜系統是幾個導體對集合，每一對都構成一個單獨電路。成對的線纜互相纏繞來減少來自外部的電磁幹擾（electromagnetic interference，emi），包括臨近雙絞電纜的交叉幹擾。
雙絞電纜有以下兩種。
屏蔽雙絞電纜（shielded twisted-pair，stp）：單獨或多根雙絞電纜加上了屏蔽外殼防止電磁幹擾，這種線纜适合長距離或高速率的連接配接。
非屏蔽雙絞電纜（unshielded twisted-pair，utp）：不采用屏蔽外殼，價格較低，适合用于短距離和低速連接配接。
一個雙絞電纜系統通常在交換機和伺服器接口采用 8 線 rj-45 的連接配接器。圖 2-2 描繪出了兩種基本雙絞電纜和 rj-45 連接配接器。
美國國家标準協會和電信行業協會 ansi/tia-568 标準詳述了雙絞電纜布線，除了提供綜合的結構化布線原則，這些标準還依據抗幹擾的性能和弱點規定了雙絞電纜系統的分類。
表 2-1 詳述了 ansi/tia-568 雙絞電纜分類和支援它們的實體層标準。
１若不作另外說明，最大距離為100ｍ。
光纖是以二氧化矽或塑膠為原料的媒體，能夠通過光傳遞資訊。光纖由纖芯和包裹它的包層組成，由于它們的折射系數不同，光一進入包層就會被反射回纖芯。是以，當光進入光纖後，就被限制在纖芯内，并在包層和纖芯的邊界處來回反射，沿着光纖傳播。
目前制造出售的主流光纖可以分為以下兩種。
多模光纖（multimode fiber，mmf）：為短距離通信而設計。這種線纜允許多種模式的光沿着光纖傳播。這種光纖的纖芯直徑為 50 μm或者 62.5 μm，包層為 125 μm。
單模光纖（single-mode fiber，smf）：為長距離通信設計。這種光纖隻允許一種模式的光在光纖中傳播。它的纖芯直徑在8 ～ 10.5 μm，包層 為125 μm。相對于多模光纖，它允許更小的光色散，因而更加昂貴。
圖 2-3 生動地展示了光在單模和多模光纖中傳播的不同。
ieee 引用了國際标準化組織和國際電工委員會 iso/iec 11801 光纖說明書當作以太網光通信的參考。此标準依據機關距離的傳輸速率将多模光纖分成 4 類（om1、om2、om3 和 om4）。om3 和 om4 是目前在資料中心使用最多的多模光纖，因為在相同的資料速率下它們的傳輸距離更長。
iso/iec 11801 和 24702 将單模光纖歸為兩類（os1 和 os2），随着距離衰減減小，性能則會
提高。
以太網通過光纖傳輸的特性和對應的實體層标準如表 2-2 所示。
一個光纖系統由一或多對光纖組成，每個以太網裝置收發信号使用不同的光纖。所有的以太網實體層使用一對光纖，除了 40gbase-sr4 和 100gbase-sr4 使用 4 對和 10 對多模光纖。
對于以太網來說，每種光纖的最大距離說明：多模光纖一般用來連接配接資料中心同一個機房内的裝置；而單模光纖則用來連接配接不同的機房，甚至不同的資料中心。
和雙同軸電纜一樣，直連雙同軸電纜與同軸電纜非常相似，隻是多了一根銅導線芯。兩根銅芯都被絕緣層保護起來，在一堆銅芯外面再覆寫金屬導體。和雙絞電纜類似，兩根線芯互相纏繞來削弱外部幹擾。
雙同軸電纜原本由 ibm 制造出來用于短距離連接配接，它提供了一種劃算的方式将臨近機架的以太網裝置相連。這些電纜通常應用在交換機或伺服器的收發機房。
直連 10g 以太網雙同軸電纜有增強光學收發器（enhanced small form factor pluggable，spf+）相容連接配接器，而 40g 以太網使用增強四通道sfp收發器（enhanced quad small form factor pluggable，qspf+）連接配接器。雙同軸電纜對于這兩個速率均有兩個種類。
優化型：加入 sfp+ 或 qsfp+ 的外罩來改善信号品質，通常覆寫 7 ～ 10m。
無源型：在裝置間直接進行傳導，距離為 1m、3 m或 5m。
雙同軸線由于很高的成本效益在資料機房很受歡迎。表 2-3 詳細顯示了與其他媒體相比雙同軸電纜在 10g 以太網傳輸時的特性。
1每邊。
2近距模式（達30m）。
雙同軸電纜還有一個額外的優勢，其低誤比特率（10e18）比 ieee10g 以太網要求的誤比特率（10e12）小很多。
盡管 2004 年 ieee 802.3ak 第一次在雙同軸電纜上使用 10g 以太網，但這一繼任的方案是以無限帶寬的雙同軸電纜為基礎。目前在 10g 以太網使用的雙同軸電纜是以 sff-8431 和 8461 為标準。
自以太網建立以來，其發展主要是為了努力保持不同運作商之間的标準完全通用，這個目标是以太網協定保證普遍性和優于其他體系，例如令牌網。
盡管以太網标準化程序有公平分享政策，對其時間軸的研究仍是一個評定過去 30 年網絡工業趨勢的好方法。圖 2-4 以 mbit/s為機關展示了以太網資料速率在不同媒體（同軸電纜、雙絞電纜和雙同軸電纜）上的發展。
從圖中我們可以觀察得出以下趨勢。
雙絞線資料速率大體上每 5 年增長 10 倍，但在 10gbps 後沒能保持這種增長速度。
光纖發展略快一些，是第一個支援 100mbps 的媒體，也是所有媒體中壽命最長的。
雙同軸線成為了 10gbit/s 連接配接的一個可選媒體。
由于光收發器的花費較高，光纖在早期用在交換機之間這種需求高傳輸速率的的場合。而伺服器接入這樣的大數量連接配接需要依靠低成本更新到更快的傳輸速率，因而雙絞線和雙同軸線對于這些連接配接是最受歡迎的。