本APNIC文摘原標題為Happy 50th birthday, Ethernet，由Geoff Huston撰文。
上篇Huston指出乙太網路的原始設計集簡單、原創及天才之大成，並說明乙太網路如何在缺乏中央報時功能下仍順利運轉。本篇將繼續盤點乙太網路巧妙的設計功能，理解其歷經50年仍屹立不搖的原因。
任何大小都可以？
圖 1 乙太網路框架
乙太網路容許的單一訊框負載為46到1,500位元（如上圖）。IPv4 TCP/IP容許的最小封包是40位元，可以輕易通過此訊框。1,500位元的訊框則會附加24位元的額外負擔。即使在9.6微秒的框架間隔下，最大乙太網路封包的媒體額外負擔仍是非常合理的2.3%。媒體層的傳輸效率因此可達到最高，大小封包的傳輸都可免於過度的額外負擔或疊加負載。
但如此對封包大小的寬容，犧牲的是傳輸速率的穩定。在容許不同尺寸的單一管道媒介中，小封包的傳輸必須等大封包傳輸結束才能開始。然而，乙太網路中沒有排程機制，所以一旦無法立即傳輸，就必須面對未知的等待時間。
權衡資料時程和網路運用之下，乙太網路選擇了效率最大化，而非為了資料時程規定傳輸速度和通量。現在看來，這是明智的決定。
乙太網路演算法和最小封包尺寸之間的關係設計也很巧妙。乙太網路希望維持「單一傳輸器一定永遠知道另一傳輸器處於啟動狀態」。如此一來，封包必須大到前端可以衍生至乙太本地區域網路（Local Area Networks，LAN）的另一端，與對向的碰撞也必須在傳輸結束前回溯至原始傳輸器。
這表示LAN的端對端長度至少要是訊框的一半，若訊框縮小，LAN長度就必須隨之縮短。若增加LAN的實際長度，雖能擴大訊框尺寸，但負載效率也將因此降低。
乙太網路的CSMA/CD設計
「載波檢測多重存取／碰撞偵測」（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，CSMA/CD）是另一個乙太網路的巧妙功能。傳輸器等共享匯流排系統線路上任何正在進行的任何活動停止後，會再等9.6微秒（10Mbps下的96位元）後才以64位元的前置訊號打頭陣開始傳輸。而在傳輸訊框的同時，傳輸器會監控媒介，確保沒有其他傳輸同時進行。
若傳輸器發現有其他傳輸正在進行中（碰撞），傳輸器會在接續32位元時間內發送「干擾」（jam）信號、放棄傳輸，退回等待一段時間後再重新開始傳輸。此等待時間是以51.2微秒，也就是傳輸64位元（最小乙太網路封包）所需的時間為回合計算。
第一次碰撞後傳輸器會等待1回合，第二次碰撞後等待0到3回合，若持續無法傳輸16次，則整個訊框會被捨棄，並經由媒體存取控制（Media Access Control，MAC）回報錯誤訊息。通常一個訊框被成功送出前須等待的最長時間，不會超過半秒。
換句話說，雖然乙太網路沒有排程機制，無法確知等待傳輸的時長，但它的演算法仍確保公平：所有傳輸器均享有最終傳出封包的機會。乙太網路內仰賴中央控制、沒有單點失效，是真正「平等參與」的對等網路。
獨一無二的MAC位址
乙太網路的另一個創新是客戶端位址。當時網路普遍使用短（通常只有8位元）位址欄位，然後命令LAN管理者將所有連網裝置設定為下一個可用位址。這個技巧避免位址佔掉封包太多空間，藉此提升負載。
乙太網路完全不同，使用48位元的位址欄位。所有製造商都分配到一組號碼，並在這之後加上一組本地專屬後綴，因此所有乙太網路裝置都有自己專屬的MAC位址。
這表示消費者在購入乙太網路裝置後，只要插上網路線就可使用，完全不必擔心本地位址衝突的問題。這不僅大幅簡化有限網路的設置難度，在其他更彈性的連線情境，如無線801.11 Wi-Fi 網路中，也顯得更加有用。
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*台灣網路資訊中心（TWNIC）與亞太網路資訊中心（APNIC）合作，定期精選APNIC Blog文章翻譯摘要，提供中心部落格讀者了解目前亞太地區網路發展之最新趨勢。原文標題為Happy 50th birthday, Ethernet。
圖片來源： APNIC Blog
