为什么我们仍然使用以太网?

网络工程 以太网 协议理论
2021-07-09 13:50:14

毫无疑问,绝大多数以太网帧都在传输 IP 数据包。我知道还有其他各种协议也可以通过以太网传输,但也可以通过 IP 传输。

由于现代以太网网络是全双工的,以太网已有效地转变为端点和交换机之间的点对点互连,交换机根据 MA​​C 目的地交换数据包。L3 交换机做同样的事情,但也执行一些 IP 路由。

由于我们主要使用以太网作为传输 IP 的手段,是否有任何理由需要额外的 L2 层开销?为什么不只根据目标 IP 路由数据包?我想这会在某种程度上打破 OSI 模型,因为 L2 将不复存在。

想象一下仅设计用于传输 IP 的链路层技术,并且没有任何特定的 L2 功能或它自己的标头。交换机和路由器会像今天一样继续存在:交换机将是“基本路由器”(就像 L3 交换机一样)并且大部分只采用固定路由和默认路由。切换流:该目的地是否有路由?将其放入该接口的队列中。如果没有,请将其粘贴到默认路由的接口队列中。

是否有任何令人信服的论据来保持现状?

4个回答

由于我们主要使用以太网作为传输 IP 的手段,是否有任何理由需要额外的 L2 层开销?

命名一些需要 L2 开销的常见协议或功能,例如以太网:

  • 生成树(需要 802.2 LLC)
  • ISIS(需要 802.2 LLC)
  • VLAN
  • ARP(不仅适用于以太网)
  • 在 IPv4 和 IPv6 之间选择
  • IEEE 802.11 Wifi(与 802.3 以太网共享许多基本功能,但从根本上是不同的协议)

以太网已有效地转变为端点和交换机之间的点对点互连,交换机根据 MA​​C 目的地交换数据包。是否有任何令人信服的论据来保持现状?

如果您说以太网仅用于寻址和点对点连接,那么您就过度简化了协议。IEEE 802.3 还涵盖了物理层:各种形式的铜缆和光纤介质、线上编码、错误恢复、线路调节等。如果你直接在 IPv4 上添加所有这些功能,你复制了以太网的许多功能,你真正节省了什么?这也忽略了将这些功能直接构建到 IPv4 和 IPv6 中的巨大标准化和工程工作。想到这无论如何在实践层面上是如何运作的,我的大脑很受伤。

最后,论据是经济学。整个星球都围绕 IP 和线路(或 wifi 无线电)上的信号编码之间的链路层这一假设设计了服务器/交换机/操作系统等。以太网为我们做了很多事情,而且它非常便宜,因为它是地球上大多数计算机事实上的互连技术。取代以太网有点类似于取代美国国会作为管理机构。它可能并不完美,但在这一点上做任何其他事情都是不可想象的。

这是一个很好的问题。

我认为我们不会摆脱以太网,因为仍然需要无限期地使用多路访问链接。

然而,大部分核心网络对于 DMAC/SMAC 根本没有用处,所以肯定应该有更短帧的以太网的“点对点”变体。您可以使用 6B(Type+FCS)代替当前的 18B(DMAC+SMAC+Type+FCS)。
以太网的这种点对点变体将很好地抵消核心(MPLS 标签、VLAN 标签)所需的开销,因此客户/边缘帧大小将更接近核心帧大小。它还将消除对 ARP 和 ND 的需求,从而降低风险并简化核心。
从技术上讲,没有理由不能完全放弃以太网的 L2 部分,但是您将需要它的 L1 部分,因为 IP 本身没有规范如何将其编码到任何线路。因此,您可以直接在其上运行带有 L2 有效负载 (IP) 的 L1 以太网。

我个人坚信,当我们指定新的以太网标头以使用EUI64而不是 EUI48 时,人们会想要该 L2 协议的点对点风格。我不相信它会是“空 L2”,因为至少帧校验序列 (FCS) 和有效载荷类型(IP?MPLS?以太网?)似乎是可取的。

我会用一个荒谬的问题来回答这个问题......为什么我们不仍然使用ARCnet还是令牌环?

有(过去和将来)许多第 2 层技术。对于“桌面”系统,以太网获胜。为什么我们仍然使用它......最简单的答案是因为它有效;该技术简单、便宜、稳健且丰富。(阅读:经过验证的技术) 作为记录,有 PCI“桌面”ATM 卡——我已经很多年没见过了,我也从未见过实际使用过的卡。

您所建议的只是一种新的第 2 层技术。我祝你好运,让全世界都采用它。

[好吧,令牌环仍然存在,但它非常罕见。]

是否有任何令人信服的论据来保持现状?

好问题,一些想法。

  1. 兼容性通常比效率更重要。
  2. 大多数网络构建者(在一些非常高安全性的应用程序之外)不想静态地将设备分配给端口。因此需要某种自动定位设备的系统。
  3. 有一个标识符来标识特定硬件的插入位置是很有用的。
  4. 至少对于 IPv4,我们可能不想在每个交换机端口上浪费 IPv4 地址。

有可能设计一个解决 2 到 4 的链接协议,同时具有比以太网成帧更低的封装开销,或者可能根本没有封装开销,但这不是说“只使用 IP”的微不足道的情况。

然后你仍然需要说服人们 1,在采用新标准以获得相对较小的收益时会很痛苦。

在保持帧格式相同的同时加快速度是阻力最小的路径。所以这就是发生的事情。