區域網設計/乙太網演進
隨著乙太網的成功，出現了新的問題
- 需要 更高速度: DIX 乙太網 II 支援的傳輸速度為 10 Mbit/s，而 FDDI 在骨幹網中使用的速度要高得多（100 Mbit/s），但用光纖佈線建築物會太貴；
- 需要 互聯多個網路: 不同技術（例如乙太網、FDDI、令牌環）的網路難以互聯，因為它們具有不同的 MTU → 在所有地方使用相同技術可以解決這個問題。
快速乙太網，標準化為 IEEE 802.3u (1995)，將傳輸速度提高到 100 Mbit/s，並相應地將最大沖突直徑縮短了 10 倍（約 200-300 m），保持相同的幀格式和相同的 CSMA/CD 演算法。
快速乙太網物理層與 10 Mbit/s 乙太網物理層完全不同：它部分源於 FDDI 世界中的現有標準，以至於快速乙太網和 FDDI 在物理層上相容，並最終放棄了同軸電纜
- 100BASE-T4: 使用 4 對的雙絞銅線；
- 100BASE-TX: 使用 2 對的雙絞銅線；
- 100BASE-FX: 光纖（僅在骨幹網中）。
當快速乙太網推出時，它的採用率相當低，因為
- 距離限制: 網路規模有限 → 快速乙太網不適合骨幹網；
- 骨幹網瓶頸: 用 100 Mbps FDDI 技術製作的骨幹網與快速乙太網技術中的接入網路具有相同的速度 → 它不太可能能夠排出來自接入網路的所有流量。
快速乙太網隨著以下情況的出現開始被更廣泛地採用
- 引入 網橋: 它們打破了衝突域，克服了距離限制；
- 引入骨幹網中的 千兆乙太網: 它避免了骨幹網的瓶頸。
千兆乙太網，標準化為 IEEE 802.3z (1998)，將傳輸速度提高到 1 Gbit/s，並引入了兩個功能，“載波擴充套件”和“幀突發”，以使 CSMA/CD 協議能夠繼續工作。
將傳輸速度提高十倍會使最大沖突直徑縮短 10 倍，降至幾十米，這對於佈線來說太短了 → 為了使最大沖突直徑保持不變，最小幀大小應增加到 512 位元組[1]。
然而，擴充套件最小幀會導致不相容問題：在網橋連線快速乙太網和千兆乙太網時，來自快速乙太網的最小幀無法進入千兆乙太網 → 而不是擴充套件幀，而是擴充套件了時隙，即最小傳輸時間單位：一個由填充虛擬位（最多 448 位元組）組成的載波擴充套件被追加到所有小於 512 位元組的幀
| 7 位元組 | 1 位元組 | 64 到 1518 位元組 | 0 到 448 位元組 | 12 位元組 |
| 前導碼 | SFD | 乙太網 II DIX/IEEE 802.3 幀 | 載波擴充套件 | IFG |
| 512 到 1518 位元組 | ||||
- 缺點
- 載波擴充套件佔用通道 無用位。
例如，對於 64 位元組長的幀，有用吞吐量非常低 - 在更新的純交換網路中，全雙工模式已啟用 → CSMA/CD 已停用 → 載波擴充套件已無用。
1518 位元組的最大幀大小現在已經過時：在 10 Mbit/s 乙太網中，通道佔用率為 1.2 毫秒，這是一個合理的時間來保證 統計複用，而在千兆乙太網中，通道佔用率為 12 微秒 → 衝突的頻率要低得多 → 為了減少與有用資料相關的報頭開銷，提高效率，可以增加最大幀大小。
然而，擴充套件最大幀會導致不相容問題：在網橋連線快速乙太網和千兆乙太網時，來自千兆乙太網的最大幀無法進入快速乙太網 → 幀突發包括將幾個標準大小的幀一個接一個地連線起來，而不釋放通道
| 幀 1[2] + 載波擴充套件 |
填充 | 幀 2[2] | 填充 | ... | 填充 | 最後一幀[2] | IFG | |
| 突發限制（8192 位元組） | ||||||||
- 只有第一個幀可能會被載波擴充套件，以確保衝突視窗已滿；在接下來的幀中，載波擴充套件是無用的，因為如果發生衝突，第一幀會已經檢測到它；
- 幀與幀之間的 IFG 被替換為“填充擴充套件”（FILL）到幀位元組，並宣佈將會有另一個幀；
- 傳送站會保持一個位元組計數器：當它到達位元組編號 8192 時，當前正在傳輸的幀必須是最後一個 → 最多可以使用幀突發傳送 8191 位元組 + 1 幀。
- 優點
- 衝突機會數量減少：一旦第一個幀在沒有衝突的情況下傳輸，所有其他站都會透過 CSMA 檢測到通道處於忙碌狀態；
- 第一個幀之後的幀不需要載波擴充套件 → 有用吞吐量增加，特別是在 小幀的情況下，因為節省了載波擴充套件。
- 缺點
- 幀突發沒有解決 減少報頭開銷的主要目標：它選擇在每個幀中保留所有報頭（包括前導碼、SFD 和 IFG），以使處理硬體更簡單；
- 通常，使用幀突發的站必須傳送大量資料 → 大幀不需要載波擴充套件 → 載波擴充套件沒有節省；
- 在更新的純交換網路中，全雙工模式已啟用 → CSMA/CD 已停用 → 幀突發沒有優勢，因此是無用的。
千兆乙太網可以在以下傳輸物理介質上工作
- 雙絞銅線:
- 遮蔽 (STP): 1000BASE-CX 標準使用 2 對（25 米）；
- 非遮蔽 (UTP): 1000BASE-T 標準使用 4 對（100 米）；
- 光纖: 1000BASE-SX 和 1000BASE-LX 標準使用 2 根光纖，可以
- 多模光纖 (MMF): 價值較低 (275-550 米);
- 單模光纖 (SMF): 最大長度為 5 公里。
- GBIC
千兆乙太網首次引入了千兆位介面轉換器 (GBIC)，這是一種常見的解決方案，可以實現更新物理層而不必更新其他裝置的功能：千兆乙太網板沒有整合在板上的物理層，但它僅包含邏輯部分（從資料鏈路層向上），使用者可以將實現物理層的所需 GBIC 插入專用板槽。
10 千兆乙太網，標準化為 IEEE 802.3ae (2002)，將傳輸速度提高到 10 Gbps，最終放棄了半雙工模式，消除了所有源自 CSMA/CD 的問題。
它尚未在接入網路中使用，但主要用於
- 在骨幹網中：它透過光纖 (26 米到 40 公里) 工作，因為由於訊號衰減限制，雙絞線不再足夠；
- 在資料中心中：除了光纖外，還使用非常短的電纜將伺服器連線到機架頂部 (TOR) 交換機：[3]
- 雙軸電纜：同軸電纜，最初使用是因為透過雙絞線傳輸的裝置消耗的功率過大；
- 10Gbase T：遮蔽雙絞線，具有非常高的延遲；
- 在都會網路 (MAN) 和廣域網 (WAN) 中：10 千兆乙太網可以傳輸到現有的 MAN 和 WAN 基礎設施上，儘管傳輸速度降低到 9.6 Gb/s。
40 千兆乙太網和100 千兆乙太網，均標準化為 IEEE 802.3ba (2010)，將傳輸速度分別提高到 40 Gbit/s 和 100 Gbit/s：傳輸速度的演變首次不再是 10 倍，而是決定在中間速度定義一個標準，因為 100 千兆乙太網的成本仍然很高。此外，40 千兆乙太網可以傳輸到現有的 DWDM 基礎設施上。
這些速度僅在骨幹網中使用，因為它們目前不僅不適合主機，也不適合伺服器，因為它們非常接近處理單元中的內部速度（匯流排、記憶體等）→ 網路不再是瓶頸。