乙太網路介質

在主機之間承載電訊的實體，統稱為\em{網路介質}。 當 ARPAnet 在 1973 年有 40 多個節點的時候，網路介質仍然是電訊專線。 如果網路中有 $N$ 台主機，兩兩之間牽一條專線，總共需要 $N(N-1)\over2$ 條線路。 當 $N$ 逐漸長大的時候，這顯然不是合理的作法。 因此開始有人研究網路介質分享 (shared media) 的技術， 也就是讓許多台主機共用一條線路的技術。% Xerox PARC 的 Metcalfe 研發了\em{乙太網路} (ethernet)。 其硬體標準定於 1978 年，如今成為最普遍的區域網路介質。 多年來，它雖然演化出不同的面貌和規格，但是基本原理並無大異。 同樣地，乙太網路既非唯一、也未必是最好的介質。

主機與網路之間，有一個通稱為\em{網路介面} (network adapter) 的周邊設備；有時候還不只一個。 電腦透過網路介面從介質上收發訊息。 每個網路介面在製造的時候，就應該被賦予一個唯一的編號， 稱為介質地址 (MAC: Medium Access Control)，又常說是網路卡號。 介質地址原來使用 48 嗶編成，前段是製造商號碼，後段由廠商自行編號。 習慣上，我們將每 8 嗶寫成兩個十六進制的數字，再以 : 號相隔。 例如 08:00:20:11:5F:11 就是一個 48 嗶的介質地址。 想像以後每個行動電話、PDA，甚至電冰箱、微波爐和遙控鎖都要上網， 所以大家覺得 48 嗶組成的 $2^{48}$ (約 281 兆) 個不同地址可能還不夠用， 於是另外規定了 64 嗶的介質地址，它和前者有相容性。

介質分享所面臨的最大問題就是發言權的控制： 訊號不能重疊，所以每個時間只能由一台主機的網路介面送出訊號。 試想，在網路上，每台主機無法在送出訊號之前先徵詢其他主機的意見 (因為徵詢的本身也是一種訊號)， 這就是問題之所在。 乙太網路的解決方案稱為 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect)。 我們用最簡單的結構來說明。

首先，所謂一截 (segment) 乙太網路， 是用特定的訊號線串連有限多個乙太網路介面、 並於兩端各安裝一個終點而成。電訊到達終點就會消失。 每個網路介面都內含一個時鐘，這個時鐘滴答滴答地運行。 每個介面必須能夠準確地計時，例如兩個滴之間恰好是一毫秒。 乙太網路要求一截網路上的所有介面都\em{同步化} (synchronize)； 也就是說，所有介面都在同一個時間滴、同一個時間答。 如果線上已經有 A B 兩個介面，而 C 是新加入的介面 (例如 C 的主機剛剛啟動)， 則 C 會送出特殊的同步訊號，A 和 B 也就會分別回應，直到三者同步化為止。

然後，當一個介面 (例如 A) 打算要送出訊號的時候， 會在一個滴的時間，發出試探波。 如果它是唯一發出試探波的介面，則它就在下一個答的時間，送出訊號。 如果有另一個介面 (例如 C) 恰好同時也打算要送出訊號， 則 A 和 C 會在同一個滴時間發出試探波， 這就是一個\em{撞擊} (collision)。 A 和 C 彼此不知道是誰跟它撞擊。 於是它們各自擲一個骰子，各得到一個數。 在不太倒霉的情況下，A 和 C 各得到不同的數，例如 A 得到 3、C 得到 2。 則 C 等待二個滴答之後，在第三個滴時間發出試探波。 而 A 等待三個滴答之後，在第四個滴時間發出試探波。 如果那時候 B 沒有恰好也發出試探波， 則 C 和 A 就先後在第三個答時間和第四個答時間送出訊息了。

由此可見，在一截乙太網路上的介面全是平等的， 沒有一個介面具有任何形式的優先權， 大家全靠擲骰子的手氣來解決紛爭。 也因為這個緣故，一截網路上的介面越多，就越容易持續發生撞擊， 導至每一台主機的網路傳輸效率都降低了。

相對於 TCP/IP 是個協定標準，乙太網路是個硬體標準。 隨著技術的發展，乙太網路也跟著演化。 例如 1990 後期，乙太網路在介質方面逐漸由同軸電纜演化成雙絞線， 在傳輸速度方面逐漸由 10Mbps (Megabits per second) 演化成 100Mbps， 在連線拓樸方面逐漸由直線型演化成放射型。

但這種網路的連接方式必須是放射狀從一個中心 (HUB) 連接到各個機器， 而不能一路串接在一條線上。 由 Xerox、DEC 和 Intel 共同定義，1982 公佈。 (通常是粗細不同的同軸電纜或雙絞線) 電纜越粗的，一次可以拉的距離越長，全線可以承載的節點也越多。 兩個節點之間至少要相隔 2.5 公尺 (此處指的是電纜長度)。 如果網路的長度超過一個限度，可由 repeater 相連以加強訊號。 但因為其傳訊內容本身有一定時間的壽命， 所以即使用 repeater 也不能容許兩點之間的距離超過數公里。 中央數學的系館內，佈的網路線是 10Base-5 (thick ethernet)、 10Base-2 (thin ethernet) 和 10Base-T。