以太网收发器工作原理及其信号质量测试分析
简述以太网的工作原理
简述以太网的工作原理
以太网是一种常用的局域网技术，它使用以太网协议进行数据传输。
以太网的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 硬件准备：以太网使用一组特定的硬件设备，包括网络接口卡（NIC）、集线器（Hub）或交换机（Switch）。
每个设备
都有一个唯一的物理地址，称为MAC地址。
2. 数据封装：数据在发送之前被封装为数据帧。
数据帧包括头部和数据部分，头部包含了目标MAC地址和源MAC地址等
信息。
3. 寻址和转发：当一台计算机想要发送数据时，它首先将数据帧发送到与它相连的设备（通常是交换机）。
交换机会读取目标MAC地址并将数据帧转发给适当的设备。
4. 数据传输：数据帧在以太网中传输，通过物理介质（如双绞线或光纤）进行传输。
数据帧以比特的形式在物理介质上传输。
5. 数据接收和解析：设备接收到数据帧后，根据目标MAC地
址进行解析。
如果目标MAC地址与自身的MAC地址匹配，
设备将接受数据帧。
否则，数据帧将会被丢弃。
6. 碰撞检测和重传：在以太网中，多个设备可以同时发送数据。
如果多个设备同时发送数据，可能会发生碰撞。
碰撞检测机制能够检测到碰撞，并触发重传机制来保证数据的可靠传输。
7. 重复过程：以上过程在整个以太网中不断重复，以实现计算机之间的通信。
总结起来，以太网通过硬件设备、数据封装、寻址和转发、数据传输、数据接收和解析等步骤实现计算机之间的通信。
其特点是灵活、易扩展和成本低廉，被广泛应用于局域网环境中。
以太网收发器工作原理及其信号质量测试-精品文档
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主要内容
• • • • • 以太网简介 以太网收发器工作原理详解 以太网物理层信号质量测试 以太网收发器常见问题分析和调试 附录：以太网信号质量测试指标
以太网简介
【以太网】使用IEEE 802.3标准（即采用CSMA/CD访问控 制技术）的网络系统。 • 由美国Xerox（施乐）公司和Stanford（斯坦福）大学联 合开发并于75年推出，原为总线型，现已扩展到星形、星 形总线、树形等。81年Xerox、DEC、Intel联合推出商业 产品。85年IEEE 802委员会在此基础上颁布了802.3标准 • 由于以太网与其他LAN类型相比，具有易用、易安装、易 维护、低成本等诸多优点，目前世界上80～85%与LAN相 连的PC和工作站使用以太网连接。 • 以太网为基带系统，采用曼彻斯特等编码技术，且只支持 LLC层的类型1操作 ——不确认的无连接服务（数据报服 务） 。
以太网简介
CSMA/CD协议的基本思想
每站在发送数据前，先监听信道是否空闲；若是，则发送 数据，并继续监听下去，一旦监听到冲突，立即停止发送 ，并在短时间内连续向信道发出一串阻塞信号（JAM）强 化冲突，如果信道忙，则暂不发送，退避一随机时间后再 尝试。 CSMA/CD协议在CSMA协议基础上增加了发送期间检测 冲突的功能。其最大特点是“先听后说,边说边听”。该 协议已被IEEE 802委员会采纳，并以此为依据制定了IEEE 802.3标准。 CSMA/CD协议同样可分为非坚持、1坚持和p坚持3种。 以太网通常采用非分隙1坚持CSMA/CD。 。
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以太网收发器工作原理详解
• • • (4) MII (MEDIA INDEPENDENT INTERFACE):媒体无关接口,是PHY和控制期间 之间的数据通路. (5) MDI (MEDIUM DEPENDENT INTERFACE):介质相关接口,不同的PMD对应着不 同的MDI接口 (6) SMI (SERIAL MANAGEMENT INTERFACE):这个接口允许上层器件监控PHY。 物理接口包括一个数据线（MDIO）和一根时钟线（MDC）。MAC 利用SMI 可以 完成读写状态寄存器的功能
以太网物理层信测试与分析
以太网物理层信测试与分析The manuscript was revised on the evening of 2021以太网物理层信号测试与分析1 物理层信号特点以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。
MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。
物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。
在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。
根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。
不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。
下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。
1、1 10Base-T 编码方法10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。
图1 曼彻斯特编码规则1、2100Base-Tx 编码方法100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。
MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
以太网物理层信号测试与分析报告
以太网物理层信号测试与分析1 物理层信号特点以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。
MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。
物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。
在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。
根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。
不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。
下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。
1、1 10Base-T 编码方法10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。
图1 曼彻斯特编码规则1、2100Base-Tx 编码方法100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。
MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
图2 MLT-3编码规则100Base-Tx的MAC层在数据帧与帧之间，会插入IDEL帧（IDEL=11111），告诉网上所连接的终端，链路在闲置但正常的工作状态中（按CSMA/CD，DTE数据终端机会检测链路是否空闲，才会发送数据）。
（完整版）以太网物理层信号测试与分析
（完整版）以太网物理层信号测试与分析以太网物理层信号测试与分析1 物理层信号特点以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。
MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。
物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。
在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。
根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps 三种速率级别。
不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。
下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。
1、1 10Base-T 编码方法10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。
图1 曼彻斯特编码规则1、2100Base-Tx 编码方法100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD 是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s 数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。
MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
图2 MLT-3编码规则100Base-Tx的MAC层在数据帧与帧之间，会插入IDEL帧（IDEL=11111），告诉网上所连接的终端，链路在闲置但正常的工作状态中（按CSMA/CD，DTE数据终端机会检测链路是否空闲，才会发送数据）。
以太网工作原理
以太网工作原理以太网是一种常见的局域网技术，它使用了一种称为CSMA/CD（载波监听多路访问/碰撞检测）的协议来控制数据传输。
在以太网中，数据被分割成帧，然后通过网络传输。
接下来，我们将详细介绍以太网的工作原理。
首先，以太网使用CSMA/CD协议来控制数据传输。
这意味着当一个设备想要发送数据时，它首先会监听网络，确保没有其他设备正在发送数据。
如果网络空闲，设备就会发送数据。
但是，如果多个设备同时发送数据，就会发生碰撞。
当检测到碰撞时，设备会随机等待一段时间，然后重新发送数据。
其次，以太网使用MAC地址来识别设备。
每个以太网设备都有一个唯一的MAC地址，它由48位二进制数组成。
当数据帧被发送到网络上时，它包含了目标设备的MAC地址，以太网设备会根据这个地址来决定是否接收数据。
此外，以太网使用了CSMA/CD协议来控制网络的拓扑结构。
在以太网中，常见的拓扑结构包括总线型、星型和树型。
总线型拓扑中，所有设备都连接到同一条总线上；星型拓扑中，所有设备都连接到一个中央设备上；树型拓扑则是将多个星型拓扑连接在一起。
最后，以太网使用了以太网交换机来提高网络性能。
交换机可以根据MAC地址来转发数据，而不是像集线器一样简单地将数据广播到整个网络上。
这样可以减少网络拥塞，提高数据传输效率。
总之，以太网是一种常见的局域网技术，它使用了CSMA/CD协议来控制数据传输，使用MAC地址来识别设备，使用不同的拓扑结构来搭建网络，同时利用以太网交换机来提高网络性能。
通过了解以太网的工作原理，我们可以更好地理解局域网的工作方式，从而更好地设计和管理网络。
光纤收发器原理技术详解
光纤收发器原理技术详解1光纤收发器原理技术详解本文详细对光纤收发器原理进行讲解，分析了光纤收发器的发展趋势以及如何采购光纤收发器，下面进行阐述：首先什么是光纤收发器光纤收发器是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器。
企业在进行信息化基础建设时，通常更多地关注路由器、交换机乃至网卡等用于节点数据交换的网络设备，却往往忽略介质转换这种非网络核心但必不可少的设备。
特别是在一些要求信息化程度高、数据流量较大的政府机构和企业，网络建设时需要直接上连到以光纤为传输介质的骨干网，而企业内部局域网的传输介质一般为铜线，确保数据包在不同网络间顺畅传输的介质转换设备成为必需品。
目前国外和国内生产光纤收发器的厂商很多，产品线也极为丰富。
为了保证与其他厂家的网卡、中继器、集线器和交换机等网络设备的完全兼容，光纤收发器产品必须严格符合IEEE802.3以太网标准，除此之外，在EMC防电磁辐射方面应符合FCC 及CE的相关规定，如烽火网络公司的光纤收发器已经通过FCC及CE认证。
时下由于国内各大运营商正在大力建设小区网、校园网和企业网，因此光纤收发器产品的用量也在不断提高，以更好地满足接入网的建设需要。
随着信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。
但是传统的5类线电缆只能将以太网电信号传输100米，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。
与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点在广域网等大型网络中得到了广泛的应用。
在一些规模较大的企业，网络建设时直接使用光纤为传输介质建立骨干网，而内部局域网的传输介质一般为铜线，如何实现局域网同光纤主干网相连呢？这就需要在不同端口、不同线形、不同光纤间进行转换并保证链接质量。
光纤收发器的出现，将双绞线电信号和光信号进行相互转换，确保了数据包在两个网络间顺畅传输。
Ethernet 信号测试方法(Angilen)
Ethernet信号测试方法一、Ethernet物理层测试1、简介在PC和数据通信等领域中，以太网的应用非常广泛。
以太网的技术从1990年10Base-T标准推出以来，发展非常迅速，目前普及的是基于双绞线介质的10兆/百兆/千兆以太网，同时10G以太网的技术也逐渐开始应用。
为了保证不同以太网设备间的互通性，就需要按照规范要求进行响应得一致性测试。
测试所依据的标准主要是IEEE802.3和ANSI X3.263- 1995中的相应章节。
根据不同的信号速率和上升时间，要求的示波器和探头的带宽也不一样。
对于10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测试需要1GHz带宽。
对于10G以太网的测试，由于其标准非常多，如10GBase-CX、10GBase-T、10GBase-S等，有的是电接口，有的是光接口，不同接口的信号速率也不一样。
10GBase-CX、XAUI、10GBase-T的测试至少需要8G带宽的实时示波器，10GBase-S等光接口的测试，根据不同速率则需要相应带宽的采样示波器。
要进行一致性测试，首先要保证的是测量的重复性，由于以太网信号的摆幅不大，如1000Base-T的信号幅度只有670~820mv，XAUI信号最小摆幅只有200mv，如果测量仪器噪声比较大，就会造成比较大的测量误差。
2、10M/100M/1000M以太网测试方法对于10M/100M/1000M以太网的信号测试，可以选择Agilent 9000系列示波器，也可以选择90000系列示波器。
要进行Ethernet信号的测试，只有示波器是不够的，为了方便地进行以太网信号的分析，还需要有测试夹具和测试软件。
测试夹具的目的是把以太网信号引出，提供一个标准的测试接口以方便测试，测试夹具的型号是N5395B。
下图是夹具的图示。
在N5395B测试夹具上划分了不同的区域，可以分别进行10Base-T/100Base-Tx/1000Base-T的测量。
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以太网简介
• 按照网络传输速率可以分为10BASE-T、100BASE-T、 1000BASE-T 。 • 以太网物理层传输介质双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP) 和屏蔽双绞线(STP)，现在使用的UTP可分为3类、4类、五
类和超五类四种 。
• 在美国线缆标准(AWG)中对3类、4类、五类和超五类双绞 线都定义为4对，在千兆位以太网中更是要求使用全部的4 对线进行通信。所以，标准五类线缆中应该有4对线。
以太网收发器工作原理详解
• PHY Block Diagram
以太网收发器工作原理详解
• 一 PHY主要组成部分
• (1) PCS(PHYSICAL CODING SUBLAYER)：在100BASE-X 模式时，提供RMII 接 口、4B/5B 编码、串并转换以及冲突检测功能，同时只要TXEN 无效就提供 “idle”信号给PMD 层。在10BASE-T 模式下只提供接口和串并转换功能。 (2) PMA(PHYSICAL MEDIUM ATTACHMENT)：提供对LINK 状态的判断和载波侦 听的功能，完成串行信号和NRZI 信号之间的转化。PMA 使用标准的方法来判 断端口的LINK 状态。当PMA 判断到对方设备存在的时候，如果自动协商使能 ，就会开始同对方进行自动协商确定端口的工作模式；当对方不支持自动协 商的时候，端口的工作模式根据并行探测的结果。 (3) PMD(PHYSICAL MEDIUM DEPENDENT)：提供对信号的scrambling/ descrambling；对信号进行编码，在100TX 下是MLT-3 , 在10T 下是 Manchester； polarity correction；baseline wander correction 等功能 。其中的scrambling(扰频)/ descrambling（解扰）和baseline wander（基 线漂移）功能是100BASE TX专有的
以太网简介
CSMA/CD协议的基本思想
每站在发送数据前，先监听信道是否空闲；若是，则发送 数据，并继续监听下去，一旦监听到冲突，立即停止发送 ，并在短时间内连续向信道发出一串阻塞信号（JAM）强 化冲突，如果信道忙，则暂不发送，退避一随机时间后再 尝试。 CSMA/CD协议在CSMA协议基础上增加了发送期间检测 冲突的功能。其最大特点是“先听后说,边说边听”。该 协议已被IEEE 802委员会采纳，并以此为依据制定了IEEE 802.3标准。 CSMA/CD协议同样可分为非坚持、1坚持和p坚持3种。 以太网通常采用非分隙1坚持CSM太网收发器工作原理详解
• • • (4) MII (MEDIA INDEPENDENT INTERFACE):媒体无关接口,是PHY和控制期间 之间的数据通路. (5) MDI (MEDIUM DEPENDENT INTERFACE):介质相关接口,不同的PMD对应着不 同的MDI接口 (6) SMI (SERIAL MANAGEMENT INTERFACE):这个接口允许上层器件监控PHY。 物理接口包括一个数据线（MDIO）和一根时钟线（MDC）。MAC 利用SMI 可以 完成读写状态寄存器的功能
以太网收发器工作原理详解
• 在OSI 的7 层基准模型中我们使用的PHY属于第一层--物理层( PHY) 。物理层协议可定义电气信号、线的状态、时钟要求、数据编码和数 据传输用的连接器。数据链路层可以通过定义好的接口而与物理层通 话。例如MAC可以利用介质无关性接口( MII)与PHY进行数据交换。 • • • • 的基本作用： 对端口LINK 状态的判断； 自动协商，当然MAC 可以修改PHY 的寄存器间接控制 完成MII（RMII）数据和串行数据流之间的转化：包括4B/5B 的 编码的转化（不包括10BASET）；串并转换；最后转换成低压信 号，根据端口不同的工作模式，转换方式也有所不同。例如在 100BASE-T 下是MLT-3；在10BASE-T 下是曼彻斯特编码 • (4) 在MII 的工作方式下，完成冲突检测。若是工作于RMII 模式下 则此项任务由MAC 完成。 PHY (1) (2) (3)
以太网收发器工作原理及其 信号质量测试
主要内容
• • • • • 以太网简介 以太网收发器工作原理详解 以太网物理层信号质量测试 以太网收发器常见问题分析和调试 附录：以太网信号质量测试指标
以太网简介
【以太网】使用IEEE 802.3标准（即采用CSMA/CD访问控 制技术）的网络系统。 • 由美国Xerox（施乐）公司和Stanford（斯坦福）大学联 合开发并于75年推出，原为总线型，现已扩展到星形、星 形总线、树形等。81年Xerox、DEC、Intel联合推出商业 产品。85年IEEE 802委员会在此基础上颁布了802.3标准 • 由于以太网与其他LAN类型相比，具有易用、易安装、易 维护、低成本等诸多优点，目前世界上80～85%与LAN相 连的PC和工作站使用以太网连接。 • 以太网为基带系统，采用曼彻斯特等编码技术，且只支持 LLC层的类型1操作 ——不确认的无连接服务（数据报服 务） 。
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以太网收发器工作原理详解
• PHY =PHYSICAL LAYER DEVICE 即物理层器件。此次培训 中提到的10/100/1000M PHY 是指专用于以太网，支持 IEEE 802.3 10 Mbps、100Mbps、1000 Mbps物理层应用的 收发器。即通过双绞线可使用在10 Mbps 和 100 Mbps 、 1000 Mbps以太网的物理层器件。有些PHY 可通过光纤收 发器支持100 Mbps (100BASE-FX)以太网，和此相关部分 本次培训不涉及。以下将10/100/1000 Mbps 以太网收发 器简称为PHY。 • 问题 在OSI 基准模型中，PHY 属于哪一层？