以太网知识讲座物理层器件

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以太网基础知识讲义

以太网基础知识讲义

以太网基础知识讲义以太网基础知识讲义1前言本教材是以太网知识的入门教程,前三章主要介绍了以太网了一些基本知识和工作原理方面的知识。

第四章与实际设计比较接近,介绍了目前在设计以太网产品经常会接触到的一些接口。

第五章对芯片内部的功能做了简单的介绍。

本教材适用于新近入职的研发处的员工及其它部门希望进一步了解以太网产品设计的员工。

本教材前四部分主要参考自《新版交换式以太网和快速以太网》,《千兆位以太网教程》(以上书目可在LAN组目录下查到),《以太网》(公司参考书目),《IEEE802.3协议-2000版》。

第五部分内容主要译自AH104芯片资料,AL101芯片资料。

有错误之处,敬请大家指正。

2以太网基础知识讲义 (1)第一章以太网技术的简单介绍 (5)1.1 以太网的起源 ..................................................................... ............................................ 5 1.2 ISO七层模型 ..................................................................... ............................................ 5 1.3 以太网常见的拓扑结构 ..................................................................... .......................... 7 1.4 以太网常见的传输介质 ............................................................................................... 9 第二章以太网常见产品的介绍 (10)网路接口卡 ..................................................................... .............................................. 10 2.12.2 集线器 ..................................................................... . (12)2.3 交换机 ..................................................................... . (13)第三章以太网的传输机制 (15)3.1 以太网的核心CSMA/CD ................................................................ ....................... 15 3.2 以太网的帧结构 ..................................................................... ..................................... 17 3.3 以太网的交换技术 ..................................................................... ................................. 19 3.4 流控机制 ..................................................................... ................................................... 22 3.5 自动协商技术 ..................................................................... .......................................... 23 第四章常用设计中的接口的介绍 . (26)4.1 MII接口 ..................................................................... .................................................... 26 4.2 RMII接口 ..................................................................... ................................................. 29 4.3 SMII和SSSMII 接口 ..................................................................... ............................ 32 4.4 GMII接口和TBI接口 ..................................................................... ......................... 34 第六章芯片的内部的功能模块 (40)6.1 PHY的功能 ..................................................................... ............................................. 40 6.2 MAC的功能 ..................................................................... ............................................ 44 6.3 SMI管理接口 ..................................................................... .......................................... 45 图表:图表 1 以太网和IEEE 802.3与OSI参照模型 (7)图表 2 IEEE802.3与OSI参照模型的对比 (7)图表 3 总线型拓扑结构 .............................................................................................. 8 图表 4 星型拓扑结构 ..................................................................... ............................. 8 图表 5 8139内部结构框图 ..................................................................... ................. 11 图表 6 8139网卡设计概图 ..................................................................... .. (11)3图表 7 5-4-3法则 ..................................................................... ................................. 13 图表 8 交换机和集线器的区别 ..................................................................... ......... 14 图表 9 数据包发送流程图 ..................................................................... .................. 16 图表 10 以太网帧结构图 ..................................................................... ........................... 17 图表 11 MAC地址格式 ..................................................................... ............................ 18 图表 12 VLAN的帧格式 ..................................................................... ......................... 19 图表 13 帧的交换过程...................................................................... .......................... 20 图表 14 PAUSE帧格式 ................................................................................................. 22 图表 15 FLP快速脉冲群的格式...................................................................... ......... 23 图表 16 FLP和NLP的比较 ..................................................................... ................... 23 图表 17 FLP的信息编码 ..................................................................... ....................... 24 图表 18 MII接口定义 ..................................................................... ............................ 26 图表 19 正常接收时序图 ..................................................................... ...................... 29 图表 20 正常发送时序图 ..................................................................... ...................... 29 图表 21 RMII接口定义 ..................................................................... ......................... 30 图表 22 RMII正常发送数据时序图 ..................................................................... ... 31 图表 23 RMII正常接收数据时序图 ..................................................................... (32).................................................................... ...................... 32 图表 24 SMII接口示意图图表 25 RXD上帧的编码 ..................................................................... ....................... 33 图表 26 TXD上帧的编码 ..................................................................... .. (33).................................................................... ................. 33 图表 27 SMII的接收时序图图表 28 SMII的发送时序图 ..................................................................... ................ 33 图表 29 SSSMII接口示意图 ..................................................................... ................ 34 图表 30 SSSMII接收时序图 ..................................................................... ................ 34 图表 31 SSSMII发送时序图 ..................................................................... ................ 34 图表 32 GMII接口定义 ..................................................................... ......................... 35 图表 33 允许的TX_EN、TXD、TX_ER编码 (36)图表 34 GMII与MII接口的简单比较 ...................................................................36 图表 35 基本帧的发送...................................................................... .......................... 37 图表 36 基本帧的接收...................................................................... .......................... 37 图表 37 TBI接口示意图 ............................................................................................ 38 图表 38 AC104内部功能框图 ..................................................................... .............. 40 图表 39 4B/5B编码 ..................................................................... ................................ 41 图表 40 NRZ码和NRZI码的比较 ..................................................................... ....... 42 图表 41 多种码型比较图 ..................................................................... ...................... 42 图表 42 AL101原理框图 ..................................................................... ....................... 44 图表 43 SMI管理接口的帧格式...................................................................... (46)4第一章以太网技术的简单介绍1.1 以太网的起源60年代末,夏威夷大学的Norman Abramson及其同事研制了一个名为 ALOHA系统的无线电网络,该网络的设计思想为使用共享的公共传输信道进行数据传输,这一技术就是以太网的核心思想。

以太网芯片MAC和PHY知识详细讲解

以太网芯片MAC和PHY知识详细讲解

网口扫盲三:以太网芯片MAC和PHY的关系问:如何实现单片以太网微控制器?答:诀窍是将微控制器、以太网媒体接入控制器(MAC)和物理接口收发器(PHY)整合进同一芯片,这样能去掉许多外接元器件.这种方案可使MAC和PHY实现很好的匹配,同时还可减小引脚数、缩小芯片面积.单片以太网微控制器还降低了功耗,特别是在采用掉电模式的情况下. 问:以太网MAC是什么?答:MAC即Media Access Control,即媒体访问控制子层协议.该协议位于OSI七层协议中数据链路层的下半部分,主要负责控制与连接物理层的物理介质.在发送数据的时候,MAC协议可以事先判断是否可以发送数据,如果可以发送将给数据加上一些控制信息,最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层;在接收数据的时候,MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误,如果没有错误,则去掉控制信息发送至LLC层.该层协议是以太网MAC 由IEEE-802.3以太网标准定义.最新的MAC同时支持10Mbps和100Mbps两种速率.以太网数据链路层其实包含MAC(介质访问控制)子层和LLC(逻辑链路控制)子层.一块以太网卡MAC芯片的作用不但要实现MAC子层和LLC子层的功能,还要提供符合规范的PCI界面以实现和主机的数据交换.MAC从PCI总线收到IP数据包(或者其他网络层协议的数据包)后,将之拆分并重新打包成最大1518Byte,最小64Byte的帧.这个帧里面包括了目标MAC地址、自己的源MAC地址和数据包里面的协议类型(比如IP数据包的类型用80表示).最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC码. 可是目标的MAC地址是哪里来的呢?这牵扯到一个ARP协议(介乎于网络层和数据链路层的一个协议).第一次传送某个目的IP地址的数据的时候,先会发出一个ARP包,其MAC的目标地址是广播地址,里面说到:”谁是xxx.xxx.xxx.xxx这个IP地址的主人?”因为是广播包,所有这个局域网的主机都收到了这个ARP请求.收到请求的主机将这个IP地址和自己的相比较,如果不相同就不予理会,如果相同就发出ARP响应包.这个IP地址的主机收到这个ARP 请求包后回复的ARP响应里说到:”我是这个IP地址的主人”.这个包里面就包括了他的MAC地址.以后的给这个IP地址的帧的目标MAC地址就被确定了.(其它的协议如IPX/SPX也有相应的协议完成这些操作.)IP地址和MAC地址之间的关联关系保存在主机系统里面,叫做ARP表,由驱动程序和操作系统完成.在Microsoft的系统里面可以用arp-a的命令查看ARP表.收到数据帧的时候也是一样,做完CRC以后,如果没有CRC效验错误,就把帧头去掉,把数据包拿出来通过标准的借口传递给驱动和上层的协议客栈,最终正确的达到我们的应用程序.还有一些控制帧,例如流控帧也需要MAC直接识别并执行相应的行为.以太网MAC芯片的一端接计算机PCI总线,另外一端就接到PHY芯片上,它们之间是通过MII 接口链接的.问:什么是MII?答:MII即媒体独立接口,它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准."媒体独立"表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下,任何类型的PHY设备都可以正常工作.它包括一个数据接口,以及一个MAC和PHY之间的管理接口.•数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道.每条信道都有自己的数据,时钟和控制信号.MII数据接口总共需要16个信号,包括TX_ER,TXD<3:0>,TX_EN,TX_CLK, COL,RXD<3:0>,RX_EX,RX_CLK,CRS,RX_DV等.MII 以4位半字节方式传送数据双向传输,时钟速率25MHz.其工作速率可达100Mb/s;•MII管理接口是个双信号接口,一个是时钟信号,另一个是数据信号.通过管理接口,上层能监视和控制PHY.其管理是使用SMI(Serial Management Interface)总线通过读写PHY的寄存器来完成的.PHY里面的部分寄存器是IEEE定义的,这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里面,MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态,例如连接速度,双工的能力等.当然也可以通过SMI设置PHY 的寄存器达到控制的目的,例如流控的打开关闭,自协商模式还是强制模式等.不论是物理连接的MII总线和SMI总线还是PHY的状态寄存器和控制寄存器都是有IEEE 的规范的,因此不同公司的MAC和PHY一样可以协调工作.当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能,驱动需要做相应的修改.MII支持10Mbps和100Mbps的操作,一个接口由14根线组成,它的支持还是比较灵活的,但是有一个缺点是因为它一个端口用的信号线太多,如果一个8端口的交换机要用到112根线,16端口就要用到224根线,到32端口的话就要用到448根线,一般按照这个接口做交换机,是不太现实的,所以现代的交换机的制作都会用到其它的一些从MII简化出来的标准,比如RMII,SMII,GMII等.RMII是简化的MII接口,在数据的收发上它比MII接口少了一倍的信号线,所以它一般要求是50MHz的总线时钟.RMII一般用在多端口的交换机,它不是每个端口安排收,发两个时钟,而是所有的数据端口公用一个时钟用于所有端口的收发,这里就节省了不少的端口数目.RMII的一个端口要求7个数据线,比MII少了一倍,所以交换机能够接入多一倍数据的端口.和MII一样,RMII支持10Mbps和100Mbps的总线接口速度.SMII是由思科提出的一种媒体接口,它有比RMII更少的信号线数目,S表示串行的意思.因为它只用一根信号线传送发送数据,一根信号线传输接受数据,所以为了满足100Mbps的总线接口速度的需求,它的时钟频率就达到了125MHz,为什么用125MHz,是因为数据线里面会传送一些控制信息.SMII一个端口仅用4根信号线完成100Mbps的传输,比起RMII差不多又少了一倍的信号线.SMII在工业界的支持力度是很高的.同理,所有端口的数据收发都公用同一个外部的125MHz时钟.GMII是千兆网的MII接口,这个也有相应的RGMII接口,表示简化了的GMII接口.MII总线在IEEE802.3中规定的MII总线是一种用于将不同类型的PHY与相同网络控制器(MAC)相连接的通用总线.网络控制器可以用同样的硬件接口与任何PHY .GMII(Gigabit MII)GMII采用8位接口数据,工作时钟125MHz,因此传输速率可达1000Mbps.同时兼容MII所规定的10/100 Mbps工作方式.GMII接口数据结构符合IEEE以太网标准.该接口定义见IEEE 802.3-2000.发送器:•GTXCLK——吉比特TX..信号的时钟信号(125MHz)•TXCLK——10/100Mbps信号时钟•TXD[7..0]——被发送数据•TXEN——发送器使能信号•TXER——发送器错误(用于破坏一个数据包)注:在千兆速率下,向PHY提供GTXCLK信号,TXD,TXEN,TXER信号与此时钟信号同步.否则,在10/100Mbps速率下,PHY提供TXCLK时钟信号,其它信号与此信号同步.其工作频率为25MHz(100M网络)或2.5MHz(10M网络).接收器:•RXCLK——接收时钟信号(从收到的数据中提取,因此与GTXCLK无关联)•RXD[7..0]——接收数据•RXDV——接收数据有效指示•RXER——接收数据出错指示•COL——冲突检测(仅用于半双工状态)管理配置•MDC——配置接口时钟•MDIO——配置接口I/O管理配置接口控制PHY的特性.该接口有32个寄存器地址,每个地址16位.其中前16个已经在"IEEE 802.3,2000-22.2.4 Management Functions"中规定了用途,其余的则由各器件自己指定.RMII(Reduced Media Independant Interface)简化媒体独立接口是标准的以太网接口之一,比MII有更少的I/O传输.RMII口是用两根线来传输数据的,MII口是用4根线来传输数据的,GMII是用8根线来传输数据的.MII/RMII只是一种接口,对于10Mbps线速,MII的时钟速率是2.5MHz就可以了,RMII 则需要5MHz;对于100Mbps线速,MII需要的时钟速率是25MHz,RMII则是50MHz.MII/RMII用于传输以太网包,在MII/RMII接口是4/2bit的,在以太网的PHY里需要做串并转换,编解码等才能在双绞线和光纤上进行传输,其帧格式遵循IEEE 802.3(10M)/IEEE 802.3u(100M)/IEEE 802.1q(VLAN).以太网帧的格式为:前导符+开始位+目的mac地址+源mac地址+类型/长度+数据+padding(optional)+32bitCRC如果有vlan,则要在类型/长度后面加上2个字节的vlan tag,其中12bit来表示vlan id,另外4bit表示数据的优先级!问:以太网PHY是什么?答:PHY是物理接口收发器,它实现物理层.IEEE-802.3标准定义了以太网PHY.包括MII/GMII(介质独立接口)子层,PCS(物理编码子层),PMA(物理介质附加)子层,PMD(物理介质相关)子层,MDI子层.它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14条)和100BaseTX(第24条和第25条)的规范.PHY在发送数据的时候,收到MAC过来的数据(对PHY来说,没有帧的概念,对它来说,都是数据而不管什么地址,数据还是CRC.对于100BaseTX因为使用4B/5B编码,每4bit就增加1bit 的检错码),然后把并行数据转化为串行流数据,再按照物理层的编码规则把数据编码,再变为模拟信号把数据送出去.收数据时的流程反之.PHY还有个重要的功能就是实现CSMA/CD的部分功能.它可以检测到网络上是否有数据在传送,如果有数据在传送中就等待,一旦检测到网络空闲,再等待一个随机时间后将送数据出去.如果两个碰巧同时送出了数据,那样必将造成冲突,这时候,冲突检测机构可以检测到冲突,然后各等待一个随机的时间重新发送数据.这个随机时间很有讲究的,并不是一个常数,在不同的时刻计算出来的随机时间都是不同的,而且有多重算法来应付出现概率很低的同两台主机之间的第二次冲突.许多网友在接入Internt宽带时,喜欢使用”抢线”强的网卡,就是因为不同的PHY碰撞后计算随机时间的方法设计上不同,使得有些网卡比较”占便宜”.不过,抢线只对广播域的网络而言的,对于交换网络和ADSL这样点到点连接到局端设备的接入方式没什么意义.而且”抢线”也只是相对而言的,不会有质的变化.现在交换机的普及使得交换网络的普及,使得冲突域网络少了很多,极大地提高了网络的带宽.但是如果用HUB,或者共享带宽接入Internet的时候还是属于冲突域网络,有冲突碰撞的.交换机和HUB最大的区别就是:一个是构建点到点网络的局域网交换设备,一个是构建冲突域网络的局域网互连设备.除此之外PHY还提供了和对端设备连接的重要功能并通过LED灯显示出自己目前的连接的状态和工作状态让我们知道.当我们给网卡接入网线的时候,PHY不断发出的脉冲信号检测到对端有设备,它们通过标准的”语言”交流,互相协商并却定连接速度、双工模式、是否采用流控等.通常情况下,协商的结果是两个设备中能同时支持的最大速度和最好的双工模式.这个技术被称为AutoNegotiation或者NWAY,它们是一个意思–自动协商.具体传输过程为,发送数据时,网卡首先侦听介质上是否有载波(载波由电压指示),如果有,则认为其他站点正在传送信息,继续侦听介质.一旦通信介质在一定时间段内(称为帧间缝隙IFG=9.6微秒)是安静的,即没有被其他站点占用,则开始进行帧数据发送,同时继续侦听通信介质,以检测冲突.在发送数据期间,如果检测到冲突,则立即停止该次发送,并向介质发送一个“阻塞”信号,告知其他站点已经发生冲突,从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据,并等待一段随机时间(CSMA/CD确定等待时间的算法是二进制指数退避算法).在等待一段随机时间后,再进行新的发送.如果重传多次后(大于16次)仍发生冲突,就放弃发送.接收时,网卡浏览介质上传输的每个帧,如果其长度小于64字节,则认为是冲突碎片.如果接收到的帧不是冲突碎片且目的地址是本地地址,则对帧进行完整性校验,如果帧长度大于1518字节(称为超长帧,可能由错误的LAN驱动程序或干扰造成)或未能通过CRC校验,则认为该帧发生了畸变.通过校验的帧被认为是有效的,网卡将它接收下来进行本地处理.问:造成以太网MAC和PHY单片整合难度高的原因是什么?答:PHY整合了大量模拟硬件,而MAC是典型的全数字器件.芯片面积及模拟/数字混合架构是为什么先将MAC集成进微控制器而将PHY留在片外的原因.更灵活、密度更高的芯片技术已经可以实现MAC和PHY的单芯片整合.问: 网卡上除RJ-45接口外,还需要其它元件吗?答:PHY和MAC是网卡的主要组成部分,网卡一般用RJ-45插口,10M网卡的RJ-45插口也只用了1,2,3,6四根针,而100M或1000M网卡的则是八根针都是全的.除此以外,还需要其它元件,因为虽然PHY提供绝大多数模拟支持,但在一个典型实现中,仍需外接6,7只分立元件及一个局域网绝缘模块.绝缘模块一般采用一个1:1的变压器.这些部件的主要功能是为了保护PHY 免遭由于电气失误而引起的损坏.另外,一颗CMOS制程的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V的(这取决于芯片的制程和设计需求),但是这样的信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失.而且如果外部网线直接和芯片相连的话,电磁感应(打雷)和静电,很容易造成芯片的损坏.再就是设备接地方法不同,电网环境不同会导致双方的0V电平不一致,这样信号从A传到B,由于A 设备的0V电平和B点的0V电平不一样,这样会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备.为了解决以上问题Transformer(隔离变压器)这个器件就应运而生.它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端.这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号,隔断了信号中的直流分量,还可以在不同0V电平的设备中传送数据.隔离变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的.也起到了防雷感应(我个人认为这里用防雷击不合适)保护的作用.有些朋友的网络设备在雷雨天气时容易被烧坏,大都是PCB设计不合理造成的,而且大都烧毁了设备的接口,很少有芯片被烧毁的,就是隔离变压器起到了保护作用.隔离变压器本身是个被动元件,只是把PHY的信号耦合了到网线上,并没有起到功率放大的作用.那么一张网卡信号的传输的最长距离是谁决定的呢?一张网卡的传输最大距离和与对端设备连接的兼容性主要是PHY决定的.但是可以将信号送的超过100米的PHY其输出的功率也比较大,更容易产生EMI的问题.这时候就需要合适的Transformer与之配合.作PHY的老大公司Marvell的PHY,常常可以传送180~200米的距离,远远超过IEEE的100米的标准.RJ-45的接头实现了网卡和网线的连接.它里面有8个铜片可以和网线中的4对双绞(8根)线对应连接.其中100M的网络中1,2是传送数据的,3,6是接收数据的.1,2之间是一对差分信号,也就是说它们的波形一样,但是相位相差180度,同一时刻的电压幅度互为正负.这样的信号可以传递的更远,抗干扰能力强.同样的,3,6也一样是差分信号.网线中的8根线,每两根扭在一起成为一对.我们制作网线的时候,一定要注意要让1,2在其中的一对,3,6在一对.否则长距离情况下使用这根网线的时候会导致无法连接或连接很不稳定.现在新的PHY支持AUTO MDI-X功能(也需要Transformer支持).它可以实现RJ-45接口的1,2上的传送信号线和3,6上的接收信号线的功能自动互相交换.有的PHY甚至支持一对线中的正信号和负信号的功能自动交换.这样我们就不必为了到底连接某个设备需要使用直通网线还是交叉网线而费心了.这项技术已经被广泛的应用在交换机和SOHO路由器上.在1000Basd-T网络中,其中最普遍的一种传输方式是使用网线中所有的4对双绞线,其中增加了4,5和7,8来共同传送接收数据.由于1000Based-T网络的规范包含了AUTOMDI-X功能,因此不能严格确定它们的传出或接收的关系,要看双方的具体的协商结果.一片网卡主要功能的实现就基本上是上面这些器件了.其他的,还有一颗EEPROM芯片,通常是一颗93C46.里面记录了网卡芯片的供应商ID,子系统供应商ID,网卡的MAC地址,网卡的一些配置,如SMI总线上PHY的地址,BOOTROM的容量,是否启用BOOTROM引导系统等东西.很多网卡上还有BOOTROM这个东西.它是用于无盘工作站引导操作系统的.既然无盘,一些引导用必需用到的程序和协议栈就放到里面了,例如RPL,PXE等.实际上它就是一个标准的PCI ROM.所以才会有一些硬盘写保护卡可以通过烧写网卡的BootRom来实现.其实PCI设备的ROM是可以放到主板BIOS里面的.启动电脑的时候一样可以检测到这个ROM并且正确识别它是什么设备的.AGP在配置上和PCI很多地方一样,所以很多显卡的BIOS也可以放到主板BIOS里面.这就是为什么板载的网卡我们从来没有看到过BOOTROM的原因.最后就是电源部分了.大多数网卡现在都使用3.3V或更低的电压.有的是双电压的.因此需要电源转换电路.而且网卡为了实现Wake on line功能,必须保证全部的PHY和MAC的极少一部分始终处于有电的状态,这需要把主板上的5V Standby电压转换为PHY工作电压的电路.在主机开机后,PHY的工作电压应该被从5V转出来的电压替代以节省5V Standby的消耗.(许多劣质网卡没有这么做).有Wake on line功能的网卡一般还有一个WOL的接口.那是因为PCI2.1以前没有PCI设备唤醒主机的功能,所以需要着一根线通过主板上的WOL的接口连到南桥里面以实现WOL的功能.新的主板合网卡一般支持PCI2.2/2.3,扩展了PME#信号功能,不需要那个接口而通过PCI 总线就可以实现唤醒功能.我们现在来看两个图MAC和PHY分开的以太网卡MAC和PHY集成在一颗芯片的以太网卡上图中各部件为:①RJ-45接口②Transformer(隔离变压器)③PHY芯片④MAC芯片⑤EEPROM⑥BOOTROM插槽⑦WOL接头⑧晶振⑨电压转换芯片⑩LED指示灯网卡的功能主要有两个:一是将电脑的数据封装为帧,并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;二是接收网络上其它设备传过来的帧,并将帧重新组合成数据,发送到所在的电脑中.网卡能接收所有在网络上传输的信号,但正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧,将其余的帧丢弃.然后,传送到系统CPU做进一步处理.当电脑发送数据时,网卡等待合适的时间将分组插入到数据流中.接收系统通知电脑消息是否完整地到达,如果出现问题,将要求对方重新发送.问:10BaseT和100BaseTX PHY实现方式不同的原因何在?答:两种实现的分组描述本质上是一样的,但两者的信令机制完全不同.其目的是阻止一种硬件实现容易地处理两种速度.10BaseT采用曼彻斯特编码,100BaseTX采用4B/5B编码. 问:什么是曼彻斯特编码?答:曼彻斯特编码又称曼彻斯特相位编码,它通过相位变化来实现每个位(图2).通常,用一个时钟周期中部的上升沿表示“1”,下降沿表示“0”.周期末端的相位变化可忽略不计,但有时又可能需要将这种相位变化计算在内,这取决于前一位的值.问:什么是4B/5B编码?答:4B/5B编码是一种块编码方式.它将一个4位的块编码成一个5位的块.这就使5位块内永远至少包含2个“1”转换,所以在一个5位块内总能进行时钟同步.该方法需要25%的额外开销.问:网卡的MAC和PHY间的关系?答:网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层,物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口.物理层的芯片称之为PHY.数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能.以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC 控制器.很多网卡的这两个部分是做到一起的.他们之间的关系是pci总线接mac总线,mac 接phy,phy接网线(当然也不是直接接上的,还有一个变压装置).PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的.通过IEEE定义的标准的MII/GigaMII(Media Independed Interfade,介质独立界面)界面连接MAC和PHY.这个界面是IEEE定义的.MII 界面传递了网络的所有数据和数据的控制.ETHERNET的接口实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程.问:网线上传输的是模拟信号还是数字信号?答:是模拟信号.因为它传出和接收是采用的模拟的技术.虽然它传送的信息是数字的(并不是传送的信息是数字的信号就可以叫做数字信号).简单的例子:我们知道电话是模拟信号,但是当我们拨号上网的时候,电话线里传送的是数字信息,但信号本身依旧是模拟的.然而ADSL同样是通过电话线传送的,却是数字信号.这取决于它传出和接受采用的技术.问:若操作系统没有加载网卡驱动,网卡虽然在系统设备树上,但网卡接口创建不了,那网卡实际能不能接收到数据?答:这里面有很多细节, 我根据Intel网卡的Spec大概写了写, 想尽量写的通俗一些,所以没有刻意用Spec里的术语,另外本文虽然讲的是MAC/PHY,但光口卡的(SERDES)也是类似的.1.PCI设备做reset以后进入D0uninitialized(非初始化的D0状态, 参考PCI电源管理规范),此时网卡的MAC和DMA都不工作,PHY是工作在一个特殊的低电源状态的;2.操作系统创建设备树时,初始化这个设备,PCI命令寄存器的 Memory Access Enableor the I/O Access Enable bit会被enable, 这就是D0active.此时PHY/MAC就使能了;3.PHY被使能应该就可以接收物理链路上的数据了,否则不能收到FLP/NLP, PHY就不能建立物理连接.但这类包一般是流量间歇发送的;4.驱动程序一般要通过寄存器来控制PHY, 比如自动协商speed/duplex, 查询物理链路的状态Link up/down;5.MAC被使能后, 如果没有驱动设置控制寄存器的一个位(CTRL.SLU )的话, MAC和PHY是不能通讯的, 就是说MAC不知道PHY的link已经ready, 所以收不到任何数据的.这位设置以后, PHY完成自协商, 网卡才会有个Link change的中断,知道物理连接已经Link UP了;6.即使Link已经UP, MAC还需要enable接收器的一个位(RCTL.RXEN ),包才可以被接收进来,如果网卡被reset,这位是0,意味着所有的包都会被直接drop掉,不会存入网卡的 FIFO.老网卡在驱动退出前利用这位关掉接收.Intel的最新千兆网卡发送接收队列的动态配置就是依靠这个位的,重新配置的过程一定要关掉流量;7.无论驱动加载与否, 发生reset后,网卡EEPOM里的mac地址会写入网卡的MAC地址过滤寄存器, 驱动可以去修改这个寄存器,现代网卡通常支持很多MAC地址,也就是说,MAC地址是可以被软件设置的.例如,Intel的千兆网卡就支持16个单播 MAC地址,但只有1个是存在EEPROM里的,其它是软件声称和设置的;8.但如果驱动没有加载,网卡已经在设备树上,操作系统完成了步骤1-2的初始化,此时网卡的PHY应该是工作的,但因为没有人设置控制位(CTRL.SLU)来让MAC和PHY 建立联系,所以MAC是不收包的.这个控制位在reset时会再设置成0;9.PHY可以被软件设置加电和断电, 断电状态除了接收管理命令以外,不会接收数据.另外,PHY还能工作在Smart Power Down模式下,link down就进入省电状态; 10.有些多口网卡,多个网口共享一个PHY, 所以BIOS里设置disbale了某个网口, 也未必会把PHY的电源关掉,反过来,也要小心地关掉PHY的电源;11.要详细了解PHY,最终还是要熟悉IEEE以太网的相关协议.。

最新第九章-以太网以太网MAC及其物理层课件ppt

最新第九章-以太网以太网MAC及其物理层课件ppt
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9.6.3 以太网定时
比特时间 不管介质速度如何,将比特发送到介质并在介质
上侦听到它都需要一定的时间。这段时间称为比 特时间
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9.6.3 以太网定时
碰撞槽时间 每种介质需要检测冲突的最大时间 碰撞槽时间是一个确定有多少设备可以共享网络
的重要参数。 碰撞槽时间按照约定的最大网络体系结构上的最
妇人杂病脉证并治第二十二
二、热入血室
妇人中风,七八日续来寒热,发作有时,经水适断,
此为热入血室,其血必结,故使如虐状,发作有时,
小柴胡汤主之。(原文第1条)
妇人伤寒发热,经水适来,昼日明了,暮则谵语,
如见鬼状者,此为热入血室,治之无犯胃气及上二
焦,必自愈。(原文第2条)
妇人中风,发热恶寒,经水适来,得之七八日,热
第九章-以太网以太网 MAC及其物理层
9.6.2 CSMA/CD过程
载波侦听 多路访问 冲突检测 堵塞信号和随机回退
- 6-
9.6.2 CSMA/CD过程
1. 载波侦听 要发送报文的所有网络设备在发送之前必须侦听 如果设备检测到来自其它设备的信号,就会等待
指定的时间后再尝试发送。 没有检测到通信时,设备将发送其报文并继续侦
继续
妇人杂病脉证并治第二十二
温经汤证3
7.运用: ①月经不调,逾期不止,或行经腹绵绵作痛 者; ②赤白带下,带下清稀,或见腰痛足冷,大 便溏泻者; ③因冲任虚损致崩中漏下,或妊娠下血,胎 动不安,或素有滑胎者; ④平素脾肾阳衰,下焦虚冷,证见腹冷腰酸 而久不受孕者。 此外,本方对于年老妇人因瘀血而致下利日 久的,亦颇有效。
电缆可以到达的距离。 集线器也称为多端口中继器,它将收到的数据信

以太网原理通俗易懂图文说明PPT课件

以太网原理通俗易懂图文说明PPT课件

含义
Length/T > 1500 代表了该帧的类型 Length/T <= 1500 代表了该帧的长度
第5页/共44页
以太网原理---CSMA/CD
以 太 网 原 理 ---CSMA/CD
• CS:载波侦听。 • 在发送数据之前进行监听,以确保线路空闲,减少冲突的机会。
• MA:多址访问。 • 每个站点发送的数据,可以同时被多个站点接收。
由硬件asic实现转发路由算法最长匹配第一包路由以后做精确匹配包转发率低高命中或者更低没命中成本高低对路由变化的适应能力强弱二层交换不支持支持低端的路由器和l3的区别华为机密未经许可不得扩散文档密级
引入
• 我们知道局域网包含以太网,令牌环和令牌总线等等, 这些技术当中以太网技术以其简明高效的特点逐渐占 据了主导地位,所以以下课程单独讲以太网技术。
• 但VLAN技术也有缺点:
• 使用VLAN来划分网络后,网络的效率提高不少,可是本来不需要相互 访问的两个部门,现在又要少量的访问需求,该怎么办到呢?
我有个办法,你看行吗—— 让VLAN只限制 广播报文,不限制单播报文!
第28页/共44页
解决办法(一)
解 决办法 (一)
使用路由器连接不同的VLAN
第12页/共44页
由HUB组建以太网的实质
由 HUB组 建 以 太 网 的实质
• 实际上网络中由HUB组建以太网,仍然存在以下缺陷: • 冲突严重; • 广播泛滥; • 无任何安全性。
由HUB组建以太网,依然是一种共享式以太网。
第13页/共44页
L2工作模型
L2工 作 模 型
(BRIDGE/以太网交换机/L2) 设备工作模型:
• 为什么L3不增强对路由变化的适应能力? • 答:必须使用更昂贵的CUP,成本增高。

以太网系统中物理部件的功能及其应用

以太网系统中物理部件的功能及其应用

层器件是将 以太网中各节点 ( 站
点) 设备连接到物理介质上不可缺少 的 关键部件。在开放式互连 ( S) OI 参考模 型中 将系统 问互 连所要执 行的全部 通信功能按一定原则划入其七个功能层
中。
般来说中继器是形成碰撞域 的核
心 ,I E0 . 规范 了两类中继器拓扑 E 8 23 E u 结构 .按拓扑结构规则分为 l 中继器 类 和 l 中继器。而两种类型中继器不允 1 类 许在同一碰撞域网络中使用 即不能混
来 ,实现 网段 内数据的
传输、网段 问数据的传 输及数据帧在 多节点问
的传输 。
网桥的基本功能框
图如 图所示 。
其工作过程是 :首 厨桥 本 的基 功艟框 图
世 界 仪 表 与 自 动 化



维普资讯
以 太网系 统中物理部件的 及其应用 功能
能。
M C地址在 M C地址表 中处于同一个 A A 端 1时.执行过滤操作:否则执行转发 3 操作。而对于广播帧和多播帧 则要将 此数据帧转发到所有端 1、节点或一个 3 节点的子集。
网桥是 多设备端 1 从上述功能分 3
于O l s 参考模型七层结构的第二层 ( 链 路层 ) 设备 .因此它操作的不是数据包 而是成帧的数据。以太网网桥对于帧信 号的操作包括帧信号的收 /发、帧信号 内各区域的识别、解释 .并且” 散列” 出 节点M C A 地址并将其记录到相关的节点 M C地址表中。 A
析可看 出其硬 件组成至少应包括 C U P、
R AM

E P E ROM

转发与过滤控制机构和
通过网桥的各端 1可将同一类型的 3

以太网原理MAC和PHY

以太网原理MAC和PHY

以太网原理MAC和PHY以太网是一种局域网(LAN)技术,用于在计算机之间传输数据。

以太网原理包括物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)两个部分。

物理层(PHY)是以太网技术的底层,负责将传输的数据转化为电信号,并在网络中传输和接收数据。

PHY负责处理传输介质、传输速率等物理层面的细节。

MAC层是以太网技术的上层,负责管理和控制网络中的通信。

MAC层协议定义了数据的传输方式、帧结构、帧格式等规范,以确保数据的可靠传输和有效利用。

在以太网中,数据被分割成一系列的帧(Frame),每个帧由MAC层添加标识符和校验码,并传输到物理层。

物理层将数据转化成电信号,并通过传输介质(如双绞线、光纤等)传输到目标计算机。

PHY层通过一系列的电器和电子设备来处理数据的传输。

这些设备包括编码器、解码器、物理传输媒介、放大器等。

编码器和解码器负责将数据转化为电信号和相反的操作,物理传输媒介负责在不同的介质中传输数据,放大器用于增强信号的强度。

当数据传输到目标计算机后,物理层将电信号转化为数据,并传递给MAC层处理。

MAC层根据帧的标识符和校验码来验证数据的完整性和正确性,并将其传递给上层应用程序。

MAC层还负责管理和控制网络中的通信。

为了避免数据冲突,以太网采用了一种称为“载波侦听多址接入/碰撞检测”(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,CSMA/CD)的协议。

该协议允许多个计算机同时发送数据,但如果检测到冲突,则发送方会停止发送,等待一段随机时间后重新发送。

以太网的传输速率通常用Mbps(兆位每秒)来衡量,常见的速率有10Mbps、100Mbps和1000Mbps(即千兆以太网,也被称为千兆网)。

总结起来,以太网的原理包括物理层(PHY)和媒体访问控制层(MAC)两个部分。

PHY层负责将数据转化为电信号,并在物理介质上传输和接收数据。

MAC层负责管理和控制网络中的通信,确保数据的可靠传输和有效利用。

以太网知识讲座物理层器件

以太网知识讲座物理层器件

以太网知识讲座()——物理层器件以太网知识讲座(3)——物理层器件2010-05-2513:24(天津光电通信产业集团恒光科技有限公司;天津300211)摘要:系统地介绍了以太网的基本要领介质接入控制和物理层标准规范,以太网信号的帧结构、网络硬件设备、网络组成及主要性能,以及以太网信号在PDH、SDH/SONET中的传输等等。

由于以太网中的各种设备必需通物理层接口器件才能与网络传输介质相连,因此本部分主要介绍物理层器件。

关键词:以太网;物理层;接口1物理层器件物理层器件(PHY:Physical Layer Interface Devices)是将各网元连接到物理介质上的关键部件。

负责完成互连参考模型(OSI)第I层中的功能,即为链路层实体之间进行bit传输提供物理连接所需的机械、电气、光电转换和规程手段。

其功能包括建立、维护和拆除物理电路,实现物理层比特(bit)流的透明传输等。

通常物理层的功能均被集成在一个芯片之中,但有的芯片也将部分链路层的功能集成进来,如物理介质接入控制(MAC:Media Access Con-brol)子层的功能等。

其MAC/Repeater接口在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下有10/100MII、100M符号、10M串行和链路脉冲几种模式。

1.1PHY的结构如图1所示,物理层包括四个功能层和两上层接口。

两个层接口为物理介质无关层接口(MII)和物理介质相关层接口(MDI),在MII的上层是逻辑数据链路层(DLL),而MDI的下层则直接与传输介质相连。

以下对四个功能层和两个层接口分别进行介绍。

1.2MIIMII满足ISO/IEC8802-3和IEEE802.3标准的要求,支持以太网数据传输的速率为10Mbit/s,100Mbit/s、1000Mbit/s和10Gbit/s,有对应的运行时钟。

MII接口主要由与链路层之间的端口(MAC-PHY)和与站管理实体(STA:Station Management Entity)之间的端口(STA-PHY)两部分组成。

以太网 物理层

以太网 物理层

6
表示
5
通信控制
4
传输
3
仲裁
2 以太网成帧&数据保护
1
比特位传输
CB1e_2_Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.919
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
HTTP, FTP, TFTP SNMP, SNTP, …
TCP / UDP IP
以太网
2-4
举例:点对点通信
7
Application
6
Presentation
CB1e_2_L1.919
2-13
双绞线分类
性能类别 1类线
规格(AWG) 性能
各种
低于1MHz
2类线
22和24
1MHz
3类线
22和24
16MHz
4类线
各种
20MHz
5类线
各种
100MHz
6类线 7类线
各种 各种
250MHz 600MHz
典型应用
模拟语音级,ISDN基本速率接口,要求 小 于1Mbps的其他应用
DSC
LC(用于千兆网络,接口小巧)
Industry connectors for IP 67
LC
M12 for F/O
其它带保护套的连接方式
CB1e_2_L1.919
2-26
IP 防护等级
CB1e_2_L1.919
2-27
连接器和终端设 备必须符合特定 的防护等级以满 足防尘和防水要 求——即IP防护 等级 (IP = International Protection)
CB1e_2_L1.919
2-7
以太网: 同轴电缆10BASE2

以太网基础知识ppt课件

以太网基础知识ppt课件
CD:冲突检测。 边发送边检测,发现冲突就停止发送,然后延迟一个随机时间之后继续 发送。
冲突的检测: 由于两个站点同时发送信号,经过叠加后,会使线路上电压的摆动值
超过正常值一倍。据此可判断冲突的产生。
文档密级:内部公开
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7
以太网基本技术-CSMA/CD
共享介质的灵魂-CSMA/CD(带碰撞检测的载波监听多路访问)原理:
一次最重要的革命。 提高灵活性和降低了成本,而且引入全双工模式。 全双工的出现,加大了带宽利用率,使走出了CSMA/CD的模式。
文档密级:内部公开
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14
HUB工作模型
HUB设备工作模型:
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
HUB
物理层
物理层Biblioteka 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 链路层 物理层
仅仅是物理上的连接设备
文档密级:内部公开
精选编辑ppt
15
HUB工作原理
HUB设备工作原理:
1
IN
2
OUT
3
OUT
4
OUT
5
OUT
所有的HUB都是半双工的 HUB仅仅改变了以太网的物理拓扑
精选编辑ppt
10
原始社会的主要矛盾
原始社会中没有阶级关系,所有的主机都以平等的地位连接到 同轴电缆上,但如果以太网中主机数目较多,则存在以下严重 问题:
♀ 介质可靠性差 ♀ 冲突严重 ♀ 广播泛滥 ♀ 无任何安全性
文档密级:内部公开
其中介质可靠性差是原始社会的主要社会矛盾。
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11
★ 奴隶社会
文档密级:内部公开
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以太网知识讲座(3)—物理层器件

以太网知识讲座(3)—物理层器件

逻 辑数 据链路层 (L ) D L,
而 MD 的下 层 则 直 接 与 I
传 输 介 质相 连 。
以 下 对 四 个 功 能 层

( i 流 的透 明传 输 等 。 bt ) 通 常 物 理 层 的 功 能 均 被 集 成 在 一 个 芯 片 之 中 , 有 的芯 片也 将 部 分 链 路 层 的功 能 集 成 进 来 , 但 如 物 理 介 质 接 入 控 制 ( C: da A c s C n MA Me i c es o — t 1 子 层 的 功 能 等 。其 MA / e etr 口在 l r) o C R p ae 接 0
12 1 MAC—P Y 端 口 .. Hf
这是 MA C与 P Y器 件 之 间 的接 口, 括 同步 H 包 收 发接 口和介 质状 态 控 制接 口 。 介质 状 态控 制 接 在
E 中有 载波 读 出信 号( R : ar rS ne Sg a) l C SC r e e s in 1和 i 碰撞 检 测信 号 (O :o i o eet n Sg a) 。 C LC ls n D tci in 等 li o 1
122 S . . TA—PHY 端 口
王 廷 免 < l
) 男 ,9 3年 毕 业 于 内 蒙 古 大 学 , : l6
现任天津恒先科 技有瞎公 司高鼓 -程 师。 r _
马 克 j ( 9 3 : ,9 5年 毕 业 于 西安 电 子 科 技 . 1 6 一) 另 l8 L 大 学, 现任 天 牵扭 光科技有 限公 司甚 经理 。 主 持 开 发 研 了 多种 竞 通 信 产 品 并 在 公 司 内成
收稿 1 " 0 1 1 — 1 3期 2 0 — 2 2

物理层

物理层

物理编码子层
• 2. PCS接收子层 PCS接收子层主要完成以下功能: a.串/并变换; b.载波检测; c.4B/5B或Manchester译码; d.码组成帧。 即PCS接收子层状态机连续接收从PMA 来的数据,将其由串行变换为并行,以及 成帧和译码,之后送到MAC/Pepeater接口。
物理编码子层
物理编码子层
• 每个MAC/Repeater帧的前16nib(16×4=64bit) 表示帧前序(Frame Preamble)。PCS将前 两个nib用数据流起始标帜符/J/K/代替,并 在帧结束时加入数据流结束标帜符/T/R/, 用于表示包的结束(ESD:End-of-Stream Delimiter)。4B/5B编码器同样在包之间充满 间隔空信号(Idle Period)。用间隔空(Idle) 符号实现数据流的连续性。编码后的符号 送入后面的扰码器。
物理介质连接子层
• 1. PMA发送子层 PMA发送子层(PMA Transmit Sublayer) 从PCS子层接收串行比特流并且将其变换为 NRZI格式,然后将其送入物理介质相关子层 (PMD)。 PMA使用数字锁相环(PLL)合成技术, 从时钟标准接口得到需要发送的时钟脉冲, 并根据标准时钟接口的安排,得到不同的 发送时钟值。
物理介质相关子层
• 1 数据流的扰码器/解扰器 通常,数字传输系统的鲁棒性 (Robustness)依赖于数字信号源的统计特 性。例如,接收时钟是从接收数据提取得来 的,长串“0”和“1”可能引起同步的丢失。为了 使定时恢复电路处于同步状态,数据信号必须 包含足够多的跃变沿。 IEEE 802.3u协议允许出现一些重复的数 据图形,这些重复的图形在线路信号的功率频 谱密度分布中出现能量峰值,其不连续的频谱 分量是有害的,必须将其抑制掉。

以太网知识讲座(2)—以太网介质接入控制方法和物理层性能标准规范

以太网知识讲座(2)—以太网介质接入控制方法和物理层性能标准规范

备 、 络 组 成 及 主 要 的 性 能 , 及 以太 网 信 号 在 P 网 以 DH、D S E 中 的 传 输 等 等 。本 部 分 为 介 质 接 人 控 制 方 法 和 S H/ ON T 物 理 层 性 能 的 标 准 规 范 。 介 质 接 人控 制 方 法 方 面 介 绍 了 半 双 工 和 全 双 工 以 太 网 两 种 工 作 模 式 , 物 理 层 性 能 标 在 在
在 以太 网 中, 个 节 点 都 必 须 通 过 中 继 器 ( . 每 Re
p ae rE h me) 网 络 进 行 连 接 , 继 器 内 部 呈 e tr o te t 与 中
总 线 结 构 , 外 部 呈 星 型 拓 扑 结 构 。对 于半 双 工 工 而 作 模 式 的 以太 网来 说 , 是 与 中 继 器 连 接 的众 多节 就 点 共 享 中 继 器 内部 总 线 的介 质 。 因此 , 享 介 质 的 共 接 入 是 通 过 每 个 节 点 中 的介 质 接 入 控 制 器 ( C: MA

种 功 能 。 此对 众 多 节 点 共享 同一 介 质 的 网络 , 因 需
要 采 用某 种 规 则 ,以对 节 点 发 送 信 息 的 时 机 进 行控 制 , 免 发生 冲突 ( 撞 ) 避 碰 。半 双工 以太 网 MAC的方 法 遵 循 了 I E 8 23与 I0 I C 8 2 3标 准 规 范 , E E0. S /E 8 0 —
作 者 简 介
111 半 双 工 以 太 网 C MA/ D 接 入 协 议 .. S C
8王廷尧( 3- : 1 3 1 7 )男, 6 年毕业于内蒙古大学, l 9 9 9 现任天津恒光科技有限公司高级工程师。 8马克诚( 6一 : 18 年毕业于西安电子科技 l 1 3 )男, 5 9 9 l 大学, 现任天津恒光科技有限公司总经理, l 主

以太网知识讲座_7_以太网的传输介质

以太网知识讲座_7_以太网的传输介质

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作者简介 王廷尧 ($%!&’ ) : 男, 现 $%(! 年 毕 业 于 内 蒙 古 大 学 , 任天津恒光科技有限公司高级工程师。 马克诚 ($%(!’ ) : 男, $%)* 年毕业于西 安 电 子 科 技 大 学, 现任天津恒光科技有限公司总经理, 主持开 发研制了多种光通信产品并在公司内成批投产。
天 津 通 信 技 术
I>>8 年
(! ) 串音 串音性能分“远端串 音” 和 “近端串音” 两种。 “远端串音” 是同一传输方 向上各线对间的串音, 而 “近端串音” 则是在同一电 缆内双向传输在近端产生 的串音。 (") 介质强度 这一参数是同轴电缆 必需要求的。 测量介质强度 时需将电压加在内导线和 护套的外导体之间, 对每个 制造长度都应进行测量。 (#) 绝缘电阻 绝缘电阻是同轴内外导体之间的绝缘电阻, 是 同轴电缆必须测量的。
!"#"#
同轴电缆
同轴电缆在轴心线上有一个中心导体, 外围是 一个管状导体 (可以是金属丝编织网、 金属箔或者 两者并用) , 管状导体与中心导体是同心的, 在两者 之间用绝缘材料进行隔离, 同轴电缆的最外层是绝 缘外护套。 对于有特殊要求的同轴电缆还需要按要 求进行铠装。 同轴电缆有较宽的带宽,可以用于传输数据、 话音、 视频等各种信息, 以及多媒体信息。 同轴电缆的种类包括粗同轴电缆 ((*+,-.&/ 、 细同轴电缆 ((*+..&/ ,0$1+$2 ,$32&) 、 ,0$1+$2 ,$32&)

以太网标准和物理层及数据链路层专题

以太网标准和物理层及数据链路层专题

资料编码产品名称使用对象产品版本编写部门资料版本以太网标准和物理层、数据链路层专题拟制:日期:审核:日期:审核:日期:批准:日期:华为技术有限公司版权所有侵权必究修订记录目录1以太网标准 (5)1.1以太网标准 (5)1.2IEEE标准 (5)1.3物理层 (8)1.3.1以太网接口类型 (8)1.3.2电口 (8)1.3.3光口 (11)1.4FE自协商 (12)1.4.1自协商技术的功能规范 (13)1.4.2自协商技术中的信息编码 (14)1.4.3自协商功能的寄存器控制 (16)1.4.4GE自协商 (18)1.5物理层芯片和MAC层芯片接口简介 (19)1.5.1MII (19)1.5.2MDIO管理寄存器 (20)1.5.3RMII (20)1.5.4SMII (21)1.5.5SS-SMII (21)1.5.6GMII (22)1.5.7TBI (22)2以太网数据链路层 (23)2.1以太网的帧格式 (23)2.2以太网的MAC地址 (25)2.3CSMA/CD算法 (26)2.3.1CSMA/CD发送过程 (27)2.3.2CSMA/CD如何接收 (28)2.4半双工以太网的限制 (31)2.5以太网流量控制 (34)2.5.1反压(Backpressure) (34)2.5.2PAUSE 流控 (34)关键词:以太网物理层数据链路局域网城域网协议标准祯结构摘要:本文详细地阐述了以太网的标准,以太网在各个传输层面的具体结构和工作方式以及控制方式。

缩略语清单:无。

参考资料清单无。

以太网标准和物理层、数据链路层专题1 以太网标准1.1 以太网标准局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机,如在单个建筑或类似校园的集中建筑中。

城市区域网(MAN)是基于10-100Km的大范围距离设计的,因此需要增强其可靠性。

但随着通信的发展,从技术上看,局域网和城域网有融合贯通的趋势。

1.2 IEEE标准IEEE是电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers)的简称,IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。

以太网基本知识PPT课件

以太网基本知识PPT课件
Auto MDI/MDIX--网线的 交叉线和直连线自动转换,一般用途都不用 管这个的;没有这个功能的时候,在使用的时候,就需要注意你所用的网 线是交叉线,还是直线。
8
2021
光纤的结构示意图
9
2021
光纤的结构
纤芯位于光纤中心,直径2a为5~75μm, 作用是传输光波。 包层位于纤芯外层,直径2b为100~150μm,作用是将光波限制在纤芯中
10
2021
ITU-T建议的光纤分类
G.651光纤:渐变多模光纤,工作波长为1.31μm和1.55μm,在1.31μm 处光纤有最小色散,而在1.55μm处光纤有最小损耗,主要用于计算机 局域网或接入网。
G.652光纤:常规单模光纤,也称为非色散位移光纤,其零色散波长为 1.31μm,在1.55μm处有最小损耗,是目前应用最广的光纤。
以太网基本知识
1
2021
以太网分类
按传输介质分
2
2021
双绞线
双绞线 双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成。两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的 程度,每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对双绞线放在一个绝缘套
管中便成了双绞线双电绞缆,线在由局域两网根中常绝用缘双绞铜线导4对线双相绞线互组缠成的绕。而由两成根绝。缘铜两导线根相绝互缠缘绕而的成。铜两根导绝线缘的按铜导一线 定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输 按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波也会被另一根线上发出的电波抵消。把一对或多对
双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆,在局域网中常用双绞线4对双绞线组成的。由两双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕而成

网络系列科普之物理层的实现

网络系列科普之物理层的实现

以太网的物理层实现以太网的媒体访问控制器,物理层编码芯片,介质和MDI接口、信号编码、MII接口引言为了能适应现代信息化社会长距离、高速率和高吞吐量的通讯需求,以太网协议设计了专门的传输介质和传输编码。

作为一个讨论嵌入式产品如何实现网络连接的系列科普文章(兼本人的学习笔记),本章以国际电子电气工程师协会发布的IEEE802.3为基准依据,以以太网具体使用的现状事实为切入点开展叙述。

在IEEE802.3系列协议中,以太网物理层被进一步划分,如图1-2所示:图1-2 以太网物理层的结构设计Linkspeed不同的以太网物理层结构也是不同的。

以百兆为例,可以看出,物理层被划分为PCS(物理编码子层)、PMA(物理媒体访问)、PMD(物理介质关联层接口,这个可选)、AUTONEG(自动协商层,这个也是可选的)这几个子层,我觉得MDI(介质相关接口)和MEDIUM(介质)也可以认为是OSI七层模型中物理层的一部分。

上图的右半部分应该是个集线器之类的东西。

其中PCS、PMA、PMD和AUTONEG功通组成一个完整的物理层芯片,可以看出物理层芯片就是通过MII接口接MAC层,通过MDI接口连接介质这样完成接收波形,解码,校验,编码成MII时序再转发这样一个工作流程。

物理层芯片和MDI接口在搭建嵌入式系统的电路设计中,当今市场上有一系列产品来实现以太网,已经非常便捷。

在这里我将嵌入式设备实现以太网连接分为这么几个组件或设备:媒体访问控制器(即MAC)、物理信号编码芯片(即PHY,或称为物理层芯片)、网络变压器,网口,双绞线四个部分。

本章我们将讨论日常用到的网线,网口连接器,网络变压器,物理信号编码和实现物理信号编码的芯片,不讨论除数据帧之外的各种流控帧,也不讨论半双工模式,而媒体访问控制器将放到下章数据链路层来讨论。

本章只讨论UTP双绞线(即常说的电口连接的铜质缆线)做以太网介质的情况,不讨论光纤。

在实际使用中,10M/100M以太网使用的是两对差分线,而1000M则需要四对差分线。

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以太网知识讲座()——物理层器件以太网知识讲座(3)——物理层器件2010-05-2513:24(天津光电通信产业集团恒光科技有限公司;天津300211)摘要:系统地介绍了以太网的基本要领介质接入控制和物理层标准规范,以太网信号的帧结构、网络硬件设备、网络组成及主要性能,以及以太网信号在PDH、SDH/SONET中的传输等等。

由于以太网中的各种设备必需通物理层接口器件才能与网络传输介质相连,因此本部分主要介绍物理层器件。

关键词:以太网;物理层;接口1物理层器件物理层器件(PHY:Physical Layer Interface Devices)是将各网元连接到物理介质上的关键部件。

负责完成互连参考模型(OSI)第I层中的功能,即为链路层实体之间进行bit传输提供物理连接所需的机械、电气、光电转换和规程手段。

其功能包括建立、维护和拆除物理电路,实现物理层比特(bit)流的透明传输等。

通常物理层的功能均被集成在一个芯片之中,但有的芯片也将部分链路层的功能集成进来,如物理介质接入控制(MAC:Media Access Con-brol)子层的功能等。

其MAC/Repeater接口在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下有10/100MII、100M符号、10M串行和链路脉冲几种模式。

1.1PHY的结构如图1所示,物理层包括四个功能层和两上层接口。

两个层接口为物理介质无关层接口(MII)和物理介质相关层接口(MDI),在MII的上层是逻辑数据链路层(DLL),而MDI的下层则直接与传输介质相连。

以下对四个功能层和两个层接口分别进行介绍。

1.2MIIMII满足ISO/IEC8802-3和IEEE802.3标准的要求,支持以太网数据传输的速率为10Mbit/s,100Mbit/s、1000Mbit/s和10Gbit/s,有对应的运行时钟。

MII接口主要由与链路层之间的端口(MAC-PHY)和与站管理实体(STA:Station Management Entity)之间的端口(STA-PHY)两部分组成。

1.2.1MAC-PHY端口这是MAC与PHY器件之间的接口,包括同步收发接口和介质状态控制接口。

在介质状态控制接口中有载波读出信号(CRS:Carrier Sense Signal)和碰撞检测信号(COL:Collision Detection Signal)等。

1.2.2STA-PHY端口STA-PHY作为MII接口的一部分,用于在STA和PHY器件之间交换有关控制、状态和配置方面的信息。

为此,ISO/IEC、IEEE规范了这个双线串行管理接口的相关协议及管理信息帧的结构和管理寄存器的标准。

(1)管理寄存器按标准,管理寄存器集(Management Registerset)包括强制性“基本控制”寄存器(Mandatory“Basic Control”Registers)、状态寄存器(Status Re-gisters)和专用扩展寄存器ICS(Specifie Extended Registers)几部分。

(2)管理信号帧结构管理接口是一个双向串行接口,用于交换PHY与STA之间的配置、控制和状态数据,利用定义的寄存器集实现PHY和STA的数据交换。

STA可以启动所有的处理功能。

ISO/IEC、IEEE对串行管理数据流定义了相关管理帧结构和协议(管理信号帧的结构已在第一讲中讨论)。

1.3物理编码子层物理编码子层(PCS)有两个对外接口,一是与MII的接口,二是与物理介质连接子层(PMA:Physical Medium Attachment Sublayer)的接口。

PCS子层遵循ISO/IEC8802.3和IEEE 802.3标准,功能包括对信号的编译码、收发处理、管理和控制等。

这里可用100Base-TX速率来讨论PCS子层要完成的功能。

1.3.1PCS在100Mbit/s与10Mbit/s下的工作模式一般称10Base-T为以太网,10Base-TX为快速以太网,两者信号的速率,执行的协议以及采用的传输介质均有所不同。

PCS子层对于10Base-TX信号进行4B/5B编译码、扰码(Serambled)和MLT-3编码,将信号交换为62.5MHz的三元数据,然后通过隔离变压器送入5类双绞线电缆或者比5类双绞线电缆更好地电缆线路中传输。

对于10Base-T信号则需进行曼乇斯特(Manchester)编译码和相关的处理。

对10Base-TX信号和10Base-T信号处理的功能比较如表1所示。

1.3.2PCS发送子层这里讨论10Mbit/s和100Mbit/s两种情况。

PCS发送子层的功能是编码、碰撞检测与并/串变换等。

(1)100Mbit/s PCS发送子层PCS发送10Base-TX的数据需要进行4B/5B编码,即是将4bit数据组成的奈培(nib)变换成由5bit数据组成的码字。

4B/5B编码的目的就是将数据包的起始符、帧结束、空载与控制功能等符号都编成码组进行传输。

将4B码的nib映射入5B码字的过程是按IEEE802.3标准规范进行的。

每个MAC/Repeater帧的前16nib(16×4=64bit)表示帧前序(Frame Preamble)。

PCS将前二个nb用数据流起始标帜符/J/K/代替,并在帧结束时加入数据流结束标帜符/T/R/,用于表示包的结束(ESD:End-of-Stream Delimiter)。

4B/5B编码器同样在包之间充满间隔空信号(Idle Period)。

用间隔空(Idle)符号实现数据流的连续性。

表2即是4B/5B编码表。

编码后的符号送入后面的扰码器。

PCS发送的子层4B/5B编码,有32种5bit的编码组合,其中16种5bit组合用于表示原16捉nib(4bit)的组合;另16种5bit组合,IEEE标准定义了6种用于控制使用的组合,还有10种认为非法的组合。

IEEE定义的6种控制码组是:a./H/表示一个发送差错;b./I/表示一个IDLE空载;c.两个码组表示数据流启始标帧符(SSD);d./J/和/K/;e.两个码组表示数据流结束标帜符(ESD);f./T/和/R/;(2)10Mbit/s的PCS发送子层按ISO/IEC、IEEE标准的要求,10Mbit/s的PCS发送子层采用Manchester编码,即利用数据与时钟相“异或”,使数据每bit的前一半取数据的补码,后一半取数据的原码,从而保证跃变沿总是发生在每bit的中央处。

Manchester编码器在数据包结束后加入一个起始空脉冲(SOI:Start of Idle Pulse)。

在编码过程中与包之间的间隔则不进行编码,由链路脉冲填充。

Manchester编码过程的时间关系如图2所示。

从MAC/Repeater接口来的4bit的nib流或串行bit流,利用Manchester编码进行编码。

编码的逻辑是:a.二进制NRZ数据“1”当码元(bit)周期前半周期时取负值;当码元(bit)周期后半周期时取正值。

b.二进制NRZ数据“0”当码元(bit)周期前半周期时取正值;当码元(bit)周期后半周期时取负值。

使用Manchester编码的优点,一是每个bit周期可有一编码时钟;二是不必考虑数据本身是“0”还是“1”,增加了数据的跃变沿。

但它的缺点是编码后的数据率增加了一倍。

PCS子层还可完成碰撞检测,即在数据传输和接收同时发生时,需按标准规范和根据工作模式进行处理。

在半双工工作模式下,发生碰撞时产生检测信号(COL:Collision Detection Signal),而在全双工工作模式下,不产生COL。

1.3.3PCS接收子层(1)PCS接收子层的功能PCS接收子层主要完成以下功能:a.串/并变换;b.载波检测;c.4B/5B或Manchester译码;d.码组成帧。

即PCS接收子层状态机连续接收从PMA来的数据,将其由串行变换为并行,以及成帧和译码,之后送到MAC/Pepeater接口。

接收状态机则在接收和数据状态判断之间进行转换并连续这个过程,直到发生下述情况之一时为止:数据流结束标帜符(ESD,即/T/R/符号);有差错发生;过早结束(空号)。

依据ESD,接收状态机返回到Idle状态时,ESD并没有被送入MAC/Pepeater接口,因此检测出的差错将迫使接收状态机宣告接收错,并等待后面符号。

若接收状态机检出“过早结束信号(Prematureend)”,同样也要宣告接收错,而返回Idle状态。

(2)100Mbit/s的PCS接收子层4B/5B译码器4B/5B编码,因此在收端必须利用4B/5B译码器进行译码,即将5B码组映射成4B码。

4B/5B译码器的输入严自解扰器(Descrambler)。

按表3所示,将5bit码组变换为4bit的nib。

4B/5B译码器应首先将SSD帧符(/J/K/符号)拆除并用两个4B数据“5”nb(/5/符号)来代替,对ESD帧符(/T/R/符号)也需被拆除并用两个4B数据“0”nib(/I/符号)代替。

(3)10Mbit/s PCS接收子层Manchester译码Manchester译码器将从双绞线对接收到的Manchester编码信号变换为原NRZ信号,并将空载开始脉冲(SOI:Start of Idle)拆除。

在发送端,NRZ数据S被Manchester编剧骊,即MS=S ⊕C(C为时钟&lt;Clock&gt;)。

在收端,MS数据重新被译码为S,即图3、图4即为ML2653型10Base-T物理接口芯片发收Manchester信号编译码的一时图。

PCS子层提供CRS载波检测信号(Carrier Sense Signal)和碰撞检出信号(Collision Detection Signal),用这两个控制信号实现对MII接口的控制与管理。

1.4PMA子层PMA与PCS及PMD子层相连,因此必须有两个接口;一个是到上边PCS子层的接口,另一个是到下边PMD子层的接口。

PMA子层主要功能是:(1)链路监测(Link Monitoring);(2)载波检测(Carrier Dete-cting);(3)MRZI编/译码(NRZI En-coding/Decoding);(4)发送时钟合成(Transmit Clock Synthesis);(5)接收时钟恢复(Receive Clock Recovery)。

1.4.1PMA发送子层PMA发送子层(PMA Transmit Sublayer)从PCS子层接收串行比特流并且将其变换为NRZI 格式(10Mbit/s不用),然后将其送入物理介质相关子层(PMD)。

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