《ethernet》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ethernet（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、以太网技术简介,刘小涛,目录,前言 以太网发展 物理层规范 MII（MAC和PHY的数据接口 ） MDIO（ MAC和PHY的管理接口） MAC子层的功能 5.1 MAC帧5.2 CSMA/CD5.3 流量控制 工作模式 718实现,以太网技术简介,刘小涛,DM9000 ETHERNET,718 EMAC,802.3 主要讲了3件事情,MAC PHY (80%)MII MDIO,718 主要讲了3件事情,MACMII MDIO实现,一、以太网的发展,1980 DEC,Intel,Xerox制订了Ethernet I1982 DEC,Intel,Xerox又制订了Ehternet II1982
2、IEEE开始研究Ethernet的国际标准802.3 1983 Novell开发了专用的Ethernet帧格式 1985 IEEE推出IEEE 802.3（ 基于Ehternet II） ,IEEE802.3系列标准,IEEE 802.3 以太网标准IEEE 802.3u 快速以太网标准IEEE 802.3ab 千兆以太网（非屏蔽双绞线）标准IEEE 802.3z 千兆以太网（光纤、铜缆）标准IEEE 802.3x 流量控制标准,二、物理层规范,物理层的主要功能是完成相邻结点之间原始比特流传输。物理层协议关心的典型问题是使用什么样的物理信号来表示数据0和1。1位持续的时间多长。数据传输是否可同
3、时在两个方向上进行。最初的廉洁如何建立以及完成通信后连接如何终止。物理接口（插头和插座）有多少针以及各针的作用。物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和过电特性，以及物理层接口连接的传输介质等问题。物理层的实际还涉及到通信工程领域内的一些问题。,物理层规范,10BASE2 10BASE5 10BASE-T 100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-T4 100BASE-T2 1000Base-SX 1000Base-LX 2 1000Base-CX,物理层规范,10BASE2使用50欧的同轴电缆，数据速率是10MB/S，使用曼彻斯特编码，其接头处采用工业标准的BNC
4、连接器组成T型插座，它使用灵活，可靠性高。10BAS2电缆价格低廉，而且安装方便，但是使用范围只有200M，并且每个网段内只能使用30台机器。 10BASE5指定使用50欧的同轴电缆，数据速率是10MB/S，使用曼彻斯特编码。10BASE5支持的电缆最长为500M，用转发器可以将网络的长度扩展。,三、MII,MII（MAC和PHY的数据接口） MII (Media Independent Interface)；介质无关接口；或称为媒体独立接口。 它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准 以太网接口有：MII RMII SMII GMII等，所有的这些接口都从MII 而来，MII是指不用考虑
5、介质是铜轴、光纤、电缆等，因为这些介质处理的相关工作都有PHY 或者叫做MAC 的芯片完成。,MII工作原理,“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。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，TX_EN，TX_CLK，COL，RXD，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,718的
6、GMII,718的MII,718的RMII,DM9000的MII和MDIO,介质无关接口引脚37 LINK_II外部介质无关接口器件连接状态 38、39、40、41 RXD 3:0I外部介质无关接口接收数据 4位 半字节输入（同步于接收时钟） 43 CRSI/O外部介质无关接口的载波检测 44 COLI/O外部介质无关接口的冲突检测，输出到外部设备 45 RX_DVI外部介质无关接口数据有效信号 46 RX_ERI外部介质无关接口接收错误 47 RX_CLKI外部介质无关接口接收时钟 49 TX_CLKI/O外部介质无关接口发送时钟 5053 TXD3:0O外部介质无关接口发送数据低4位输出
7、TXD2:0决定内部存储空间基址：TXD 2:0) * 10H + 300H54 MDIOI/O 外部介质无关接口串行数据通信 57 MDCO 外部介质无关串行数据通信口时钟，,以太网技术简介,刘小涛,MDIO,四、MDIO,MII（MAC和PHY的管理接口） 对吉比特以太网而言，串行通信总线称为管理数据输入输出 (MDIO)。该总线由IEEE通过以太网标准IEEE 802.3的若干条款加以定义。MDIO是一种简单的双线串行接口，将管理器件(如MAC控制器、微处理器)与具备管理功能的收发器(如多端口吉比特以太网收发器或 10GbE XAUI收发器)相连接，从而控制收发器并从收发器收集状态信息。
8、 可收集的信息包括链接状态、传输速度与选择、断电、低功率休眠状态、TX/RX模式选择、自动协商控制、环回模式控制等。除了拥有 IEEE 要求的功能之外，收发器厂商还可添加更多的信息收集功能。,MDC是管理数据的时钟输入，最高速率可达8.3MHz。MDIO是管理数据的输入输出双向接口，数据是与MDC时钟同步的。MDIO的工作流程为：MDIO接口在没有传输数据的空闲状态（IDLE）数据线MDIO处于高阻态。 MDIO出现一个2bit的开始标识码(01)一个读/写操作开始。 MDIO出现一个2bit数据来标识是读操作(10)还是写操作(01)。 MDIO出现一个5bit数据标识PHY的地址。 MDI
9、O出现一个5bitPHY寄存器地址。 MDIO需要2个时钟的访问时间。 MDIO串行读出/写入16bit的寄存器数据。 MDIO恢复成IDLE状态，同时MDIO进入高阻状态。,718的MDIO,DM9000的MII和MDIO,介质无关接口引脚37 LINK_II外部介质无关接口器件连接状态 38、39、40、41 RXD 3:0I外部介质无关接口接收数据 4位 半字节输入（同步于接收时钟） 43 CRSI/O外部介质无关接口的载波检测 44 COLI/O外部介质无关接口的冲突检测，输出到外部设备 45 RX_DVI外部介质无关接口数据有效信号 46 RX_ERI外部介质无关接口接收错误 47
10、RX_CLKI外部介质无关接口接收时钟 49 TX_CLKI/O外部介质无关接口发送时钟 5053 TXD3:0O外部介质无关接口发送数据低4位输出 TXD2:0决定内部存储空间基址：TXD 2:0) * 10H + 300H54 MDIOI/O 外部介质无关接口串行数据通信 57 MDCO 外部介质无关串行数据通信口时钟，,五、MAC子层的功能,1. 主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传输。为了保证能让接收方对接收到的数据进行正确的判断，发送方位每个数据块计算出CRC（循环冗余检验）并加入到针中，这样接收方就可以通过重新计算CRC来判断接收到的数据是否正确。一旦接收方发现接收到
11、的数据有错误，则发送方必须重新传送这一数据。,2. 要解决的另一个问题是防止高速发送方的数据把低速接收方“淹没”。因此需要某种信息流量控制机制使发送方得知接收方当前还有多少缓存空间。为了控制的方便，流量控制常常和差错处理一同实现。,5.1 以太网的帧格式,以太网的帧格式,每帧以7个字节的前导字段开头，每个字节的内容为10101010。该字段经过曼彻斯特编码会产生10MHZ、持续5.6us的方波，从而使接收方与发送方的时钟同步。 随后是帧起始定界符，它是一个10101011序列，表示帧本身的开始。 帧还包括 了源地址和目的地址，它可能是一个普通地址、组地址或广播地址。 FCS: G(x) = x
12、32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1,5.2 CSMA/CD,Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波监听多路访问/冲突检测协议 其基本思想是：当一个节点要发送数据时，首先监听信道；如果信道空闲就发送数据，并继续监听；如果在数据发送过程中监听到了冲突，则立刻停止数据发送，等待一段随机的时间后，重新开始尝试发送数据。,退避算法,在CSMA/CD算法中，在检测到冲突并发完阻塞信号后，为降低再冲突的概率，需等待一
13、个随机过程，然后再用CSMA算法发送。为了决定这个随机时间，采用称为二进制指数退避算法。,5.3 流量控制,流量控制标准： IEEE 802.3x流量控制用于防止在端口阻塞的情况下丢帧 在半双工方式下，这种方法是当发送或接收缓冲区开始溢出时，通过将阻塞信号发送回源地址实现的。 在全双工方式下，流量控制一般遵循IEEE 802.3X标准，当网络拥塞时，是由交换机向信息源发送“pause”帧令其暂停发送。,全双工（Full Duplex）是指在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。目前的网卡一般都支持全双工。 半双工（Half Dup
14、lex），所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当目前有两量车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是基于半双工的产品。随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。,六、工作模式,半双工传输模式采用载波侦听多路访问/冲突检测。传统的共享型LAN以半双工模式运行，线路上容易发生传输冲突。与集线器相连的节点（即多个节点共享一条到交换机端口的连接）必须以半双工模式运行。因为这种节点必须能够冲突检测。类似于单车道桥梁。,半双工传输模式,全双工传输模式,全
15、双工传输模式可以用于点到点以太网连接和快速以太网连接，同时不会发生冲突，因为他们使用双绞线中两条不同线路。类似于双车道桥梁。,自动协商,目前存在的以太网运行情况有多种组合，如果按照实际情况配置，非常不方便，通过自动协商，可以让局域网设备自动配置运行方式，避免复杂的手工配置。,双工方式,运行速率,全双工半双工,10M100M1000M10G,8种组合,协商原则,根据通常情况下运行效率最好的原则选择最优组合。在本例中，交换机和PC将以100M全双工模式运行。,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,运行速率,双工模式,100M10M,全双工半双工,100M，全双工,七、718 实现,tr
16、ansmission,TBU 总线接口,TFC 帧控制,TPE 协议engine,CTX crc校验,FTX 流控,组装MAC帧 载波监听检测（half duplex） 3. 流控 4. 产生status 5. 时间戳,reception,RPE 协议engine,RFC 帧控制,IPC IP checksum,CRX crc校验,FRX 流控,MAC帧去头,RBU 总线接口,AFM 过滤,更新status,718 EMAC 的其它特性,根据IEEE 802.3能实现一款最基本功能的以太网卡。可是，718的EMAC功能比较强大。还支持以下特性：1. IEEE 1588 time-stamping 2. IEEE 802.1Q VLAN 3. IEEE 802.1-AS ： AVB(audio/video bridging),AVB,
