以太网技术和讲义组网规范

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。

以太网规范以太网（Ethernet）是一种广泛应用于计算机网络的局域网技术。

它是由Xerox、Digital和Intel在20世纪70年代合作开发的，并在20世纪80年代被标准化为IEEE 802.3。

以太网规范包括了物理层和数据链路层两个部分，它定义了网络的传输介质、数据传输的方式以及网络设备之间的通信规则。

在物理层方面，以太网规范定义了几种不同的传输介质，如双绞线、同轴电缆和光纤等。

其中，最常见和广泛使用的是双绞线。

以太网使用双绞线作为传输介质的优点是成本低廉、易于安装和维护，并且具有较高的传输速度和较低的信号损耗。

在数据链路层方面，以太网规范定义了帧的格式、地址的分配、数据的传输方式等。

以太网帧的格式由目的MAC地址、源MAC地址、类型字段和数据字段组成。

其中，MAC地址是用于唯一标识网络设备的物理地址。

以太网规范还定义了一种称为CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）的介质访问控制方式，用于避免多个设备同时访问网络介质而产生冲突。

以太网规范还规定了不同速率的以太网，包括10 Mbps的Ethernet、100 Mbps的Fast Ethernet和1000 Mbps的Gigabit Ethernet。

这些不同速率的以太网可以互操作，即可以在同一网络中同时使用。

不同速率的以太网主要通过改变传输介质的速率、电平和编码方式来实现。

以太网规范还定义了一些其他的技术，如虚拟局域网（VLAN）和链路聚合（Link Aggregation）。

虚拟局域网允许将一个物理局域网划分为多个逻辑上的局域网，提供更好的网络管理和安全性。

链路聚合允许将多个以太网链路绑定在一起，形成一个更高带宽的链路，提供更好的网络性能和冗余备份。

总体而言，以太网规范为计算机网络提供了一个灵活、可靠和高性能的局域网技术。

它的发展和标准化为互联网的发展做出了重要贡献，并且在现代网络中仍然得到广泛应用。

以太网组网技术学习本章应掌握：1. 以太网的组网类型和传输速度2. 组网所需的器件、设备和传输介质3. 单一集线器组网配置规则4. 多集线器组网配置规则§1.1 以太网的相关标准1.以太网的传输介质：同轴电缆、双绞线、光缆等。

2.以太网的网络速度：10Mb/s、100Mb/s及1000Mb/s。

3.以太网的介质访问控制方法：CSMA/CD。

4.以太网采用的主要技术包括10BASE5、10BASE2、10BASE-T、100BASE-TX和100BASE-FX，其主要技术参数见表3.1。

10BASE-T标准规定，组装10BASE-T的每条非屏蔽双绞线的长度不能超过100m。

100BASE-TX标准规定，组装100BASE-TX网络中使用的5类或超5类非屏蔽双绞线的最大长度为100m。

§1.2 组网所需的器件和设备100BASE-T和100BASE-TX组网所需要的器件和设备：带有RJ-45连接头的UTP电缆、带有RJ-45接口的以太网卡、10M/100M集线器、网桥等。

1.2.1 10M/100M以太网集线器集线器，如图3.1所示，处于星型物理拓扑结构的中心，是以太网中最重要、最关键的设备之一。

只有通过集线器，网络中节点之间的通信才能完成。

集线器通常具有如下功能和特性:1.作为以太网的集中连接点。

2.放大接收到的信号。

3.通过网络传播信号。

4.无过滤功能。

5.无路径检测或交换功能。

6.不同速率的集线器不能级联。

集线器通常采用RJ-45标准接口，图3.1显示了一个具有多个RJ-45端口的以太网集线器（一般集线器可以拥有2-24个端口）。

计算机或其他终端设备可以通UTP电缆与集线器RJ-45端口相连，成为网络的一部分。

集线器功能：对信号放大。

集线器的主要问题：不能过滤通过的数据流和无路径检测功能。

所谓“过滤”，就是对接收信息进行分析，决定是否将具有一定特征（如具有某一特定源地址或目的地址）的信息转发出去。

计算机网络技术基础：组建局域网_2以太网组网技术随着互联网和计算机技术的不断发展，局域网已经成为了企业和家庭中不可或缺的基础设施。

而以太网则是当前应用最广泛、最成熟的局域网通信技术之一。

在本文中，我们将介绍以太网的构成、组成局域网的方法及其工作原理。

1. 以太网的构成以太网分为物理层和数据链路层两个部分。

物理层负责物理媒介（如双绞线、光纤等）与以太网的互联，在通信传输中，依据自身的物理规律进行信号的传输和接收。

而数据链路层则用以解决将数据包发送到目标MAC地址的问题。

在物理层中，以太网使用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）技术，即首先监听信道是否被占据，若空闲，则发送数据；若检测到信道被占用，则等待一段随机时延后重试。

若在发送过程中检测到冲突，则发送字节的补码作为“占用”信号，之后进行退避并重传。

数据链路层则通过将MAC地址和数据包封装在帧中的方式，解决数据包传输的问题。

以太网的帧结构包括前导码、帧头、数据和帧尾。

2. 组建局域网通过实现物理层和数据链路层协议，以太网可以用来构建局域网。

以下是组建局域网的方法：2.1 多点连接多点连接是局域网的最基本形式，它将所有的设备连接在一个正交的网格中，使所有设备都能互相通信。

使用多点连接的局域网一般称为总线型拓扑结构。

总线型拓扑结构的特点是简单易用，但是由于所有设备共享同一根导线，因此该结构存在诸多安全隐患。

2.2 星型连接星型连接是将每台设备都连接到中心设备上的拓扑结构。

中心设备一般为交换机或集线器，其作用是管理设备之间的通信。

与多点连接相比，星型连接有更高的安全性和可靠性，但是需要较多的集线器或交换机，对计算机的性能也有一定的要求。

2.3 环型连接环型连接是指将多台设备连接成环装结构。

对于环形连结构，如光纤环等，在理论上数据传输速度是最高的，并且每台设备都有明确的通信对象。

不过，环型连接需要较高的设备性能和更高的维护成本，且对于一个设备的故障会影响整个局域网。

以太网业务及组网应用1. 介绍以太网是一种常见的局域网技术，广泛应用于各个领域。

它是一种基于IEEE 802.3标准的局域网协议，主要用于计算机网络之间的数据传输。

在现代网络中，以太网已经成为一种非常重要的网络技术。

2. 以太网业务以太网可以支持多种不同的业务，并且可以根据用户的需求进行灵活的配置。

以下是一些常见的以太网业务：2.1 数据传输以太网最常见的用途是进行数据传输。

通过以太网，可以传输各种类型的数据，包括文本、图像、音频和视频等。

以太网提供了高带宽和低延迟的特性，使得数据传输变得高效且可靠。

2.2 远程访问以太网还可以用于远程访问。

通过以太网，可以远程连接到其他计算机或网络设备，进行远程管理、维护和监控等操作。

远程访问可以大大提高效率，减少了人工干预的需要。

2.3 云计算云计算是现代计算机领域的一个热门话题，而以太网是实现云计算的基础。

以太网提供了高带宽和可靠性，可以支持大规模的数据传输和处理，满足云计算对网络性能的要求。

3. 以太网组网应用以太网可以用于不同规模的网络组网，从小型办公室网络到大规模的企业网络都可以使用以太网技术。

以下是一些常见的以太网组网应用：3.1 以太网交换机以太网交换机是组网中非常重要的设备，用于连接不同的网络设备。

通过以太网交换机，可以将多个终端设备连接在一起，实现数据的传输和交换。

以太网交换机提供了高速的数据转发和端口的扩展，能够满足网络中的大量数据传输需求。

3.2 局域网（LAN）局域网是以太网最常见的组网形式之一。

通过以太网，可以将多个计算机和网络设备连接在一起，实现数据的共享和通信。

局域网通常用于小型办公室或家庭网络中，提供了高效的数据传输和共享资源的能力。

3.3 广域网（WAN）广域网是以太网组网的另一种应用形式。

通过以太网，可以连接不同地区或不同组织的局域网，实现远程数据传输和通信。

广域网通常用于大型企业或跨地区的网络中，提供了高速和可靠的数据传输能力。