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。

1.2MII

MII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<Clock>）。

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）。

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。

在PMA发送子层需进行NRZI（Non Return to Zero Invertel）编码，这是一种两电平的单极性（O和V）编码。用两电平之间的跃变表示数据“1”，无跃变表示“0”。在这里NRZI编码为

将数据变换成MLT-3编码作了准备。具体实例如图5所示。

1.4.2PMA接收子层

PMA接收子层主要完成下面两个功能：

（1）NRZI译码（NRZI Dcoding）（10Mbit/s不用）

即将从PMD子层接收的串行bit流进行NRZI译码，并将其变换成单极性的二进进PCS子层。（2）接收时钟恢复（Receive Clo-ck Recovery）

将接收时钟恢复是由PLL完成的，此PLL锁定于从PMD子层接收据串行数据流上。PLL自动同步于串行数据流并从中提取时钟，最后将恢复时钟和NRZI译码后的数据流送到PCS子层。当PMA接收子层没有检出任何接收信号时，PMA利用发送时钟作为PLL的参考标准时钟。在100Base-TX信号情况下，恢复出25MHz的时钟。而在10Base-T信号时时钟信号则是2.5MHz。

PMA接收子层的链路监视功能（Link Moni-toring Function）可以来监视接收时钟PLL。若接收时钟PLL没有捕获锁定的串行数据流，则产生一个差错信号。在一般情况下，PMA链路监视功能块连续统计与其连接的链路状态。若没有检出接收信号或者PLL误帧，则宣告接收通道差错。

1.5PMD子层

这里主要介绍100Base-TX速率下的双绞线对物理介质相新天地子层（TP-PMD：Twisted-Pair Physical Media Dependent）。按照ISO/IEC IEEE的标准，100Base-TX TP-PMD具有数据流扰码/解忧和三电平、多跃变沿MLT-3编译码功能及对接收信号进行直流恢复和自血压计匀衡。

1.5.1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的跃变沿。

IEEE802.3u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。

利用扰码（Scrambling）技术扩展这些图形从而抑制掉这些不连续峰值分量达20dB～25Db。这是因为在一定周期时间内信号数据的随机性使得数据信号有均匀功率输出。这样，峰值能量被消除，从而改善了发送性能。

在发端TP-PMD子层对4B/5B编码信号进行扰码。扰码器（Scrambler）将普通的NRZ bit 流利用键控、模2加的方法产生一个被扰码的数据流。其工作过程是：一个11bit的线性反馈移位寄存器（LFSR:Linear Feedback Shift Register）的输入是第11bit和第9bit的模2加（Exclusive-OR），移位寄存器中至少包含有一个非零bit，基们生的伪随机序列可以与需要扰码的信号相加，最后得到已扰码的信号（10Mbit/s不用扰码）。

解扰器（Descrambler）的作用是将被扰码的数据进行解扰，恢复成原NRZI数据信号。在数据解扰前，应首先实现解扰器同步，一旦建立了解扰器同步，在给定的期间内，只要检出足够扰码空载图形“1”的个数，即在1ms时间内至少应检出25个连续解扰空信号“1”，就能保持同步状态。若在1ms时间内没有检出25个连续解扰空信号“1”，则解扰将失步，而需要重新建立同步过程。

1.5.2100Base-TX MLT-3编码器/译码器

MLT-3线路编码（MLT-3Line Code）用于使用电缆介质的快速以太网。MLT-3是一种三电平双极性编码（+V、0和-V），用两电平之间的跃变沿来表示“1”，而无跃变沿表示“0”。这里，MLT-3的最高基频是NRZI的一半。使用MLT-3编码可使高频频谱能量移向低于30MHz 的边缘区。与NRZI比较，而MLT-3编码90%以上的频谱能量在40MHz以下，而NRZI则在70MHz以下。这样，在相同数据率下，不要求有更高带宽的传输介质。

MLT-3编码器将从扰码器来的NRZI扰码信号（NRZ）变换为三电表产MLT-3编码信号；MLT-3译码器则作反变换恢复原NRZI扰码信号。在这里从中提取了时钟，并利用此时钟进行译码。

1.5.3直流恢复（DC Restoration）

在100Base-TX数据流的扰码和MLT-3的编码中，可能存在一定长度的连“0”或连“1”序列，使得数据流中产生直流分量，变压器的隔直也会引起信号“基线”的漂移，即“基线”信号从其正常额定直流值移动或漂移，而不利于接收机对于噪声的

抑制特性，因此需要恢复信号原直流分量。

1.5.4自适应均衡器（Adaptive Equalizer）

当数据在电缆中传输时，由于色散特性，将会导致信号失真和码间干扰（ISI:Inter Symbol Interference），因此在接收机中必需采取措施将进来的失真和码间干扰信号恢复成原信号。由于在多数情况下，双绞线对（TP）端口的特性是未知的，并且每个端口要求均衡的特性也不相同，因此，在TP-PMD标准中，提出了使用自适应均衡器恢复原信号的要求，以保证对拉媚信号进行适当的补偿。

自动均衡的方法之一是监视接收信号的能量，用以确定传输介质的长度，并据此调整均衡器的性能。因为，接收信号的幅度与传输的缆长是成正比的，所以若信号电平降低，则会增加均衡的总量，而便于补偿信号在线路中的损失。

1.5.5双绞线对发射机

一般的双绞线对发射机（Twisted-Pair Trans-milter）由MLT-3编码器、波形发生器以及传输介质线路驱动器所组成。波形发生器接受MLT-3编码波形，并使用一个电流源交换阵列来控制输出信号上升/下降沿的时间和信号的幅度电平。为了平滑此电流型信号输出和除去高频分

量，需通过一个低通滤波器，使发送的输出波形满足有关脉冲样板的标准。电流驱动型差动驱动器将平滑后符合要求的波形变换为可以驱动10m、100Ω的5类非屏蔽双绞线电缆或100m、150Ω屏蔽双绞线电缆的电流输出。最后与传输介质的接口是一个隔离变压器。

1.5.6双绞线对接收机

一般双绞骊对接收机被制作成通用模块，通过一个隔离变压器与传输介质连接。从双绞线对（TP）输入的信号首先进入自适应均衡器，在这里对于缆的低通特性进行补偿，接着进行“基线漂移校正电路”恢复由变压器隔去的波形直流分量。比较器将均衡后的信号变换回原数字电平供“镇噪电路（Squelch Circutit）”使用。MLT-3译码器接收从比较器来的三电平MLT-3信号并且将其变换为常规数字数据，用来恢复时钟和数据。其全过程如图6所示。

1.5.7自动极性校正与隔离变压器

一般的100Base-TX没有极性问题，但是自动协商（FLP）对于极性是比较灵敏的。自动极性校正（Auto Polarity Correction）功能主要是应用于100Base-T工作方式，通常利用规范链路脉冲（NLP:Normal Link Pulses）检验信号极性，从而校正反向的信号极信。

ISO/IEC8802-3,IEEE802.3标准要求要通过隔离变压器（Isolation Transformer）与电缆传输介质连接。而典型的磁性器件模块包含两个隔离变压器，一个用于双绞线对发射机，另一个用于接收机。通过这两个隔离变压器与传输介质物理隔离和交流耦合。

1.6链路完整性算法

10Mbit/s和100Mbit/s

模式有不同的链路完整性算法（Link Integrity Algorithm）标准。在IEEE802.3第14条款中规范了10Base-T链路完整性算法，使用的是所谓的规范链路脉冲（NLP:Normaal Link Pulses）。当发送处于空载时，为了便于确定本地设备已经成功地建立起与远端设备相连的链路（称为链路通路状态），发送NLP必须满足在IEEE802.3第14条款规范的要求。

因为100Base-TX定义了一个独立的激活空信号，而不需要像10Base-T那样，定义一个半独NLP。100Base-TX的空信号是：ILE=11…。

1.7自动协商子层

（1）功能

自动协商子层（AN:Auto-Negotiation Sublayer）通常有以下功能：

a.确定在链路段介质或缆连接的另一端设备所具有的能力；

b.宣布远端链路设备中上述能力；

c.与链路远端设备交换彼此表征技术能力的数据参数，并且与远端链路设备建立协议，自动选择共有的最高性能工作模式。包括工作速率（10/100/1000Mbit/s）、传输介质和半/全双工模式。

自动协商功能是在建立链路两端设备中选择共有的高性能工作的模式，其算法和链咱完整性算法的区别在于：标准链路完整性算法仅用于建立来往远端设备的活动链路，而自动协商算法则是在选择两端共有的最高性能后，还要建立来往远端设备的激活链路。

（2）自动协商子层的启动

在以下事件之一发生时，需启动自动协商功能算法：

a.设备选通自动协商功能；

b.设备进入链路故障（Fail）状态；

c.自动协商复位。

在ISO/IEC8802-3标准的附录28B中，列出了各种技术的优先权顺序，如以下所示：

100Base-TX全双工（最高优先权）；

100Bae-T4；

100Base-TX半双工；

10Base-T全双工；

10Base-T半双工（最低优先权）。

一般地说，自动协商执行的过程要小于500ms，这与对端完成自动协商链路的能力地匀。自动协商过程的监视器可以监视自动协商过程和链路是否建立。

1.8PHY器件小结

PHY物理层器件应满足CSMA/CD以太网ISO/IEC88-02-3、IEEE802.3的标准要求。前面分别详细描述了MII接口、物理编码子层（P-CS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）以及自动协商（Auto-Negotion）功能和原理。现将各部分功能概括于表3之中，以进行比较。

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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 日期修订版本作者描述

目录 1 以太网标准 5 1.1 以太网标准 5 1.2 IEEE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 1.4 FE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 1.4.4 GE自协商 18 1.5 物理层芯片和MAC层芯片接口简介 19 1.5.1 MII 19 1.5.2 MDIO管理寄存器 20 1.5.3 RMII 20

1.5.4 SMII 21 1.5.5 SS－SMII 21 1.5.6 GMII 22 1.5.7 TBI 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 2.3 CSMA/CD算法 26 2.3.1 CSMA/CD发送过程 27 2.3.2 CSMA/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 2.5.2 PAUSE 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 Electronics Engineers）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。IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1

3.万兆以太网规范

万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE ，2004年的IEEE ，2006年的IEEE 、IEEE 和2007年的IEEE ；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、 10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 。在1990年以前安装的FDDI m多模光纤的FDDI 网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 10GBase-ER

万兆技术及万兆网络设计

万兆技术及万兆网络设 计 标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

万兆技术及万兆网络设计 摘要：本文主要参考了万兆技术的发展，万兆技术的优势和应用特点，分析了万兆技术在校园网网络建设中的需求，阐述了构建万兆园区网的主要架构，并描述和万兆网络布线相关的经验。 关键词：万兆万兆网络 一、万兆技术的出现 目前应用最为广泛的以太网技术最早出现于1973年，当初的速率只有3M，后来陆续出现了10M、100M、1000M、10G的以太网技术，在30多年的时间里，以太网技术得到了飞速的发展，增长了3千多倍，推动了各行业信息化的突飞猛进。 2002年6月份，万兆以太网技术基于光纤传输的第一个标准IEEE 获得了通过。这个统一的标准，使用户在选择时不必再担心厂商之间的产品不能兼容的问题，大大规范了产商之间的竞争。其最终对万兆以太网技术发展的促进意义，是显而易见的。目前，包括锐捷网络、Cisco、华为3Com等公司在内的多家厂商已推出多款万兆以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。万兆以太网采用了以太网媒体访问控制（MAC）协议、以太网帧格式，保留以太网的最大帧长和最小帧长。万兆以太网是以太网在速度和距离方面的进化，定义了广域网和局域网两种物理层，是一种只采用全双工的技术。 二、万兆以太网的技术特色和应用特征 1、从技术角度分析，万兆以太网具有以下特色： 首先，万兆以太网相对于以往代表最高适用度的千兆以太网拥有着绝对的优势和特点。其技术特色首先表现在物理层面上。万兆以太网是一种只采用全双工与光纤的技术，

其物理层(PHY)和OSI模型的第一层(物理层)一致，它负责建立传输介质(光纤或铜线)和MAC层的连接，MAC层相当于OSI模型的第二层(数据链路层)。 其次，万兆以太网技术基本承袭了以太网、快速以太网及千兆以太网技术，因此在用户普及率、使用方便性、网络互操作性及简易性上皆占有极大的引进优势。在升级到万兆以太网解决方案时，用户不必担心既有的程序或服务是否会受到影响，升级的风险非常低，同时在未来升级到100G都将是很明显的优势。 第三，万兆标准意味着以太网将具有更高的带宽(10GB)和更远的传输距离(最长传输距离可达80公里)。 第四、在企业网中采用万兆以太网可以最好地连接企业网骨干路由器，这样大大简化了网络拓扑结构，提高网络性能。 第五、万兆以太网技术提供了更多的更新功能，大大提升QoS，具有相当的革命性，因此，能更好的满足网络安全、服务质量、链路保护等多个方面需求。 最后，随着网络应用的深入，WAN/MAN与LAN融和已经成为大势所趋，各自的应用领域也将获得新的突破，而万兆以太网技术让工业界找到了一条能够同时提高以太网的速度、可操作距离和连通性的途径，万兆以太网技术的应用必将为三网发展与融和提供新的动力。 2、万兆以太网还有十分明显的应用特征： 1、万兆以太网结构简单、管理方便、价格低廉。由于没有采用访问优先控制技术，简化了访问控制的算法，从而简化了网络的管理，并降低了部署的成本，因而得到了广泛的应用。

第二、三章 以太网标准和物理层

修订记录 第二章以太网标准 目标： 了解以太网标准结构。 熟悉各以太网标准定义的内容 一、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。 IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）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。 IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1至802.6，其标准分别称为标准802.1至标准802.6，目前它已增加到12个委员会，这些分委员会的职能如下： ·802.1--高层及其交互工作。提供高层标准的框架，包括端到端协议、网络互 连、网络管理、路由选择、桥接和性能测量。 ·802.2--连接链路控制LLC，提供OSI数据链路层的高子层功能，提供LAN 、 MAC子层与高层协议间的一致接口。 ·802.3--以太网规范，定义CSMA/CD标准的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.4--令牌总线网。定义令牌传递总线的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.5--令牌环线网，定义令牌传递环的媒体访问控制（MAC）子层和物理层 规范。 ·802.6--城域网MAN，定义城域网（MAN）的媒体访问控制（MAC）子层和物理

RMII模式以太网PHY芯片DP83848C的应用

引言 DP83848C是美国国家半导体公司生产的一款鲁棒性好、功能全、功耗低的10／100 Mbps单路物理层(PHY)器件。它支持MII(介质无关接口)和RMII(精简的介质无关接口)，使设计更简单灵活；同时，支持10BASE～T和100BASE-TX以太网外设，对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性。 MII(Medium Independent Interface)是IEEE802．3u规定的一种介质无关接口，主要作用是连接介质访问控制层(MAC)子层与物理层(PH-Y)之间的标准以太网接口，负责MAC 和PHY之间的通信。由于MII需要多达16根信号线，由此产生的I／O口需求及功耗较大，有必要对MII引脚数进行简化，因此提出了RMII(Reduced Medium Independent Interface，精简的介质无关接口)，即简化了的MII。 1 硬件设计 1．1 电路设计 DP83848C的收发线路各是一对差分线，经过变比为1：1的以太网变压器后与网线相连。以太网变压器的主要作用是阻抗匹配、信号整形、网络隔离，以及滤除网络和设备双方面的噪音。典型应用如图1所示。 图2是DP83848C与MAC的连接电路。其中，Xl为50 MHz的有源振荡器。

1．2 PCB布局布线 布局方面，精度为1％的49．9 Ω电阻和100 nF的去耦电容应靠近PHY器件放置，并通过最短的路径到电源。如图3所示，两对差分信号(TD和RD)应平行走线，避免短截，且尽量保证长度匹配，这样可以避免共模噪声和EMI辐射。理想情况下，信号线上不应有交叉或者通孔，通孔会造成阻抗的非连续性，所以应将其数目降到最低；同时，差分线应尽可能走在一面，且不应将信号线跨越分割的平面，如图4所示。信号跨越一个分割的平面会造成无法预测的回路电流，极可能导致信号质量恶化并产生EMI问题。注意，图3和图4中，阴影部分为错误方法。 2 RMll模式描述 RMII模式在保持物理层器件现有特性的前提下减少了PHY的连接引脚。

万兆以太网规范

百度文库-让每个人平等地提升自我 10GBase-ER 5.5.1万兆以太网规范 5.5.1万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002 年的IEEE ，2004 年的IEEE ，2006 年的IEEE、IEEE 和2007 年的IEEE ;在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这 10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线 （或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予 以介绍。 1 ?基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR 和10GBase-LX4 这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表”短距离”（short range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF ），有效传输距离为2?300m，要支持300m 传输需要采用经过优化的50艸线径0M3 （Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50 ^m光纤称为OM2光纤，而线径为叩的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离”（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode ），对应的标准为2006年发布的IEEE。在1990年以前安装的FDDI ?m多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m,在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。

以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理

以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理 一前言 对于系统设计人员来说，模数混合电路中最困难的地方在于模拟部分的设计，其中最具代表性的就是我们经常要面对的物理层收发器(PHY)及其收发回路和匹配网络的设计。即使对于应用比较成熟的以太网物理层设计而言，DA C驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有可能影响到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴露出来。 二以太网口信号质量测试分析 1 100Base-TX接口测试环境及其设置 100Base-TX接口测试原理 100Base-TX接口的测试采用业内比较通用的诱导发包的

方法来引导DUT发出扰码后的IDLE进行测试，更多细节请参考美国力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》专项技术文档， 测试设备： 测试拓扑如图1：

图1 Ethernet接口指标测 试连接框图 2 测试中出现的问题 本次测试将主要验证产品上4个以太网100Base-TX接口的技术指标。对于其中比较直观的100Base-TX物理层的眼图模板，《ANSI+X3_263-1995》标准中有着明确的眼图模板定义见图2。 图2 100Base-TX 眼图模板 关于100Base-TX接口技术指标的测试方法，《IEEE Std 802.3-2000》标准中也有详细的说明，工程师按照诱导发包的测试方法进行了网口眼图的测试，测试过程中

发现测试网口出现了信号波形碰触模板的问题，波形见图3： 图3 以太网口测试眼图_FAIL 3 问题分析解决 从眼图初步分析来看，发送信号的幅度应该是满足要求的。但是可以明显的发现信号边沿还是比较缓，而且从单个波形来看边沿有不单调的问题。方案的原厂是一家通讯业内专注于IP宽带解决方案的国际型大公司，其以太网模块部分应该经过详细验证过。最大的可能是二次开发过程中板级系统设计时的一些关键技术参数的配合问题。工程师在进行了信号幅度以及上升下降时间等细节指标的

万兆以太网规范

5.5.1 万兆以太网规范 5.5.1 万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq 和2007年的IEEE 802.3ap；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为 64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5?m多模光纤的FDDI 网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 10GBase-ER

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。

100G以太网物理层研究及关键模块ASIC实现.doc

100G以太网物理层研究及关键模块ASIC实现以太网以其成本低、可靠性高、安装维护简单等优点而成为普遍采用的网络技术。随着互联网技术的不断发展和用户数量的不断增加,用户对数据传输和接入带宽的需求将越来越大。为了满足快速增长的带宽需求,以太网必须向更高速度进发。 早在2010年,40G/100G以太网的标准IEEE802.3ba就获得了批准,紧接着在2013年新标准IEEE802.3bmTM/D1.1又获得通过,目前针对400G以太网的 IEEE802.3bs标准也即将颁布。因此,对高速以太网的物理层实现的研究具有重要的理论和实际意义。本文首先从IEEE802.3ba和IEEE802.3bmTM/D1.1两个标准入手,简要地介绍了它们所定义的100GE物理层体系结构和物理编码子层(PCS)的功能实现,确定需要完成的100GE发送端PCS及其时钟两电路的设计指标。 由于PCS时钟电路是基于全数字锁相环(ADPLL)结构,所以又介绍了ADPLL 的基本概念、基本原理、常用的结构和主要噪声源及噪声源对抖动的影响。然后对100G以太网物理层进行了研究,根据IEEE802.3ba和IEEE802.3bmTM/D1.1及设计指标,确定了 100GE物理层系统架构方案,其中电气接口采用4×25Gbps。并基于0.18μmCMOS工艺采用半定制设计方法完成了 100GE发送端物理编码子层(PCS)电路的设计,其中包括64B/66B编码器、256位并行扰码器、多通道分发电路和66:8变速箱。 针对PCS电路工作频率高的特点,本文对电路结构进行了优化并采用流水线方法设计和实现。其中,对于64B/66B编码器,首先详细地分析了64B/66B编码器的编码原理,然后根据编码原理设计出优化64B/66B编码器的结构,保证了其工作速度满足要求。为了提高扰码器的工作速度,设计了 256位并行扰码器,并对

以太网接口PCB设计经验分享

以太网口PCB布线经验分享 目前大部分32 位处理器都支持以太网口。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由 MAC 控制器和物理层接口（Physical Layer ，PHY ）两大部分构成，目前常见的以太网接口 芯片，如LXT971 、RTL8019 、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等，其内部结构也 主要包含这两部分。 一般32 位处理器内部实际上已包含了以太网MAC 控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。 常用的单口10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、LXT971 等，均提供MII 接口和传统7 线制网络接口，可方便的与CPU 接口。以太网物理层接口器件主 要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/ 解码器和双绞线媒体访问单元等。 下面以RTL8201 为例，详细描述以太网接口的有关布局布线问题。 一、布局 CPU M A RTL8201 TX ± 变 压 RJ45 网口 器 C RX± 1、RJ45和变压器之间的距离应当尽可能的缩短. 2、RTL8201的复位信号Rtset 信号（RTL8201 pin 28 ）应当尽可能靠近RTL8021,并且，如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号。 3、RTL8201的晶体不应该放置在靠近I/O 端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性 元件周围. 4、RTL8201和变压器之间的距离也应该尽可能的短。为了实际操作的方便，这一点经常被放弃。但是，保持Tx±, Rx±信号走线的对称性是非常重要的，而且RTL8201和变压器之间的距离需要保持在一个合理的范围内，最大约10~12cm。 5、Tx+ and Tx- (Rx+ and Rx-) 信号走线长度差应当保持在2cm之内。 二、布线 1、走线的长度不应当超过该信号的最高次谐波( 大约10th) 波长的1/20 。例如：25M的时钟走线不应该超过30cm，125M信号走线不应该超过12cm (Tx ±, Rx ±) 。 2、电源信号的走线( 退耦电容走线, 电源线, 地线) 应该保持短而宽。退耦电容上的过孔直径 最好稍大一点。 3、每一个电容都应当有一个独立的过孔到地。 4、退耦电容应当放在靠近IC的正端（电源），走线要短。每一个RTL8201 模拟电源端都需要退耦电容(pin 32, 36, 48). 每一个RTL8201 数字电源最好也配一个退耦电容。 5、Tx±, Rx ±布线应当注意以下几点: (1)Tx+, Tx- 应当尽可能的等长，Rx+, Rx- s 应当尽可能的等长； (2) Tx±和Rx±走线之间的距离满足下图: (3) Rx±最好不要有过孔, Rx ±布线在元件侧等。

计算机网络应用 万兆以太网

计算机网络应用万兆以太网 在前面讲到的千兆以太网通常用作将小区用户汇聚到网络的交换中心，或者将汇聚层设备连接到骨干层。虽然以太网多链路聚合技术已完成标准化且多厂商互通指日可待，可以将多个千兆链路捆绑使用，但是考虑光纤资源以及波长资源，链路捆绑等因素，它一般只用在POP点内或者短距离应用环境。 为了解决由带宽及传输距离而导致以太网技术不适用于用在城域网骨干/汇聚层的问题，随后由IEEE 802.3委员会成立的IEEE 802.3ae工作组制定了IEEE 802.3ae 10Gbps（10000Mbps）以太网标准，从而解决了该问题。 万兆以太网能够应用到核心层之间，以及核心层与汇聚层之间的链路上，目前包括华为3Com、Cisco、Avaya、Enterasys、Foundry和Riverstone公司在内的多家厂商已经推出多款万兆以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。 万兆以太网同样保留了IEEE 802.3的大部分格式，但它只支持全双工工作模式、使用光纤作为传输媒体，制定了新的光物理媒体相关子层（PMD）具有更高的数据传输速率。 万兆以太网包括IEEE 802.3ae万兆以太网标准和IEEE 802.3ak万兆以太网标准两种技术标准。 1．IEEE 802.3ae万兆以太网标准 IEEE 802.3ae万兆以太网标准是基于光纤设计的，它定义了在光纤上传输10Gbps以太网的标准，传输距离从300米到40公里，它将物理层分为局域网物理层（LAN PHY）和广域网物理层（WAN PHY）两个层次，其体系结构如图5-10所示。 10GBASE-R10GBASE-W10GBASE-X 图5-10 IEEE 802.ae定义的LAN和WAN物理层结构 其中，局域网物理层是指与标准以太网的连接，其速率为10Gbps；广域网物理层是指与SDH/SONET的连接，其速率为9.58464Bbps。每种PHY分别可以使用10Gbase-S（850nm 短波）、10Gbase-L（1310nm长波）、10Gbase-E（1550nm长波）3种规格，其最大传输距离分别为300m、10km、40km。 10GBase-S 10GBase-S是针对有850nm激光接收器和10Gbps带宽的多模式光纤（MMF）而设计的。

基于FPGA的万兆以太网接口的设计与实现

基于FPGA的万兆以太网接口的设计与实现 李伟;窦衡;周宇 【期刊名称】《光通信技术》 【年(卷),期】2009(033)011 【摘要】This paper introduces the protocols of 10GE standard assocaited in Physical Coding Sublayer and Media Access Control sublayer. As used in 10GBASE-R, It specifys the function and implementation of each module in the 10GE interface in detail. FPGA report shows that the design for this 10GE interface can reach the performances of connecting the Ethernet at a high speed of 10Gb/s,which has a great effect on the improv-ing the Ethemet application scope and its performance.%介绍了IEEE802.3ae标准中万兆以太网物理层及媒质接入控制子层的相关协议.以10GBASE-R应用物理环境为例,阐述了万兆以太网接口各个单元模块的功能和设计实现方法.FPGA仿真结果表明,该万兆以太网接口可以实现以太网之间的万兆接入,对以太网的应用空间和性能提升有着重大的意义. 【总页数】3页(6-8) 【关键词】万兆以太网;物理编码子层;XGMII;XSBI;FPGA 【作者】李伟;窦衡;周宇 【作者单位】电子科技大学,成都,611731;电子科技大学,成都,611731;电子科技大学,成都,611731 【正文语种】中文

计算机网络 万兆以太网

计算机网络万兆以太网 随着千兆以太网的标准化以及在生产实践中的广泛应用，以太网技术逐渐延伸到城域网的汇聚层。千兆以太网通常用作将小区用户汇聚到城域节点，或者将汇聚层设备连接到骨干层。虽然以太网多链路聚合技术已完成标准化且多厂商互通指日可待，可以将多个千兆链路捆绑使用。但是考虑光纤资源以及波长资源，链路捆绑等因素，它一般只用在点内或者短距离应用环境。 为了解决由带宽及传输距离而导致以太网技术不适于用在城域网骨干/汇聚层的问题，1999年IEEE标准委员会成立了IEEE 802.3ae工作组进行研究。在2002年6月由IEEE正式发布了IEEE 802.3ae 10Gbps以太网标准，自此以太网的发展势头又进一步增强。这标志着万兆位以太网标准的统一，使用户在选择时不必再担心厂商之间的产品不能互相兼容的问题，也规范了各厂商间的竞争。目前包括华为3Com、Cisco、Avaya、Enterasys、Foundry和Riverstone 公司在内的多家厂商已经推出多款万兆位以太网交换机产品，成就了今天以太网技术的全新局面。 网络拓扑结构的设计和操作也随着智能化万兆位以太网多层交换机的推出发生了转变。比如第三层路由和第四层至第七层智能，包括服务质量（QoS）、服务级别（CoS）、高速缓存、服务器负载均衡、安全性和基于策略的网络功能。万兆以太网的主要特点包括以下几个方面。 ●保留802.3以太网帧格式； ●保留802.3以太网的最大帧长和最小帧长； ●只使用全双工工作模式，彻底改变了传统以太网的半双工广播工作模式； ●使用光纤作为传输媒体，已不再适用铜缆； ●使用点对点链路，支持星型结构的LAN； ●数据传输率非常高，不直接和端用户相连； ●制定了新的光物理媒体相关（PMD）子层； ●与SONET OC-192帧结构的融合，可以与OC-192电路和SONET/SDH设备仪器运行。

串行数据一致测试及调试系列之四--以太网信号质量问题

串行数据一致测试及调试系列之四--以太网信号质量问题 一前言对于系统设计人员来说，模数混合电路中最困难的地方在于模拟 部分的设计，其中最具代表性的就是我们经常要面对的物理层收发器(PHY)及 其收发回路和匹配网络的设计。即使对于应用比较成熟的以太网物理层设计而言，DAC 驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有可能影响到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴露出来。二 以太网口信号质量测试分析1 100Base-TX 接口测试环境及其设置100Base-TX 接口测试原理100Base-TX 接口的测试采用业内比较通用的诱导发包的方法来引导DUT 发出扰码后的IDLE 进行测试，更多细节请参考美国力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》专项技术文档， 测试设备： 示波器Lecroy WavePro 7300A 探头SMA 夹具Lecroy TF-ENET-B 电脑主机ThinkPad R5 测试拓扑如图1 Ethernet 接口指标测试连接框图 2 测试中出现的问题本次测试将主要验证产品上4 个以太网100Base-TX 接口的技术指标。对于其中比较直观的100Base-TX 物理层的眼图模板， 《ANSI+X3_263-1995》标准中有着明确的眼图模板定义见图2。 图2 100Base-TX 眼图模板 关于100Base-TX 接口技术指标的测试方法，《IEEE Std 802.3-2000》标准中也有详细的说明，工程师按照诱导发包的测试方法进行了网口眼图的测试， 测试过程中发现测试网口出现了信号波形碰触模板的问题，波形见图3： 图3 以太网口测试眼图_FAIL 3 问题分析解决从眼图初步分析来看，发送信号的幅度应该是满足要求的。

以太网通信接口电路设计规范

目录 1目的 (3) 2范围 (3) 3定义 (3) 3.1以太网名词范围定义 (3) 3.2缩略语和英文名词解释 (3) 4引用标准和参考资料 (4) 5以太网物理层电路设计规范 (4) 5.1：10M物理层芯片特点 (4) 5.1.1：10M物理层芯片的分层模型 (4) 5.1.2：10M物理层芯片的接口 (5) 5.1.3：10M物理层芯片的发展 (6) 5.2：100M物理层芯片特点 (6) 5.2.1：100M物理层芯片和10M物理层芯片的不同 (6) 5.2.2：100M物理层芯片的分层模型 (6) 5.2.3：100M物理层数据的发送和接收过程 (8) 5.2.4：100M物理层芯片的寄存器分析 (8) 5.2.5：100M物理层芯片的自协商技术 (10) 5.2.5.1：自商技术概述 (10) 5.2.5.2：自协商技术的功能规范 (11) 5.2.5.3：自协商技术中的信息编码 (11) 5.2.5.4：自协商功能的寄存器控制 (14) 5.2.6：100M物理层芯片的接口信号管脚 (15) 5.3：典型物理层器件分析 (16) 5.4：多口物理层器件分析 (16) 5.4.1：多口物理层器件的介绍 (16) 5.4.2：典型多口物理层器件分析。 (17) 6以太网MAC层接口电路设计规范 (17) 6.1：单口MAC层芯片简介 (17) 6.2：以太网MAC层的技术标准 (18) 6.3：单口MAC层芯片的模块和接口 (19) 6.4：单口MAC层芯片的使用范例 (20) 71000M以太网（单口）接口电路设计规范 (21) 8以太网交换芯片电路设计规范 (21) 8.1：以太网交换芯片的特点 (21) 8.1.1：以太网交换芯片的发展过程 (21) 8.1.2：以太网交换芯片的特性 (22) 8.2：以太网交换芯片的接口 (22) 8.3：MII接口分析 (23) 8.3.1：MII发送数据信号接口 (24) 8.3.2：MII接收数据信号接口 (25) 8.3.3：PHY侧状态指示信号接口 (25) 8.3.4：MII的管理信号MDIO接口 (25) 8.4：以太网交换芯片电路设计要点 (27) 8.5：以太网交换芯片典型电路 (27) 8.5.1：以太网交换芯片典型电路一 (28)

3.万兆以太网规范

5.5.1 万兆以太网规范 从前面的介绍可以得出，就目前来说，万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap；在规范方面，总共有10多个（是一比较庞大的家族，比千兆以太网的9个又多了许多）。在这10多个规范中，可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1．基于光纤的局域网万兆以太网规范 就目前来说，用于局域网的基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、 10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 10GBase-SR 10GBase-SR中的"SR"代表"短距离"（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm 的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 10GBase-LR 10GBase-LR中的"LR"代表"长距离"（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 10GBase-LRM 10GBase-LRM中的"LRM"代表"长度延伸多点模式"（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5?m多

关于万兆以太网交换机的一些知识

万兆以太网作为最新以太网技术，不仅是以太网的“高速翻版”，更是从私有网 络到公众网络的融合。作为网络的核心设备，万兆以太网交换机需要满足更高的需求。 近年来，从局域网到城域网，从城域网到广域网，以太网技术以惊人的速度正占 据着越来越多的市场，尤其在企业网络和运营商网络中，以太网技术越来越多地成为 毫无争议的选择。从快速以太网到千兆以太网，再到万兆以太网，技术上的更新满足 了新一代互联网技术所带来的高速带宽增长和新一代应用的需求。 应市场及广大用户的需求，丰润达首次推出48口万兆以太网交换机，性能超群，相当于4～6台普通交换机进行集群的容量，并且能够达到更高的可靠性，零延迟、零丢包，无论是大型网吧还是大型企业，均能满足其组网及接入需求。 大家知道，用户购买万兆以太网交换机，是因为需要能够在任何情况下线速处理 数据包的转发，需要能够处理新一代的互联网应用，同时也需要交换机能够提供最好 的投资保护、能够占用最少的机架空间、能够尽量地节省电量、能够看得见用户的流 量等。 很显然，千兆交换机不能容纳大容量万兆端口的线速转发，目前的千兆交换机只 能够提供几十到几百个G的吞吐量，而新一代的万兆交换机能够提供每秒处理一千个 G以上的吞吐。万兆交换机不仅应该提供大容量的背板交换矩阵，还应该提供大容量 的本地交换矩阵，无阻塞的并行交换矩阵是目前最为先进的技术。 衡量万兆以太网交换机时要测试哪些方面 首先是测试它是否能够达到线速转发的吞吐量，同时观察端到端的传输延迟，一 台优秀的万兆交换机应该能够在加载关键应用的前提下（如组播应用、IPv6 应用、大容量访问列表控制），线速无阻塞地转发数据包，并且保证端到端的数据延迟尽可能 地小。 其次，衡量万兆交换机还需通过测试关键协议，如BGP4的容量、路由收敛和路 由震荡来检验，测试针对攻击的防范特性、测试流量管理的关键特性。冗余性的测试 也非常重要，冗余性包含硬件系统的冗余性和软件特性的冗余性。 可以说，选择万兆以太网交换机不仅仅是几个单项功能的选择，更是一项全面评 估的系统选择。丰润达万兆以太网交换机正好满足上面指标，是转发性能优异、且低 碳节能环保全新交换机。

关于万兆以太网标准

万兆以太网标准 关于万兆以太网标准 万兆以太网物理层规格 在IEEE 802.3ae中定义了万兆以太网物理层规格（PHY）和支持光模块，如下图所示（左）。在以太网标准中，光模块被正式定义为一种物理媒体依赖接口（PMD）。右图显示了PMD、PHY和MAC（媒体访问控制）在交换路由器板卡上的逻辑设计。万兆以太网MAC（右图）在服务接口（向PHY）以 10Gb/s的速率运行，在MAC PHY层之间适应速率，通过调试Inter-Packet Gaps （IPG）以适应LAN PHY和WAN PHY的略有不懂的数据速率。速率适应机制在IEEE 802.3ae中叫做Open Loop Control。 Stack Diagram of 10GE PHYS & PMDs Typical Switch Card Layout 万兆以太网物理层规格（PHY）为： 连续LAN PHY 连续物理层由64b/66b多媒体数字信号编解码器（译码/解码)配置和serializer/deserializer (SerDes)组成。64b/66b多媒体数字信号编解码器配置是执行包描绘的块状编码配置。SerDes为连续光模块或PMD，在传送器上将16- bit并行数据路径（每个644 Mb/s）排序到一个10.3Gb/s的连续数据流，并将一个10.3Gb/s的连续数据流去序列化到16-bit并行数据路径（每个 644Mb/s）。 连续WAN PHY 连续WAN PHY由WAN接口子层（WIS）、64b/66b多媒体数据信号编解码器配置（与上文描述一样）、和SerDes组成，SerDes也与上文描述一样，除了连续数据流的速度为9.95Gb/s（OC-192），每个16-bit并行数据路径为622Mb/s。WIS为SONET framing和X7+ X6 + 1 scrambling专门设计。与SONET OC-192

万兆以太网技术

万兆以太网技术

目录 1.基于光纤的局域网万兆以太网规范 (1) 2.基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范 (2) 3.基于光纤的广域网万兆以太网规范 (3) 4.万兆以太网物理层规格 (4) 4.1万兆以太网物理层规格（PHY） (4) 4.2相关物理介质层（PMD） (7)

万兆以太网技术 万兆以太网标准和规范都比较繁多，在标准方面，有2002年的IEEE 802.3ae，2004年的IEEE 802.3ak，2006年的IEEE 802.3an、IEEE 802.3aq和2007年的IEEE 802.3ap。在规范方面，总共有10多个，总共可以分为三类：一是基于光纤的局域网万兆以太网规范，二是基于双绞线（或铜线）的局域网万兆以太网规范，三是基于光纤的广域网万兆以太网规范。下面分别予以介绍。 1. 基于光纤的局域网万兆以太网规范 目前，基于光纤的万兆以太网规范有：10GBase-SR、10GBase-LR、10GBase-LRM、10GBase-ER、10GBase-ZR和10GBase-LX4这六个规范。 （1）10GBase-SR 10GBase-SR中的“SR”代表“短距离”（short range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的短波（波长为850nm）多模光纤（MMF），有效传输距离为2～300m，要支持300m传输需要采用经过优化的50μm线径OM3（Optimized Multimode 3，优化的多模3）光纤（没有优化的线径50μm光纤称为OM2光纤，而线径为62.5μm的光纤称为OM1光纤）。 10GBase-SR具有最低成本、最低电源消耗和最小的光纤模块等优势。 （2）10GBase-LR 10GBase-LR中的“LR”代表“长距离”（Long Range）的意思，该规范支持编码方式为64B/66B 的长波（1310nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到10km，事实上最高可达到25km。 10GBase-LR的光纤模块比下面将要介绍的10GBase-LX4光纤模块更便宜。 （3）10GBase-LRM 10GBase-LRM中的“LRM”代表“长度延伸多点模式”（Long Reach Multimode），对应的标准为2006年发布的IEEE 802.3aq。在1990年以前安装的FDDI 62.5μm多模光纤的FDDI网络和100Base-FX网络中的有效传输距离为220m，而在OM3光纤中可达260m，在连接长度方面，不如以前的10GBase-LX4规范，但是它的光纤模块比10GBase-LX4规范光纤模块具有更低的成本和更低的电源消耗。 （4）10GBase-ER 10GBase-ER中的“ER”代表“超长距离”（Extended Range）的意思，该规范支持超长波（1550nm）单模光纤（SMF），有效传输距离为2m到40km。 （5）10GBase-ZR 几个厂商提出了传输距离可达到80km超长距离的模块接口，这就是10GBase-ZR规范。它使用的也是超长波（1550nm）单模光纤（SMF）。但80km的物理层不在EEE 802.3ae标准之内，是厂商自己在OC-192/STM-64 SDH/SONET规范中的描述，也不会被IEEE 802.3工作组接受。 （6）10GBase-LX4 10GBase-LX4采用波分复用技术，通过使用4路波长统一为1300 nm，工作在3.125Gb/s的分离光源来实现10Gb/s传输。该规范在多模光纤中的有效传输距离为2～300m，在单模光纤下