006 Ethernet(以太网)详解(一)


一、以太网

以太网是一种 计算机局域网技术。 IEEE组织的 IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准,它规定了包括 物理层的连线、电子信号和介质访问层 协议的内容。
以太网有两类:第一类是经典以太网,第二类是 交换式以太网,使用了一种称为 交换机的设备连接不同的计算机。经典以太网是以太网的原始形式,运行速度从3~10 Mbps不等;而交换式以太网正是广泛应用的以太网,可运行在100、1000和10000Mbps那样的高速率,分别以 快速以太网、千兆以太网和万兆以太网的形式呈现。  
以太网的标准 拓扑结构为 总线型拓扑,但目前的快速以太网( 100BASE-T1000BASE-T标准)为了减少冲突,将能提高的网络速度和使用效率最大化,使用交换机来进行网络连接和组织。如此一来,以太网的拓扑结构就成了 星型;但在逻辑上,以太网仍然使用总线型拓扑和 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection,即载波多重访问/碰撞侦测)的总线技术。
 
扩展以太网是指遵守 IEEE 802.3 标准组成的局域网,由 IEEE 802.3 标准规定的主要是位于 参考模型的物理层(PHY)和数据链路层中的介质访问控制子层(MAC)
在家庭、企业和学 校所组建的 PC 局域网形式一般也是以太网,其标志是使用水晶头网线来连接(当然还有其 它形式)
IEEE 还有其它局域网标准,如 IEEE 802.11 是无线局域网,俗称 Wi-Fi IEEE802.15 是个人域网,即蓝牙技术,其中的 802.15.4 标准则是 ZigBee 技术。 
 

二、以太网帧格式

图8‑12以太网帧格式

表8‑5以太网帧格式说明

类别

字节数

说明

前导码(Preamble)

8

连续 7 个 8’h55 加 1 个 8’hd5,表示一个帧的开始,用于双方设备数据的同步;

目的 MAC 地址

6

存放目的设备的物理地址,即 MAC 地址

源 MAC 地址

6

存放发送端设备的物理地址

类型

2

用于指定协议类型:

0800: IP 协议;

0806: ARP 协议;

8035: RARP 协议;

数据

46~1500

最少 46 字节,不足需要补全 46  字节,例如 IP 协议层就包含在数据

部分,包括其 IP 头及数据。

FCS(帧尾)

4

称为帧校验序列,采用 32 位 CRC 校验,对目的 MAC 地址字段到数据字段进行校验。

三、以太网接口

以太网接口电路主要由MAC(Media Access Control)控制器和物理层接口PHY(Physical Layer,PHY)两大部分构成。如下图所示

 

 

但是,在实际的设计中,以上三部分并不一定独立分开的。 由于,PHY整合了大量模拟硬件,而MAC是典型的全数字器件。考虑到芯片面积及模拟/数字混合架构的原因,通常,将MAC集成进微控制器而将PHY留在片外。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。可分为下列几种类型:
 
1)CPU集成MAC与PHY。目前来说并不多见

 

 

2)CPU集成MAC,PHY采用独立芯片。比较常见

 

 

3)CPU不集成MAC与PHY,MAC与PHY采用集成芯片。比较常见

 

下图是网络接口内部结构图,虚框表示CPU,MAC集成在CPU中,PHY芯片通过MII接口与CPU上的MAC连接。

 

MAC及PHY工作在OSI七层模型的数据链路层和物理层。具体如下
IEEE802.3标准文档下载地址:https://ieeexplore.ieee.org/browse/standards/get-program/page/。它分为很多个section。
 
第一部分是10Mb/s以太网(其中有关于MAC的规范),第二部分是100BASE-T 100Mb/s基带网络介绍,第三部分是1000 Mb/s基带网络介绍,第四部分是10 Gb/s基带网络介绍。但是,并不是说每部分都是独立的。

四、参考资料

2、https://mp.weixin.qq.com/s/EJOdYYI8l7TCD2l1bdy3MA


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