IEEE8023和以太网.docx

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IEEE8023和以太网

IEEE802.3和以太网

OSI参考模型（OpenSystemInterconnectReferenceModel，开放系统互联参考模型）:

Asevenlayerabstractreferencemodelforcommunicationsprotocolsinwhicheachlayerperformsaspecifictask.Theintentofthemodelistoallowdifferentvendorsondifferenthardwaretocommunicatewitheachotheratthesamelayer.Thesevenlayersarephysical,datalink,network,transport,session,presentation,andapplication.

一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。

该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。

这7层是:

物理层、数据链路层、网路层、传输层、话路层、表示层和应用层。

IEEE802.3委员会的工作范畴是在OSI参考模型（OpenSystemInterconnectReferenceModel，开放系统互联参考模型）下面的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（RGMII/GMII/MII）。

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。

这两层的每一层又分成若干子层和接口。

下图显示了IEEE802.3Localandmetropolitanareanetworks标准Part3:

Carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection（CSMA/CD）accessmethodandphysicallayerspecifications规定的以太网的子层和接口。

IEEE802.3标准把物理层从低到高分成如下子层和接口。

MDI（MediumDependentInterface，媒体相关接口）：

规范物理媒体信号和传输媒质与物理设备之间的机械和电气接口。

PMD（PhysicalMediumDependent，物理媒体相关）子层：

位于MDI之上的PMD负责与传输媒体的接口。

PMA（PhysicalMediumAttachment，物理媒体附加）子层：

负责发送、接收、定时恢复和相位对准功能。

PCS（PhysicalCodingSublayer，物理编码子层）：

负责把数据比特编成合适物理媒质传输的码组。

GMII（GigabitMediaIndependentInterface，吉比特媒质无关接口）：

吉比特MAC和吉比特物理层之间的GMII允许多个数据终端设备混合使用各种吉比特速率物理层。

RS（ReconciliationSublayer，协调子层）：

提供GMII信号到MAC层的映射。

数据链路层由下列子层组成（由下到上顺序）：

MAC（MediaAccessControl，媒体访问控制）子层：

负责向物理层的数据转发功能（与媒介无关）。

一般地来说，MAC子层负责封装（成帧、地址标示、差错检测）和媒体接入（冲突监测和延时过程）功能。

MACControl（MAC控制）子层：

MACControl是可选的子层，负责MAC子层操作的实时控制和处理。

定义了MAC控制子层以允许未来加入新功能。

LLC（LogicalLinkControl，逻辑链路控制）子层：

负责数据链路层与媒体访问无关的功能，它不在IEE802.3标准的范畴之内。

MAC层和可选的MAC控制子层并不知晓上面是否存在LLC子层或者是其他客户（如网桥或中继器）。

TheEthernetMACandPHYimplementthebottomtwolayersoftheInternationalOrganizationforStandardization/OpenSystemInterconnect（ISO/OSI）stack.TheMACinterfaceswiththePHYthroughanMII.Thetypical10/100PHYEthernetimplementationincorporatesseparate10BaseTand100BaseTXinterfaces.

以太网PHY和MAC实现国际标准化组织（ISO，InternationalOrganizationforStandardization）开放系统互连（OSI，OpenSystemInterconnect）（ISO/OSI）协议栈的下两层。

MAC通过MII和PHY接口。

典型的10兆和100兆PHY以太网实现分别和10BaseT和100BaseTX接口结合。

ThePHYisthephysicalinterfacetransceiver.Itimplementsthephysicallayer.TheIEEE-802.3standarddefinestheEthernetPHY.ItcomplieswiththeIEEE-802.3specificationsfor10BaseT（clause14）and100BaseTX（clauses24and25）.

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。

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。

TheMACisthemediaaccesscontroller.TheEthernetMACisdefinedbytheIEEE-802.3Ethernetstandard.Itimplementsadata-linklayer.ThelatestMACssupportoperationatboth10Mbits/sand100Mbits/s.ThiscroptypicallyimplementstheMII.

MAC是媒体访问控制器。

以太网MAC由IEEE-802.3以太网标准定义。

它实现了数据链路层。

最新的MAC同时支持10/100/1000Mbps速率。

通常情况下，它实现MII/GMII/RGMII接口，来同行业标准PHY器件实现接口。

IEEE802.3标准还规范了以下兼容性接口（Compatibilityinterfaces）

ThefollowingimportantcompatibilityinterfacesaredefinedwithinwhatisarchitecturallythePhysicalLayer.下列重要的兼容性接口被定义在物理层架构里。

a）MediumDependentInterfaces（MDI）.Tocommunicateinacompatiblemanner,allstationsshalladhererigidlytotheexactspecificationofphysicalmediasignalsdefinedinClause8（andbeyond）inthisstandard,andtotheproceduresthatdefinecorrectbehaviorofastation.Themedium-independentaspectsoftheLLCsublayerandtheMACsublayershouldnotbetakenasdetractingfromthispoint;communicationbywayoftheISO/IEC8802-3[IEEEStd802.3]LocalAreaNetworkrequirescompletecompatibilityatthePhysicalMediuminterface（thatis,thephysicalcableinterface）.

a）媒体相关接口。

为了以兼容的方式通讯，所有站点会严格遵照在本标准字句8（及以后）定义的物理层媒体信号的确切规格，并且严格遵照定义站点正确行为的规程。

LLC子层和MAC子层的媒体无关方面不应该被认为从这一点减损；通过ISO/IEC8802-3[IEEEStd802.3]局域网方式通讯需要在物理媒体接口上完全兼容（即，物理电缆接口）。

b）AttachmentUnitInterface（AUI）.ItisanticipatedthatmostDTEswillbelocatedsomedistancefromtheirconnectiontothephysicalcable.AsmallamountofcircuitrywillexistintheMediumAttachmentUnit（MAU）directlyadjacenttothephysicalcable,whilethemajorityofthehardwareandallofthesoftwarewillbeplacedwithintheDTE.TheAUIisdefinedasasecondcompatibilityinterface.Whileconformancewiththisinterfaceisnotstrictlynecessarytoensurecommunication,itisrecommended,sinceitallowsmaximumflexibilityinintermixingMAUsandDTEs.TheAUImaybeoptionalornotspecifiedforsomeimplementationsofthisstandardthatareexpectedtobeconnecteddirectlytothemediumandsodonotuseaseparateMAUoritsinterconnectingAUIcable.ThePLSandPMAarethenpartofasingleunit,andnoexplicitAUIimplementationisrequired.

连接单元接口（AUI）。

也称为附件单元接口。

预计大部分的DTE（DataTerminalEquipment，数据终端设备）将被置于离他们到物理电缆连接一段距离。

少量的电路将存在于直接毗邻物理电缆的媒体连接单元（MAU，MediumAttachmentUnit），而大部分的硬件和所有的软件都将被放置在DTE中。

AUI被定义为第二兼容性接口。

虽然为确保通信，和这种接口的一致性不严格必须，但是和这种接口的兼容性是建议的，因为它允许在混杂MAU和DTE的最大的灵活性。

AUI可能是可选的或不为本标准的一些实现指定，这些实现预计将直接连接到媒体，所以不使用单独的MAU或它的互联AUI电缆。

然后，PLS（PhysicalLayerSignaling，物理层信令）和PMA（PhysicalMediumAttachment，物理媒体附加）是单个单位的一部分，显式的AUI实现是不必要的。

AUI端口是用来与粗同轴电缆连接的接口，它是一种"D"型15针接口，这在令牌环网或总线型网络中是一种比较常见的端口之一。

路由器可通过粗同轴电缆收发器实现与10Base-5网络的连接，但更多的是借助于外接的收发转发器（AUI-to-RJ-45），实现与10Base-T以太网络的连接。

当然也可借助于其他类型的收发转发器实现与细同轴电缆（10Base-2）或光缆（10Base-F）的连接。

这里所讲的路由器AUI接口主要是用粗同轴电缆作为传输介质的网络进行连接用的，AUI接口示意图如图所示。

AUI:

AttachmentUnitInterface连接单元接口

c）MediaIndependentInterface（MII）.ItisanticipatedthatsomeDTEswillbeconnectedtoaremotePHY,and/ortodifferentmediumdependentPHYs.TheMIIisdefinedasathirdcompatibilityinterface.Whileconformancewithimplementationofthisinterfaceisnotstrictlynecessarytoensurecommunication,itisrecommended,sinceitallowsmaximumflexibilityinintermixingPHYsandDTEs.TheMIIisoptional.

媒体独立接口（MII，MeidaIndependentInterface）。

预计一些DTE将被连接到远程的PHY上，并且/或者连接到不同的媒体相关的PHYs。

MII被定义为第三兼容接口。

而为确保通信，与此接口实现相一致性不严格必须，和这种接口的兼容性是建议的，因为它允许在混杂PHY和DTE的最大的灵活性。

MII是可选的。

TheMediaIndependentInterface（MII）isanEthernetindustrystandarddefinedinIEEE802.3.ItconsistsofadatainterfaceandamanagementinterfacebetweenaMACandaPHY（Fig.1）.Thedatainterfaceconsistsofachannelforthetransmitterandaseparatechannelforthereceiver.Eachchannelhasitsownclock,data,andcontrolsignals.TheMIIdatainterfacerequiresatotalof16signals.Themanagementinterfaceisatwo-signalinterface—onesignalforclockingandtheotherfordata.Withthemanagementinterinterface,upperlayerscanmonitorandcontrolthePHY.

媒体独立接口（MII，MediumIndependentInterface）是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。

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。

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。

MII标准接口用于连快FastEthernetMAC-block与PHY。

“介质无关”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。

在其他速率下工作的与MII等效的接口有：

AUI（10M以太网）、GMII（Gigabit以太网）和XAUI（10-Gigabit以太网）。

此外还有RMII（ReducedMII）、GMII（GigabitMII）、RGMII（ReducedGMII）SMII等。

所有的这些接口都从MII而来，MII是（MediumIndependentInterface）的意思，是指不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，因为这些媒体处理的相关工作都有PHY或者叫做Framer的芯片完成。

MII支持10兆和100兆的操作，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50兆的总线时钟。

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10兆和100兆的总线接口速度。

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，所以在时钟上为了满足100的需求，它的时钟频率很高，达到了125兆，为什么用125兆，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100兆信号的传输，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125M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连接。

简化媒体独立接口（RMII，ReducedMediaIndependantInterface）是标准的以太网接口之一，比MII有更少的I/O传输。

RMII和MII对比：

RMII是用两根线来传输数据的，MII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10M线速，MII的速率是2.5M，RMII则是5M；对于100M线速，MII的速率是25M，RMII则是50M。

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IEEE802.3（10M）/IEEE802.3u（100M）/IEEE802.1q（VLAN）。

以太网帧的格式为：

前导符（7Bytes）+开始位（1Bytes）+目的mac地址+源mac地址+类型/长度+数据+padding（optional）+FSC（32bitCRC）如果有vlan，则要在类型/长度后面加上2个字节的vlantag，其中12bit来表示vlanid，另外4bit表示数据的优先级！

d）GigabitMediaIndependentInterface（GMII）.

TheGMIIisdesignedtoconnecta1Gb/scapablegigabit-capableMACorrepeaterunittoa1Gb/sgigabitPHY.Whileconformancewithimplementationofthisinterfaceisnotstrictlynecessarytoensurecommunication,itishighlyrecommended,sinceitallowsmaximumflexibilityinintermixingPHYsandDTEsat1Gb/sgigabitspeeds.TheGMIIisintendedforuseasachip-to-chipinterface.NomechanicalconnectorisspecifiedforusewiththeGMII.TheGMIIisoptional.

吉比特媒体独立接口（GMII，GigabitMediaIndependentInterface）GMII设计用来连接1Gbps能力的千兆MAC或中继器单元到1Gbps千兆PHY。

而为了确保通信，与此接口实现的一致性不是严格必须的，我们强烈建议，因为在以1千兆的速率混杂PHY和DTE时，它允许最大的灵活性。

GMII设计用作芯片到芯片接口。

无机械连接器被指定为和GMII一起使用。

是的GMII是可选的。

GMII（GigabitMII）

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10/100Mbps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IEEE802.3-2000。

发送器：

◇GTXCLK——吉比特TX..信号的时钟信号（125MHz）

◇TXCLK——10/100M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10/100M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“IEEE802.3,2000-22.2.4ManagementFunctions”中规定了用途，其余的则由各器件自己指定。

e）Ten-bitInterface（TBI）.TheTBIisprovidedbythe1000BASE-XPMAsublayerasaphysical

instantiationofthePMAservicein