以太网技术白皮书 - 图文

以太网技术白皮书

以太网技术白皮书

摘要

本文主要介绍以太网技术的基础、原理和应用。包含以太网基本原理、链路协议、端口应用设计以及以太网交换机等几个方面的内容。

关键字

以太网，CSMA/CD，10BASE，100BASE，1000BASE，10GBASE，自动协商，帧格式，二层交换，POE

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以太网技术白皮书 目 录

摘要 ........................................................................................................................................................................... 1 关键字 ....................................................................................................................................................................... 1 1 以太网概述 ....................................................................................................................................................... 4

1.1 IEEE802.3简介 ..................................................................................................................................... 4

1.1.1 物理模型 ................................................................................................................................... 4 1.1.2 以太网速度 ............................................................................................................................... 6 1.2 CSMA/CD ............................................................................................................................................. 7 1.3 数据传输 ............................................................................................................................................... 7

1.3.1 并行和串行传输 ....................................................................................................................... 7 1.3.2 以太网的传输顺序 ................................................................................................................... 9 1.4 双工通信 ............................................................................................................................................... 9 2 数据链路层 ..................................................................................................................................................... 10

2.1 链路层功能 ......................................................................................................................................... 10 2.2 MAC帧结构 ........................................................................................................................................11 2.3 VLAN .................................................................................................................................................. 13 2.4 通信帧截图 ......................................................................................................................................... 14 2.5 MAC控制器 ....................................................................................................................................... 15 3 物理层 ............................................................................................................................................................. 18

3.1 物理层功能 ......................................................................................................................................... 18

3.1.1 PCS子层 ................................................................................................................................. 19 3.1.2 PMA子层 ................................................................................................................................ 24 3.1.3 PMD子层和介质 .................................................................................................................... 29 3.1.4 扰码 ......................................................................................................................................... 38 3.2 物理层芯片 ......................................................................................................................................... 39

3.2.1 PHY的结构和原理 ................................................................................................................ 39 3.2.2 PHY的典型端口设计 ............................................................................................................ 42 3.2.3 隔离与RJ-45 ........................................................................................................................... 43 3.3 Link过程 ............................................................................................................................................. 45

3.3.1 Link Monitor ............................................................................................................................ 45 3.3.2 Link Time ................................................................................................................................. 48

4 端口技术 ......................................................................................................................................................... 51

4.1 10/100/1000BASE-T端口 .................................................................................................................. 51

4.1.1 自动协商（Auto- Negotiation） ............................................................................................ 51 4.1.2 自动反转（AUTO-MDIX） .................................................................................................. 56 4.1.3 流量控制 ................................................................................................................................. 57 4.1.4 POE供电 ................................................................................................................................. 58 4.1.5 EEE功能 ................................................................................................................................. 60 4.2 10GBASE-T/R端口 ............................................................................................................................ 62 4.3 40G/100GBASE-R端口 ..................................................................................................................... 63 4.4 端口管理 ............................................................................................................................................. 64 5 以太网交换机 ................................................................................................................................................. 66

5.1 以太网交换机结构 ............................................................................................................................. 66

以太网技术白皮书 6

5.2 二层交换 ............................................................................................................................................. 68 参考文献 ......................................................................................................................................................... 69

以太网技术白皮书 1 以太网概述

1.1 IEEE802.3简介

IEEE802.3是由美国电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）标准化的一种局域网连接技术（现在很多已经扩展到广域网连接中）。以太网基于通用的介质访问控制（MAC）机制，支持我们最常见的10M，100M，1000M，10G以及比较新的40G，100G等运行速度。定义了常见的介质模式，包括光、电等传输模式以及对物理层的要求。

1.1.1 物理模型

在考虑所谓模型的时候，不得不提起OSI和TCP/IP的层次模型，他们是通信系统中的经典模型，具有广泛的适用性和参考价值。

两端对等通信是可以使用不同的物理链路进行透明传输的。为了了解通信的过程，以TCP/IP协议举例，让读者全面了解分层模型的通信过程。重点是理解通信的层次化，而一个根本的原则是上层的信息会被不变更的封装到下层当中，只到最后形成可以满足以太网传输的物理数据流进行传输。

图1.1.1 交流过程的层次模型

TCP/IP的分层模型和上面的两国领导人对话一样，需要经过若干层次进行交流。下图是大家熟悉的OSI七层模型。在当今TCP/IP为主的网络通信时代，七层模型实际上用得少，但作为一种层次化通信系统的设计方法，其具备绝对的参考意义。