以太网物理层器件.pdf

以太网知识讲座（3）——物理层器件 王廷尧，马克城 （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。 1.1 PHY 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。 1.2 MII MII 满足 ISO/IEC 8802-3 和 IEEE 802.3 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。 1.2.1 MAC-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。 1.2.2 STA-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/IEC 8802.3 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P