IEEE 802.3和以太网

2021年2月12日发(作者：国际版)

IEEE 802.3

和以太网

OSI

参考模型

(Open System Interconnect Reference Model

，开放系统互联参考模型

) :A

seven layer abstract reference model for communications protocols in which each layer

performs a specific task. The intent of the model is to allow different vendors on different

hardware to communicate with each other at the same layer. The seven layers are

physical, data link, network, transport, session, presentation, and application.

一种通信协议的

7

< br>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

:< /p>

物理层、数据链路层、

网路层、传输层 、话

路层、表示层和应用层。

IEEE 802.3

委员会的工作范畴是在

< br>OSI

参考模型

(Open System Interconnect Reference

Model

，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

IEEE 802.3 Local and metropolitan

area networks

标准

Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection

(CSMA/CD) access method and physical layer specifications

规定的以太网的子层和接口。

IEEE 802.3

标准把物理层从低到高分成如下子层和接口。

MDI

（

Medium Dependent Interface

，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

（

Physical Medium Dependent

，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

（

Physical Medium Attachment

，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

（

Physical Coding Sublayer

，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

（

Gigabit Media Independent Interface

，吉比特媒质无关接口）： 吉比特

MAC

和吉

比特物理层之间的< /p>

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

（

Reconciliation Sublayer

，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

（

Media Access Control

，媒体访问控制）子层：负责向物理层的数据转发功能（与媒

< p>
介无关）

。一般地来说，

MAC

< br>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。

MAC Control

（

MAC

控制）子层：

MAC Control

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。< /p>

LLC

（

Logical Link Control

，

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

IEE 802.3

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）。

The Ethernet MAC and PHY implement the bottom two layers of the International

Organization for Standardization/Open System Interconnect (ISO/OSI) stack. The MAC

interfaces with the PHY through an MII. The typical 10/100 PHY Ethernet implementation

incorporates separate 10BaseT and 100BaseTX interfaces.

以太网

PHY

和

MAC

实 现国际标准化组织

（

ISO

，

International Organization for

Standardization

）开放系统互连（

< p>
OSI

，

Open System Interconnect

）

(ISO/OSI)

< p>
协议栈的

下两层。

MAC

通过

MII

和

PHY

< br>接口。

典型的

10

兆和

100

兆

PHY

以太网 实现分别和

10BaseT

和

100B aseTX

接口结合。

The PHY is the physical interface transceiver. It implements the physical layer. The

IEEE-802.3 standard defines the Ethernet PHY. It complies with the IEEE-802.3

specifications for 10BaseT (clause 14) and 100BaseTX (clauses 24 and 25).

PHY< /p>

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

< p>
IEEE-802.3k

中用于

10BaseT(

第

14

条

)< /p>

和

100BaseTX(

第

24

条和第

25

条

)

的规范。

The MAC is the media access controller. The Ethernet MAC is defined by the IEEE-802.3

Ethernet standard. It implements a data-link layer. The latest MACs support operation at

both 10 Mbits/s and 100 Mbits/s. This crop typically implements the MII.

MAC

是媒体访问控制器。

以太网

M AC

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

< br>接口，来同行业标准

PHY

器件实现接口。

IEEE 802.3

标准还规范了以下兼容性接 口（

Compatibility interfaces

）

The following important compatibility interfaces are defined within what is architecturally

the Physical Layer.

下列重要的兼容性接口被定义在物理层架构里。

a) Medium Dependent Interfaces (MDI). To communicate in a compatible manner, all

stations shall adhere rigidly to the exact specification of physical media signals defined in

Clause 8 (and beyond) in this standard, and to the procedures that define correct behavior

of a station. The medium-independent aspects of the LLC sublayer and the MAC sublayer

should not be taken as detracting from this point; communication by way of the ISO/IEC

8802-3 [IEEE Std 802.3] Local Area Network requires complete compatibility at the

Physical Medium interface (that is, the physical cable interface).

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/IEC 8802-3 [IEEE Std

802.3]

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) Attachment Unit Interface (AUI). It is anticipated that most DTEs will be located some

distance from their connection to the physical cable. A small amount of circuitry will exist

in the Medium Attachment Unit (MAU) directly adjacent to the physical cable, while the

majority of the hardware and all of the software will be placed within the DTE. The AUI is

defined as a second compatibility interface. While conformance with this interface is not

strictly necessary to ensure communication, it is recommended, since it allows maximum

flexibility in intermixing MAUs and DTEs. The AUI may be optional or not specified for

some implementations of this standard that are expected to be connected directly to the

medium and so do not use a separate MAU or its interconnecting AUI cable. The PLS and

PMA are then part of a single unit, and no explicit AUI implementation is required.

连接单元接口

（

AUI

）< /p>

。

也称为附件单元接口。

预计大部分的< /p>

DTE(Data Terminal Equipment

，< /p>

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

，

Medium Attachment Unit

），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

< /p>

使用单独的

MAU

或它的互联

< p>
AUI

电缆。然后，

PLS

（

Physical Layer

Signaling

，物理层信令）和

PMA

（

Physical Medium Attachment

，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

型

1 5

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:Attachment Unit Interface

连接单元接口

c) Media Independent Interface (MII). It is anticipated that some DTEs will be connected to

a remote PHY, and/or to different medium dependent PHYs. The MII is defined as a third

compatibility interface. While conformance with implementation of this interface is not

strictly necessary to ensure communication, it is recommended, since it allows maximum

flexibility in intermixing PHYs and DTEs. The MII is optional.

媒

体独立接口（

MII

，

Meida Independent Inte rface

）。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。

< p>
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。

< p>

The Media Independent Interface (MII) is an Ethernet industry standard defined in IEEE

802.3. It consists of a data interface and a management interface between a MAC and a

PHY (Fig. 1). The data interface consists of a channel for the transmitter and a separate

channel for the receiver. Each channel has its own clock, data, and control signals. The

MII data interface requires a total of 16 signals. The management interface is a two-signal

interface

—

one signal for clocking and the other for data. With the management

interinterface, upper layers can monitor and control the PHY.

媒体独立接口（

MII

，

Mediu m Independent Interface

）是

IEE E-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

Fast Ethernet MAC-bl ock

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

< p>
与

MII

等效的接口有 ：

AUI

（

10M

< br>以太网）、

GMII

（

Giga bit

以太网）和

XAUI

（

10-Gigabit

以太网）。

此

外还有

RMII(Reduced MII)

、

GMII(Gigabit MII)

、

RGMII

（

Reduc ed GMII

）

SMII

等。所

有的这些接口都从

MII

而来，

< p>
MII

是

(Medium Independent Interface

）的意思，是指不用考

< br>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。

< p>

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，

< br>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

、

GMI I

等。

R MII

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< /p>

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，

RM II

支持

10

兆和

100

兆的总线接口速度。

< /p>

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。

< br>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

< br>100

的需求，它的时钟频率很高，达到了

< p>
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

< br>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

< br>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（

M AC

）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

，

Reduced Media Independant Interface)

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，

< p>

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

IEEE 802.3(10M)/IEEE

802.3u(100M)/IEEE 802.1q(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

+paddi ng(optional)+FSC(32bitCRC )

如果有

vlan

，

则要在类型

/

长度后面加

上

2

个字节 的

vlan tag

，其中

12bit

来表示

vlan id

，另外

4bit

表示数据的优先级！

d)Gigabit Media Independent Interface (GMII).

The GMII is designed to connect a 1 Gb/s capable gigabit- capable MAC or repeater unit to

a 1 Gb/s gigabit PHY. While conformance with implementation of this interface is not

strictly necessary to ensure communication, it is highly recommended, since it allows

maximum flexibility in intermixing PHYs and DTEs at 1 Gb/s gigabit speeds. The GMII is

intended for use as a chip-to-chip interface. No mechanical connector is specified for use

with the GMII. The GMII is optional.

吉

< br>比特媒体独立接口（

GMII

，

Gigabit Media Independent Interface

）

GMII

设计用来连接

1Gbps

< p>
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

< br>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。

< p>
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 (Gigabit MII)

< br>GMII

采用

8

位接口数据，< /p>

工作时钟

125MHz

，

因此传输速率可达

1000Mbps

。

同时兼容

MII

所规定的

10 /100 Mbps

工作方式。

< /p>

GMII

接口数据结构符合

IEEE

以太网标准。该接口定义见

IEEE 802.3-2000

。

发送器

：

◇

GTXCLK

——

吉比特

TX..

信号的时钟信 号（

125MHz

）

◇

TXC LK

——

10/100M

信号时钟

◇

TXD[7..0]

——

被发送数据

< p>

◇

TXEN

——

发送器使能信号

◇

TXE R

——

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< /p>

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

GTXCL K

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

― IEEE 802.3,2000

-

22.2.4 Management Functions‖

中规定了用途，其余的则由各

< p>
器件自己指定。

e) Ten-bit Interface (TBI). The TBI is provided by the 1000BASE-X PMA sublayer as a

physical

instantiation of the PMA service interface. The TBI is recommended for 1000BASE-X

systems,

since it provides a convenient partition between the high-frequency circuitry associated

with the

PMA sublayer and the logic functions associated with the PCS and MAC sublayers. The

TBI is

intended for use as a chip- to-chip interface. No mechanical connector is specified for use

with the

TBI. The TBI is optional.

10

比特接口（

TBI

，

< br>Ten-bit Interface

）。

TBI

被

1000BASE-X

的

PMA

（

Physical Medium

Attachment

，物理媒体附加）子层提供作为

< br>PMA

服务接口的物理实例化。

TBI

< br>被推荐给

1000BASE-X

系统，因为它提供了

PMA

子层相关高

频电路与

PCS

、

MAC

< p>
子层相关逻辑

功能之间的便利区分。

TBI

设计用作芯片到芯片的接口。

无机械连接器被指定为何

TBI

一起

使用。

TBI

是可选的。

f) 10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII). The XGMII is designed to connect a

10 Gb/s

capable MAC to a 10 Gb/s PHY. While conformance with implementation of this interface

is not

strictly necessary to ensure communication, it is recommended, since it allows maximum

flexibility

in intermixing PHYs and DTEs at 10 Gb/s speeds. The XGMII is intended for use as a

chip-to- chip

interface. No mechanical connector is specified for use with the XGMII. The XGMII is

optional.

10

吉比特媒体独立接口（

XGMI I

，

10 Gigabit Media Independent Interface

）。

XGMI I

被

设计用于连接

10Gbps

能力的

MAC

到

10 Gbps

的

PHY

。

< br>而为了确保通信，

与此接口实现相

一致性不严格必须，< /p>

和这种接口的兼容性是

建议的，

因为它允许以

10Gbps

速率混杂

PHYs

和

DTEs

时 最大的灵活性。

XGMII

设计用作芯片到芯片的接口。无机械 连接器被指定为和

XGMII

一

起使用。

XGMII

是可选的。

< p>

g) 10 Gigabit Attachment Unit Interface (XAUI). The XAUI is designed to extend the

connection

between a 10 Gb/s capable MAC and a 10 Gb/s PHY. While conformance with

implementation of

this interface is not strictly necessary to ensure communication, it is recommended, since

it allows

maximum flexibility in intermixing PHYs and DTEs at 10 Gb/s speeds. The XAUI is

intended for

use as a chip-to-chip interface. No mechanical connector is specified for use with the

XAUI. The

XAUI is optional.