以太网物理接口类型介绍与信号定义

以太网物理接口介绍一、以太网接口类型以太网接口常用有双绞线接口（俗称电口）和光纤接口（俗称光口）2种。另外还有早期的同轴电缆接口。下面是常用以太网接口的代号：10BASE2:采用细同轴电缆接口的IEEE802.310Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause10.)10BASE5:采用粗同轴电缆接口的IEEE802.310Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause8.)10BASE-F:采用光纤电缆接口的IEEE802.310Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause15.)10BASE-T:采用电话双绞线的IEEE802.310Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause14.)100BASE-FX:采用两个光纤的IEEE802.3100Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clauses24and26.)100BASE-T2:采用两对3类线或更好的平衡线缆的IEEE802.3100Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause32.)100BASE-T4:采用四对3、4、5类线非屏蔽双绞线的IEEE802.3100Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause23.)100BASE-TX:采用两对5类非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线的IEEE802.3100Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clauses24and25.)1000BASE-CX:1000BASE-X在特制的屏蔽电缆传输的接口规格(参见IEEE802.3Clause39.)1000BASE-LX:1000BASE-X采用单模或多模长波激光器的规格(参见IEEE802.3Clause38.)1000BASE-SX:1000BASE-X采用多模短波激光器的规格(参见IEEE802.3Clause38.)1000BASE-T:采用四对五类平衡电缆的1000Mb/s物理层规格(参见IEEE802.3Clause40.)1.电口电口传输距离标准为100m，电口采用RJ－45接口。这是一种习惯的叫法，实际上RJ45只是一种接线方式，此处沿用习惯的叫法。RJ-45插座可以分为屏蔽式和非屏蔽式、直插式和侧插式、带LED灯和不带LED灯，有单端口、两端口、单排四端口、单排6端口、单排8端口、双排8端口、双排12端口、双排16端口等，有8PIN、6PIN和4PIN。图3所示是常用的屏蔽式、侧插、带LED指示灯、单排四端口的RJ-45插座。其中LED指示灯是绿色和黄色，按公司规范可以分别表示LINK（链路完整）和ACT（有收发活动）等。1.RJ－45插座与RJ－45插座相对应的是RJ－45插头，如图4所示，一般为8PIN。在10/100M以太网时，其中2根表示1对发送数据，另2根表示1对接收数据，剩下4根保留（100BASE-T4使用4对线，是为3类线设计的）；在1000M以太网时，1000BASE-T使用的是4对双绞线，每一对线都作双向数据传输，因为目前应用很少，这里不做介绍。下面只介绍FE的网线。•RJ－45插头我们常用的网线有两种：不带交叉网线和带交叉网线。平时所说的网线名称与802.3标准中所说的网线名称容易混淆。标准中的直连网线（StraightThroughCable）不带交叉，针脚定义如下表所示。主要用于交换机或集线器与工作站或PC机的网卡之间连接的以太网双绞线电缆。不能直接连接两台PC机的网卡。1.直连网线针脚定义插头1针脚插头2针脚信号芯线颜色备注11发送white-orange双绞线22orange33接收white-green双绞线66green44双向blue双绞线55white-blue77双向white-brown双绞线88brown标准中交叉网线（CrossOverCable）的连线为交叉方式，如下表所示，主要用于交换机与中继器、集线器和集线器、工作站的网络接口卡和工作站的网络接口卡之间连接的以太网双绞线电缆。•直连网线针脚定义插头1针脚插头2针脚信号芯线颜色备注13发送white-orange双绞线26orange31接收white-green双绞线62green44双向blue双绞线55white-blue77双向white-brown双绞线88brown对于常说的RJ－45的MDI和MDIX接口，对应为DTE侧接口和DCE侧接口，MDI接口的PIN定义如下图所示。•MDI接口PIN定义而MDI－X接口的PIN定义如下图所示，其收发方向刚好与MDI接口相反。•MDI－X接口PIN定义现在有些物理层芯片支持MDI和MDIX自动识别功能，它可以根据与其相连的对端设备是DTE还是DCE及使用的是MDIX还是MDI模式，也可以设成MDI或MDIX的固定模式。1.光口目前以太网光模块封装有GBIC、SFF、SFP，公司目前推荐使用的是GBIC和SFP两种可热插拔的光模块，有850nm、1310nm、1550nm波长，还可以分为多模和单模，而传输距离也不一样，多模传输距离为275～550m，单模则可以达到2Km、10Km、15Km、40Km、70Km，甚至100Km或以上。下图为GBIC（GigabitInterfaceConverter）封装的光模块，其收发分开，采用SC光纤接头，多模的波长为850nm，单模有1310nm和1550nm，支持热插拔。•GBIC封装光模块下图为SFP（SmallForm－factorPluggable）封装的光模块，其收发分开，采用LC光纤，支持热插拔。SFF封装与SFP一样，唯一区别只是SFF为固定式。•SFP封装光模块1.FE自协商自协商功能允许一个网络设备能够将自己所支持的工作模式信息传达给网络上的对端，并接受对方可能传递过来的相应信息。它使用修订过的10BASE-T的整合性测试脉冲序列（linkintegritytestpulsesequence）来传递信息，自协商功能完全由物理层芯片设计实现，因此并不使用专用数据包或带来任何高层协议开销。自协商功能的基本机制就是将协商信息封装进一连串修改后的“10BASE-T连接测试收发波形”的连接整合性测试脉冲。这串脉冲被称为快速连接脉冲（FLP）。每个网络设备必须能够在上电、管理命令发出、或是用户干预时发出此串脉冲。快速连接脉冲包含一系列连接整合性测试脉冲组成的时钟/数字序列。将这些数据从中提取出来就可以得到对端设备支持的工作模式，以及一些用于协商握手机制的其他信息。为了保持与现有10BASE-T设备的互操作性，自协商协议还具有接受与10BASE-T兼容的连接整合性测试脉冲（也被称为普通连接脉冲（NLP）序列）的功能。当一个设备不能对快速连接脉冲做出有效的反应，而仅返回了一个普通连接脉冲时，它将被作为一个10BASE-T兼容设备对待。FE自协商的规则，可以用下表表示：（FD表示全双工，HD表示半双工）。对于只有一方支持自协商的情况，根据IEEE802.3的标准，采用并行检测机制。对端设备接口类型自协商设备的自协商结果自协商100M，全双工；10MFD10MHD10MHD10MHD100MFD100MHD100MHD100MHD1.自协商技术的功能规范脉冲序列中的第一个脉冲为时钟脉冲，并在其后每隔125us出现一个时钟脉冲，数据脉冲出现的位置在相邻两个时钟脉冲的中点上（偏差+/-7us）。且以正脉冲表示逻辑1，无脉冲表示逻辑0。一个FLP脉冲序列包含17个时钟脉冲，16个数据脉冲（如果数据比特位都是1的话），16个数据比特位的编码见后面。NLP脉冲波形要比FLP简单，它只是在没有数据帧发送时每隔16+/-8ms发送一次正脉冲。FLP和NLP的波形如下图所示。•单一快速连接脉冲（FLP）的波形•连续的快速连接脉冲（FLP）和普通连接脉冲（NLP）的波形1.自协商技术中的信息编码快速连接脉冲（FLP）的信息编码可以分为两类，一类是基本连接码字（基本页），支持基本的信息的交换。另一类是下一页码字，以支持附加信息页的交换。基本页的信息编码可由下图表示。•基本页的信息编码图（1）选择域（SelectorField）：S[0:4]用于标识自协商消息的类型。已定义的类型如下表所示，所有未列出的组合的意义均保留，保留的编码组合目前不应在传输中出现。•自协商的类型含义S4S3S2S1S0Selectordescription00000ReservedforfutureAuto-Negotiationdevelopment00001IEEEStd802.300010IEEEStd802.9ISLAN-16T11111ReseervedforfutureAuto-Negotiationdevelopment（2）技术能力域（TechnologyAbilityField）：A[0:7]用于描述本端网络接口所支持的各种工作模式。不同的选择域类型对应不同的技术能力域定义。下面表格给出IEEE802.3标准下定义的各种技术能力及其编码。•自协商的技术支持域的含义BitTechnologyMinimumcablingrequirementA010BASE-TTwo-pairCategory3A110BASE-TFULLDUPLEXTwo-pairCategory3A2100BASE-TXTwo-pairCategory5A3100BASE-TXFULLDUPLEXTwo-pairCategory5A4100BASE-T4Four-pairCategory3A[5:7]Reservedforfururetechnology当协商双方都支持一种以上的工作方式时，需要有一个优先级方案来确定一个最终工作方式。下表按优先级从高到底的顺序列出了IEEE802.3所支持的五种模式。1.100BASE-TXfullduplex2.100BASE-T43.100BASE-TX4.10BASE-Tfullduplex5.10BASE-T（3）远程错误（RemoteFault）：远程错误位（RF）提供了传递简单错误信息的机制。当发信方的自协商广告寄存器中的RF位被置位时，基本连接码字的RF位相应变为逻辑1；当接收方收到的基本连接码字的RF位为逻辑1时，其MII状态寄存器的RF位也将被置位（如果收方具有MII管理功能的话）。（4）应答（Acknowledge）：应答位（Ack）在自协商信令中用于表明线路上的一方已经收到了另一方发出的基本连接码字。（5）下一页（NextPage）：下一页（NF）在自协商信令中表示要进行下一页的信息的传送。如果一个设备不支持下一页功能，它应将此位置0，如果设备支持下一页功能，但不想进行下一页操作，它也应该将此位置0，只有设备支持此功能并要进行下一页操作时才将此位置1。自协商功能除了可以发送基本页信息来进行信息的交换，还可以通过发送下一页信息的功能来进行额外的信息的交换。下一页信息的编码又分为两种，一种是消息页编码，另外一种是非格式化页编码，消息页是用来定义一套消息的，非格式化页在某一消息页后发送，用来表示这一消息的数据信息，一个消息页后面可以跟随不止一个非格式化页。这两种页编码格式如下：•下一页的信息编码格式各个域的含义如下：（1）消息域（MessageCodeField）消息域为11个比特（M0-M10），由通信双方定义，可以定义2048个消息。（2）非格式化域（UformattedCodeField）非格式化域为11个比特（U0-U10），携带某个消息的数据信息。（3）比特交替域（Toggle）比特交替域位于比特11位，它的值为上一页的该比特值的非值。第1个下一页的该值为基本页的比特11位的值。（4）应答域2（Acknolowledge2）应答域2用来表示对方可否执行本方发送过来的消息。为0表示不能执行，为1表示可以执行。（5）消息页域（MessagePage）消息页域用来表示此下一页编码是消息页编码还是非格式化消息页编码。为1表示是消息页编码，为0表示是非格式化消息页编码。（6）应答域（Acknolowledge）与