1.3以太网技术的发展历程

 

数据链路层采用LLC（Logical Link Control逻辑链路控制子层）和MAC（MediaAccessControl，媒体访问控制）子层的结构，而物理层则采用PSC、PMA、PMD的层级结构。

 

1.4 以太网技术标准

 

1.4.2 标准以太网

 

标准以太网在物理层中主要由物理层信令子层和物理戒指附属子层组成，并提供介质相关接口（MDI），而在PLS和PMA之间依靠附属单位接口（AUI，Attachment Unit Interface）来完成子层之间的信息交互。甚至在一些DTE设备上直接将AUI暴露在外与其他DTE进行连接。有时候我们也把PMA和MDI一起称为介质附属单元MAU。

 

 

1、 PLS的基本功能

PLS在物理层的最顶层，以方便需要为MAC子层提供服务接口，将MAC子层接收到的数据传送给PMA，另一方面也需要将来至于PMA的数据信号转换成MAC子层能够识别的数据信息并通过服务接口传送回MAC子层。

 

2、 PMA的基本功能

PMA通过MDI直接面对传输介质，其基本任务是将从AUI接口收到的数据信号转换成物理介质可传送的串行比特流信号，同事也支持将物理传输介质上收到的串行比特流型号转换为PLS可以识别的数据信号。除此之外，为了传输介质上的信号冲突，PMA还必须具备检测介质冲突的功能和子午打断时间占用传输介质的功能。在某些更高级的实现中，PMA还支持一种监控的状态，以防止某一个功能部分的故障而影响整个网络运行。

 

3、 AUI的实现

AUI作为PLS和PMA之间的桥梁，其目的是需要将和介质有关的PMA和与介质不相关的PLS进行隔离，有利于各DTE设备在实现上的统一，而不需要具体考虑使用的物理传输介质的不同而采取不同的实现机制。所以AUI通过统一规范的数据输入输出和控制输入输出两队信号完成介质独立。

 

4、 MDI的实现

MDI直接面对不同的物理传输介质，所以在不同的标准中有不同的MDI接口和不同的连接器进行MAU和传输介质的连接。

 

5、 标准以太网的数据编码

标准以太网中采用了最常用的曼切斯特（Manchester）编码。曼切斯特编码使用一个时钟周期来表示一个b（bit，位）。在时钟周期的中间使用一次电平翻转，如果是由高到低则表示0，如果电平翻转由低到高则表示1。

 

 

1.4.3 快速以太网

 

快速以太网仍然沿用标准以太网的机制，在双绞线或光纤上进行数据传输，但是采用了更高的传输时钟频率，从而以更快的速率传输有效数据。在快速以太网的发展过程中也出现了多种标准。

 

1、 PCS的基本功能

PCS最主要的功能就是物理层数据编码。PCS从MII接收链路层发来的数据帧，将其编码成PMA可以识别的编码组。除此之外，PCS还可能提供系统复位，错误侦听，载波侦听一级冲突检测的基本功能。

 

2、 PMA的基本功能

PMA作为物理介质附属单元，其主要功能是将PCS编码后的便秘吗组信息转换成能够在物理介质上传送的编码流。根据传输介质的不同，这些编码流可能是电平信号，也可能是被调制的光信号。除此之外，PMA还具备系统复位，载波侦听，冲突检测，时钟回复，码元分组等功能。

 

3、 PMD的基本功能

在快速以太网中，PMD只存在于100Base-X以太网中，它是直接面对物理传输介质的子层，所以其最基本的功能就是将其接接受到的编码组信息转换成能够在传输介质上进行传输的物理信号。同事还规定了在双绞线上进行数据传输时的一些无理要求，如连接插入损耗，回波算好，传输损耗一级阻抗和抗干扰等需求。

 

4、 MII和MDI

在快速以太网的结构模型中，PHY介于数据链路层和物理传输介质之间，分别通过介质非相关接口（MII）和介质相关接口（MDI）进行数据和信号的交互。从字面意义进行理解，我们就应该明白介质相关接口是一个与下层物理传输介质无关的一种标准化的接口，它的实现和数据格式的传输和封装都与下层实现无关。而介质相关接口则相反，它的实现和信号传输与下层物理传输介质密切相关，甚至包含PCS,PMA以及PMD在内的实现都传输介质的不同而不同。

 

5、 DTE的交叉连接

无论是双绞线还是光纤，在DTE上一般都存在发送信号的引脚和接收信号的引脚。如果两个DTE设备通过物理介质相连时，需要将一方DTE的发送信号的引脚和另一DTE的接收信号的引脚相连。

 

6、 以太网的自协商

当快速以太网迅速发展并大规模应用之后，便面临着着这样一个问题：网络中既有支持快速以太网标准的DTE尸体，也有支持标准以太网的实体，甚至还有某些智能实体，纪要支持快速以太网又要支持标准以太网。在这种混合DTE实体存在的网络或链路中，如何保证它们之间的协同工作将是一个首要解决的问题。所以为了能够满足对标准以太网DTE实体进行兼容的需求，快速以太网DTE实体进行了专门的兼容设计，那就是快速以太网所支持的链路自协商功能。

 

7、 MDI和MDI-X协商

普通的DTE实体所提供的物理介质接口都是MDI接口，而在另一种DTE设备中，可能内部提供一种交叉能力，将收发信号的引脚进行了交叉。我们称后者为MDI-X接口。

 

 

1.4.4 千兆以太网

 

1、 千兆以太网的结构模型

千兆以太网仍然采用类似于100Base-T的网络模型，在MAC子层与PHY之间采用类似于MII的GMII进行数据交互，在PHY和物理传输介质之间采用MDI接口用于物理信号的传送。而在PHY内部仍然是PCS、PMA和PMD三个子层实现物理层的全部功能。

 

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千兆以太网实现模型

 

 

2、 RS和GMII

在MAC子层和PHY实体之间除了前面提到的GMII接口之外，还存在一个用于适配的适配子层。它主要用户映射GMII提供的信令集到MAC子层能够识别的服务源语。

 

3、 PCS

PCS子层在PHY中作为编码的主体，采用了8B/10B的编码算法对上层数据进行编码，同事对下层接收的编码信息进行解码而获得能够上送给MAC子层的数据信息。在PCS与MAC子层采用了8b宽度的数据块传输，这一点在一定程度上已经相对于100Base-T中采用的Nibble数据块提高了传输速率。8B/10B编码算法同样提供了荣誉控制信息传输的可能，当然也同样增加了链路传输的带宽需求。

 

4、 PMA

在PHY中，PMA介于PCS和PMD之间，实际上，只有PMD才是真正面对物理传输介质的实体，而在其之上的PMA和PCS与物理传输介质已经具有相当的独立性，尤其是PCS。

 

5、 PMD&MDI

PMD直接面对物理传输介质，它从PMA接受数据编码组，将其转换成能够在线对上传输的电信号或光信号，在传输到物理传输介质上，同时还规定了用于传输这些电信号或光信号的一些需求，如传输损耗，连接插入损耗等等，以及MDI接口采用的连接器等。

 

 

1.4.5 万兆以太网

 

1、 万兆以太网的结构模型

尽管万兆以太网包含了总舵的物理层标准，也兼容了不同的物理传输网络，但它们让然采用了类似的结构模型。

 

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万兆以太网实现模型

 

2、 RS和XGMII

作为适配子层，RS主要完成从串行数据岛并行数据的映射。RS与MAC子层之间传输的是串行数据，而在RS和PCS之间采用的XGMII接口包含了很多的数据传输通道，其间传输的数据我们称之为并行数据。

 

3、 XGXS和XAUI

XGXG（XGMIIExtender Sunlayer）和XAUI （10 GigabitAttachment Unit Interface）是专门为了扩展RS和PHY之间的传输距离而设计的一种结构子层和接口。

 

4、 PCS和PMA

在10GBase-X中，PCS和PMA完成从PMD子层的接口电器特性到RS的逻辑电器特性映射。

 

5、 WIS

WIS(Wan InterfaceSunlayer)是一个特殊的协议子层。在10GBase-W中，它专门完成PCS编码产生的马原信息在SONET/SDH传输通道中的传输封装。而在SONET/SDH传输网络中，有效载荷的传输还必须依靠一些控制信息的辅助才能够顺利地完成。

 

6、 PMD

在10GE网络中，因为传输采用的光波波长的不同而被分为短距、长距和超长距三种类型，如10GBase-SR、10GBase-LR和10GBase-ER，同样又有 10GBase-SW、10GBase-LW和10GBase-EW。

1.3以太网交换机交换转发技术

 

1.5.2共享总线交换

早起的交换技术采用了和原始以太网类似的方法，即所谓的总线交换技术。在总线交换技术中，连接各个总线的是另外一个独特的总线。在这个总线上存在着很多的连接开关用于控制与某个指定的总线进行数据交换。

 

1.5.3共享内存交换

在总线交换结构中，交换总线带宽的大小就是交换机所能提供的转发能力。为了提高交换机的转发能力，又出现了另一种类似总线的交换结构，称为共享内存交换。与总线交换结构不同的是，共享内存交换使用内存来取代交换总线，每个分支总线需要进行数据交换室，首先将其需要的数据写入这个内存，并将内存地址（实际上是指针）告知引擎，引擎再通知另一个分支总线按照给定的指针信息进行数据的读取，从而完成两个分支总线的数据交换。共享内存交换通过高速的内存读写操作可以很大程度上提高交换带宽和交换速率。

 

1.5.4CrossBar交换

通过对共享总线和共享内存交换的比较不难发现，他们都是所有端口共享同一资源来完成数据交换的，无论如何提高共享资源，随着设备端口数量的增加，共享资源能力的限制肯定会成为整机性能的瓶颈。为此，我们希望端口与端口之间能够每两个端口独享一套资源，其中任何一对通信对等体的数据交换并不影响其它通信对等体之间的数据交换。为了达到这个要求，我们首先想到了交叉矩阵结构。

 

 

综上所述，我们可以知道三种交换结构的特点总结如下：

 

交换结构优劣对照表