1. 以太網技術特點

以太網技術起源于一個實驗網絡，該實驗網絡的目的是把幾臺個人計算機以 3M 的速率連接起來。由于該實驗網絡的成功建立和突出表現，引起了 DEC，Intel，Xerox 三家公司的注意，這三家公司借助該實驗網絡的經驗，最終在 1980 年發布了第一個以太網協議標準建議書。

該建議書的核心思想是在一個 10M 帶寬的共享物理介質上，把最多 1024 個計算機和其他數字設備進行連接，當然，這些設備之間的距離不能太大（最大 2.5 公里）。

之后，以太網技術在 1980 年建議書的基礎上逐漸成熟和完善，并逐漸占據了局域網的主導地位。 以太網的特點可以總結如下：

（1）簡明性，這是以太網技術最大的特點，正是因為簡明性為將來的統治地位奠定了基礎；

（2）低成本，成本不要太高，一般的單位能夠有能力購買需要的部件來組建網絡；

（3）兼容性，不應該對網絡層實現施加任何限制，即以太網的所有功能都在數據鏈路層實現；
（4）尋址靈活，應該有一種機制來確定網絡中的一臺計算機、全部計算機或一組計算機；
（5）公平，各個終端應該公平的享有帶寬；
（6）高速，當時來說，10M 的速率已經是個天文數字了，所以把以太網的共享總線帶寬設計為 10M；
（7）分層結構，數據鏈路層協議不應該隨物理介質的不同而變化；
（8）全雙工，隨著以太網技術的發展，共享介質技術（即半雙工）已經逐漸不能滿足需求，需要效率更高的全雙工技術；
（9）差錯控制，該技術應該能夠發現傳輸中的錯誤并進行糾正，如果不能糾正，則丟棄接收到的數據；
（10）速度靈活性，不應該局限在 10M 的速率上，應該能適應不同的速率；
（11）優先級，網絡設備應該能對一些關鍵性的業務提供優先可靠的傳輸。

2. 以太網相關標準組織

1980年IEEE制訂了802計劃，其目標是為LAN技術標準化提供廣泛的工業框架。IEEE802又稱為LMSC（LAN /MAN Standards Committee，局域網/城域網標準委員會），致力于研究局域網和城域網的物理層和MAC層規范，對應OSI參考模型的下兩層。LMSC執行委員會（Executive Committee）又下設工作組（Working Group）、研究組（Study Group）、技術顧問組（Technical Advisory Group）等等。

我們熟知的IEEE 802的標準，其標準草案首先在WG內進行投票，當達到75%以上同意后，則視為通過，提交到LMSC進行Sponsor Ballot的投票。在LMSC投票過程中，如果90%以上同意，則視為通過，IEEE 802就可以將其發布為正式的標準，如IEEE 802.2、IEEE802.3、IEEE 802.11。IEEE 802一般會將他們的標準提交到ISO（國際標準化組織），ISO采納后會以ISO的名義發布，如已經被ISO接受并發布的標準有：ISO/IEC 8802-1、ISO/IEC8802-2、ISO/IEC 8802-3、ISO/IEC 8802-5、ISO/IEC 8802-11等。

1985 年，以太網協議首次成為 IEEE 標準（編號為 802.3），從此產生了大量的修訂版和增補版。其增補的版本如下：
（1）IEEE802.3 定于 1985 年 －－10M 速率，采用同軸電纜作為傳輸介質
（2）IEEE802.3i 定于 1990 年 －－10M 速率，采用雙絞線作為傳輸介質
（3）IEEE802.3u 定于 1995 年 －－ 100M 速率，采用雙絞線作為傳輸介質
－－ 100M 速率，采用光纖作為傳輸介質
（4）IEEE802.3z 定于 1998 年 －－ 1000M 速率，采用光纖作為傳輸介質
（5）IEEE802.3ab 定于 1999 年 －－ 1000M 速率，采用雙絞線作為傳輸介質
（6）IEEE802.3ae 定于 2001 年 －－ 10G 速率，采用光纖作為傳輸介質
（7）IEEE802.3ba 定于 2008 年 －－ 100G 速率，采用光纖作為傳輸介質

IEEE802.3標準已被ANSI采用為美國國家標準，被NIST采用為政府標準，并且被ISO作為國際標準，稱之為ISO 8802。這些標準在物理層和MAC子層上有所不同，但在數據鏈路層上是兼容的。這些標準分成幾個部分。802.1標準對這組標準做了介紹并且定義了接口原語；802.2標準描述了數據鏈路層的上部，它使用了邏輯鏈路控制LLC(logical link control)協議。802.3到802.5分別描述了3個局域網標準，分別是CSMA/CD、令牌總線和令牌環標準，每一標準均包括物理層和MAC子層協議。

3. 以太網在 OSI 七層模型中的位置

按照OSI七層參考模型，互連的各個系統把各個網絡功能分七個層次實現。各個層次之間相互獨立互不干擾，這樣就可以實現最大限度的開放和靈活性。設備廠家只要按照層次之間的接口生產設備，就可以做到互通。因此這個七層模型是高效權威的，目前大多數網絡技術都是參照這個模型進行設計和開發的。

但在以太網體系結構中，七層模型中層次之間互相獨立的規則就不適用了。因為開始的時候，以太網采用了一種共享介質的方式來進行數據通信，而不是傳統的全雙工通信。
隨著設備的發展，以太網中又引入了全雙工模式的通信，在這樣兩種通信模式并存的情況下，再進行層次間的嚴格劃分就不容易了。

以太網針對不同的雙工模式提供不同的介質訪問方法，在半雙工模式下采用的是CSMA/CD的訪問方式，而在全雙工模式下則可以直接進行收發而不用預先判斷鏈路的忙閑狀態。這里需要注意的是：以太網中半雙工和全雙工是物理層的概念，而針對物理層的雙工模式提供不同訪問方式則是數據鏈路層的概念。這樣就形成了以太網的一個重要特點：數據鏈路層和物理層是相關的，針對物理層的不同工作模式（全雙工和半雙工）需要提供特定的數據鏈路層來訪問。這樣就導致了數據鏈路層和物理層有很大的相關性，給設計和應用帶來不便。

為了避免這種不便，以太網采用了另外一種方式，就是把數據鏈路層再進行分層。分為邏輯鏈路控制子層（LLC ）和媒體訪問控制子層（MAC ），這樣不同的物理層對應不同的MAC子層，LLC子層則可以完全獨立。
下面以100M或1000M為例，對MAC子層和PHY層的術語進行解釋：

AUI（Attachment Unit Interface）：附加單元接口，是連接在計算機網卡和網線之
間的一個十五針的接口。在10BASE-5網絡（細以太網）中，各網線之間通過中繼器相連。以太網標準IEEE 802.3定義了附加單元接口的物理層標準。這種15針的附加單元接口也被稱為DB-15接口或DIX接口，之所以稱為DIX是因為定義以太網標準的三家公司DigitalEquipment Corporation,Intel,Xerox的首字母分別為D、I、X。

MAU（Medium Attachment Unit）：媒體附加單元。在最初的粗電纜以太網中，MAU典
型地夾到以太網電纜上。在大部分現代交換或集線以太網系統中，沒有MAU或AUI接口存在，CAT5電纜直接連接到一個在主機或路由器上的以太網插口上。

MII（Media Independent Interface）：媒體獨立接口，用于10/100M以太網MAC與PHY
互聯。MII支持3種互聯方式：PCB板內互聯、母板和子卡間互聯以及板間通過電纜互聯。

GMII（Gigabit Media Independent Interface）：吉比特媒體獨立接口，是 MII 的擴
展，用于 1000M 以太網 MAC 與 PHY 的 PCB 板內互聯。GMII 的時鐘速度為 125MHz。GMII 的 GTX_CLK 與 MII 的 TX_CLK 方向是不同的，要想做到 10M，100M，1000M兼容需要多接一根百兆發送時鐘。

MDI（MEDIUM DEPENDENT INTERFACE）：媒體相關接口。每種以太網標準都定義了自己的 MDI，分別對應各種傳輸介質。

（1）10BASE2 運行在同細軸電纜上的10M以太網。
（2）10BASE5 運行在同粗軸電纜上的10M以太網。
（3）10BASE-T 運行在兩對三類雙絞線上的10M以太網。
（4）10BASE-F 運行在光纖上的10M以太網。
（5）100BASE-TX 運行在兩對五類雙絞線上的快速以太網。
（6）100BASE-T4 運行在四對三類雙絞線上的快速以太網。
（7）100BASE-T2 運行在兩對三類雙絞線上的快速以太網。

（8） 100BASE-FX 運行在光纖上的快速以太網。
（9） 1000BASE-CX 運行在同軸電纜上的1000M以太網。
（10）1000BASE-X 運行在光纖上的1000M以太網。
（11）1000BASE-T 運行在四對五類雙絞線上的1000M以太網。
（12） 10GBASE-SR 運行在光纖上的10G以太網。
（13）10GBASE-LR 運行在光纖上的10G以太網。
（14） 10GBASE-ER 運行在光纖上的10G以太網。
（15）40GBASE-KR4 運行在電背板上的40G以太網。
（16）40GBASE-CR4 運行在專用電纜上的40G以太網。
（17）100GBASE-CR10 運行在專用電纜上的100G以太網。
（18）40GBASE-SR4 運行在光纖上的40G以太網。
（19）100GBASE-SR10 運行在光纖上的100G以太網。
（20） 40GBASE-LR4 運行在光纖上的40G以太網。
（21）100GBASE-LR4 運行在光纖上的100G以太網。
（22）100GBASE-ER4 運行在光纖上的100G以太網。

上述標準中有些已經被淘汰，有的用的很少。現在主流的傳輸介質是雙絞線和光纖。

PLS（PHYSICAL LAYER SIGNALING）：物理層信令，10Mbase-T 中的可選子層，用于LLC 和 MAU 之間的邏輯和功能耦合。

PCS（PHYSICAL CODING SUBLAYER）：物理編碼子層，位于 MII/GMII 與 PMA 之間，進行數據的編解碼。

PMA（PHYSICAL MEDIUM ATTACHMENT）：物理介質連接子層，位于 PCS 與 PMD 之間，負責數據的收發，沖突檢測，時鐘恢復等。

PMD（Physical Medium Dependent）：物理介質相關子層，直接與MDI相連，負責具體信號的處理。

PHY（Physical Layer entity）：PCS、PMA、PMD 三部分組成 PHY。

萬兆以太網有兩種不同的物理層：局域網物理層和廣域網物理層，這兩種物理層的數據率并不一樣。局域網物理層使用簡單的編碼機制在暗光纖(Dark fiber)和暗波長(Dark wavelength)上傳送數據。而廣域網物理層則需要增加一個 SONET/SDH 組幀子層，以便利用SONET/SDH 作為第一層來傳送數據。下面介紹與百兆千兆不同的幾個概念。

XGMII：包括 10GBase-R、10GBase-RW 等。10GBase-SR/SW 傳輸距離按照波長不同由 2～300m。10GBase-LR/LW 傳輸距離為 2m～10km。10GBase-ER/EW 傳輸距離為 2m～40km。它們各自對應不同的串行局域網物理層設備。

WIS（廣域網接口）子層：WIS 子層是可選的物理子層，可用在 PMA 與 PCS 之間，產生適配 ANSI 定義的 SONET STS-192C 傳輸格式或 ITU 定義 SDH VC-4-64c 容器速率的以太網數據流。該速率數據流可以直接映射到傳輸層而不需要高層處理。

RS（協調子層）：協調子層的功能是將 XGMII 的通路數據和相關控制信號映射到原始 PLS 服務接口定義(MAC/PLS)接口上。XGMII 接口提供了 10Gbps MAC 和物理層間的邏輯接口。XGMII 和協調子層使 MAC 可以連接到不同類型的物理介質上。

FCS（前向糾錯子層）：前向糾錯子層是可選的物理子層，可用在 PMA 和 PCS 子層之間，以保證數據的正常傳輸。





審核編輯：劉清