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如何玩儿转千兆以太网？

以太网

1. 以太网的前世今生
1995年的深秋 ， 在PC时代的圣地--北京中关村 ， 出现了一幅硕大的广告牌 ， 上面写着日后成为经典的广告语：中国人离信息高速公路有多远--向北1500米！如今 ， 被互联网泡着长大的一代 ， 估计很多人都没听说过这家中国最早的互联网公司了 。对 ， 它就是瀛海威 ， 其掌门人张树新 ， 是当时无可争议的互联网大姐大 ， 今天一些如日中天的大佬们 ， 当年可是只有登门求教的份儿 。
互联网的大潮势不可挡 ， 波澜壮阔 ， 造就了多少睥睨天下的枭雄 ， 又消磨了多少壮怀激烈的豪杰 。
说起互联网不能不说一下Xerox施乐公司 。据说互联网起源于施乐的一个实验室 ， 当时只是为了把几台PC连接起来传一些数据 。看到这个网络出色的表现 ， Xerox ， Intel ， 和DEC三家公司在1980年发布了第一版互联网协议标准建议书 ， 速度达到了惊人的10M 。
虽然这些先驱们最终在互联网领域没有取得很高的成就 ， 但我们今天享受网络带来的便利时 ， 还是要感谢他们一下吧 。好了 ， 就扯这么多 ， 下面聊点儿正事儿 。
2. 各种标准 ， 眼花缭乱
1983年 ， IEEE802委员会推出了IEEE802.3标准 。之后的一系列以太网标准都是在它的基础上发展起来的 ， 如802.3i ， 802.3u ， 802.3bw等等 ， 然后又会看到10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-FX、1000BASE-T1 ， 等等 。感觉有点乱 ， 有点儿懵圈 。
其实这些看似乱七八糟的命名 ， 还是有一定规律的 。首先前面的数字代表频率 ， 10/100/1000分别代表10M ， 100M和1000M 。BASE代表传输的是没有经过调制的基带信号 。最后的数字或字母代表传输距离或介质 ， 如5代表500米 ， T代表使用双绞线(Twisted Pair Cable) ， F代表光纤(Fiber)等等 。
10BASE-5：最大传输距离500米 ， 使用50欧姆粗同轴电缆 。IEEE802.3
10BASE-2：传输距离为200米 ， 使用BNC连接器 ， 细同轴电缆 。IEEE802.3
10BASE-T：传输距离100米 ， 使用RJ45连接器 ， 双绞线 。IEEE802.3i
100BASE-TX：广泛采用的100M以太网标准 ， 使用2对双绞线 ， 传输距离100米 。IEEE802.3u
100BASE-F： 单模或多模光纤 ， 传输距离2000米左右 。
100BASE-T1：单对双绞线 ， 汽车以太网 。IEEE802.3bw
1000BASE-T：5类非屏蔽双绞线 ， 传输距离100米 。IEEE802.3ab
1000BASE-LX：光纤 ， 长波激光器 ， 传输距离可达3000米 。IEEE802.3z
1000BASE-T1：单对双绞线 ， 汽车以太网 。IEEE802.3bp
10GBASE-T： 非屏蔽双绞线 ， 10 G以太网 。IEEE802.3an
3. 控制器 ， mac ， PHY ， 网络变压器
如同通过串口收发数据需要UART控制器 ， 电平转换芯片(PHY)和连接器 ， 通过以太网收发数据 ， 需要芯片上集成以太网控制器 ， 以太网PHY和以太网连接器 。下面是一个典型的1000BASE-T以太网硬件框图 。

如何玩儿转千兆以太网？

文章插图
 
RGMII
以太网控制器通过MAC(Media Access Control)连接至PHY ， 在此使用的是RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)接口 。
RGMII信号定义：
TXC: 发送时钟
TX_CTL: 发送数据控制 ， 包含TXEN和TXERR信息 。
TD[3:0]: 发送数据4bits
RXC: 接收时钟
RX_CTL: 发送数据控制 ， 包含RXDV和RXERR信息 。
RD[3:0]: 接收数据4bits
MDC: 管理数据时钟
MDIO: 管理数据 ， 完成对PHY的配置管理 ， 状态读取 。
对于1000M以太网来说 ， 除了RGMII接口外 ， 还可以使用GMII ， SGMII 。对于100M以太网 ， 则使用MII ， RMII ， SMII 。我们看一下RGMII的信号定义 ， 其它的接口大同小异 ， 主要就是数据位数 ， 和时钟速率有所不同 。
PHY,Magnetic
PHY完成数字信号到模拟信号之间的转换 ， 以太网数据通过4对差分信号连接至变压器 ， 经过变压器(Magnetic)隔离 ， 再连接至RJ45连接器 。这里有两个地方需要注意：一个是PHY有电压驱动型和电流驱动型 ， 接至变压器的接法不同 。再一个是变压器把电路从电气上隔离开 ， 两边的地如何处理 。


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