以太网（一）：物理层和网口RJ45

1.物理层的作用：

(1)为网络的物理结构提供电信号(2)在以太网的设备之间，通过物理媒介（双绞线或者光纤）建立物理连接（包括检测连接的速度和双光状态）(3)为MAC层和以太网设备之间提供数字—模拟转换接口

2.RJ45网口

双绞线中有4对线 端口就是RJ45

RJ45模块用于实现PHY之间的互连，包括PHY芯片经信号变压器与RJ45接口相连；

这两种元件组成的连接器连接于导线之间，以实现导线的电气连续性。RJ45连接器就是连接器中的最重要的一种插座。RJ45插座分屏蔽型和非屏蔽型两种。

3.MDI 接口协议：

MDI 接口协议是一种用于连接以太网 PHY（物理层）芯片和 MAC（媒体访问控制）层芯片之间的接口。

MDI 接口协议通常使用双绞线或光纤作为物理媒介，并且可以支持不同的速率，例如 10 Mbps、100 Mbps 或 1 Gbps。

MDI-MDIX（自适应交叉）：用于自动切换 MDI 或 MDIX（直连）模式，以适应不同的连接方式。

在以太网中，MDI 接口和 MAC 层之间还存在一种叫作 MII的中间接口，用于将 MDI 接口连接到更高层的以太网控制器芯片

4.编码

为了传输的目的都必须转变成信号。把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数字信号的过程称为编码。

4.1带宽为10Mbps时：

只需要使用双绞线中的2对线，1对用于接受，另1对用于发送；

双绞线中传输的模拟信号为曼彻斯特编码：用高电平向低电平转化表示0，用低电平向高电平转化表示1；

曼彻斯特编码

优点：在每个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作为时钟信号（可用于同步），又作为数据信号。

缺点：所占的频带宽度是原始频带宽度的两倍

4.2带宽为100Mbps时：

只需要使用双绞线中的2对线，1对用于接受，另1对用于发送；

用的4B/5B编码与MLT-3编码组合方式，发送码流先进行4B/5B编码，再进行MLT-3编码，最后再上线路传输；

4B/5B编码就是用5bit的二进制数来表示4bit二进制数；

只采用其中的16种对应16种不同的4位码，其他的16种作为控制码（帧的开始和结束、线路的状态信息等）或保留。

32种组合中选取16种的规则：

(1)每个5比特码组中不含多于3个“0”；
(2)或者5比特码组中包含不少于2个“1”；

在4B/5B编码之后，数据传输带宽由100M转变为125M；

MLT3编码：

由当前的电平变成下一个不同的电平表示1

当前的电平维持不变表示0

4.3带宽为1000M时：

接受和发送同时使用4对线

用的8B/10B编码与4D/PAM-5编码组合方式，发送码流先进行8B/10B编码，再进行4D/PAM-5编码，最后再上线路传输；

8B/10B编码：每对差分线上传输125M，4对线即是500M；

4D/PAM-5编码：通过5电平调制4位数据，每个码元有五个电平-2,-1,0,1,2，但是每个码元只能表示4个符号，00，01，10，11，还有一个电平表示前向纠错码FEC；这样每一个symbol可以传输2位数据，即500M*2=1000M

5.两个以太网设备物理层的Master/Slave配置：

二者之间必须一个是Master另一个是Slave

Master用自己的本地始终来发送数据，而Slave必须参考Master的时钟，这是通过从Master接受的数据流中恢复的时钟实现的，然后使用这个恢复的时钟发送数据，不得在于用共同的时钟来过滤和消除回声与串扰；

Master和Slave是在自适应的过程中自动确定的，除此之外也可以手动设置；

半双工是指传输过程中同时只能向一个方向传输。一方的数据传输结束之后，另外一方再回应。全双工是指两方能同时发送和接受数据。在这种情况下就没有拥堵的危险，数据的传输也就更快。

6.自适应：

用这种机制来解决速度和双工的协商问题；自适应是通过发送FLP实现的；

FLP：由33个NLP组成，其中17个奇数NLP表示时钟，16个偶数NLP表示数据，他们可以对外传递以太网设备支持的速度和双工信息，以便于协商时使用；

偶数表示数据位，有脉冲时表示1，无脉冲时表示0；

当两个以太网设备收到对方的连接能力后，会按照互相都支持的最高级别来确定本次连接的速度和双工；

若设备不具备自适应功能时:

仅支持10BASE_T的老设备会一直发送NLPs来建立连接

仅支持100BASE_TX的老设备会一直发送MLT-3 ILDE来建立连接

当自适应设备碰上不支持自适应的老设备，会默认连接到半双工；

7.MAC层接口协议：

从 MAC 层接口到千兆 PHY， IEEE 802.3ab 标准中有三种不同的选择： 标准介质独立接口 (MII) GMII、SGMII 或 RGMII。

GMII 提供全双工操作并且是8 位宽传输及接收数据通道接口，采用125 MHz 时钟，设定速度可达1000Mb/s。GMII 向后兼容MII 规范，从而支持 10 (2.5MHz) 及100 (25MHz) Mb/s 速率。GMII 的用途是使各种物理介质对 MAC 层透明。

在这里仅仅进入接口协议的概念，具体内容，见下篇

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