Una inmersión profunda en Ethernet PHY y MAC

Ethernet PHY y MAC corresponden a las dos capas del modelo OSI: la capa física y la capa de enlace de datos.

La capa física define las señales eléctricas y ópticas, el estado de la línea, la referencia del reloj, la codificación de datos y los circuitos necesarios para la transmisión y recepción de datos, y proporciona interfaces estándar (RGMII/GMII/MII) para los dispositivos de la capa de enlace de datos.

La capa de enlace de datos proporciona funciones tales como mecanismo de direccionamiento, construcción de tramas de datos, verificación de errores de datos, control de transmisión e interfaces de datos estándar para la capa de red.

Qué significa Ethernet PHY?

PHY es el transceptor de interfaz física, que implementa la capa física. El estándar IEEE-802.3 define la PHY de Ethernet. Cumple con las especificaciones en IEEE-802.3k para 10BaseT (cláusula 14) y 100BaseTX (cláusula 24 y 25).

El significado de Ethernet MAC

MAC es el controlador de acceso a los medios. La MAC de Ethernet está definida por el estándar Ethernet IEEE-802.3. Implementa una capa de enlace de datos. La última MAC admite velocidades de 10/100/1000 Mbps al mismo tiempo. Normalmente, implementa la interfaz MII/GMII/RGMII para interactuar con dispositivos PHY estándar de la industria.

Qué significa MII?

MII (Interfaz independiente del medio) es la interfaz independiente de los medios. Es el estándar de la industria Ethernet definido por IEEE-802.3. Incluye una interfaz de datos, así como una interfaz de gestión entre MAC y PHY. La interfaz de datos consta de dos canales independientes para el transmisor y el receptor. Cada canal tiene sus propios datos, reloj y señales de control. La interfaz de datos MII requiere un total de 16 señales. La interfaz de gestión es una interfaz de señal dual: una es una señal de reloj y la otra es una señal de datos. A través de la interfaz de gestión, la capa superior puede monitorear y controlar la PHY.

La interfaz estándar MII se utiliza para conectar el bloque MAC Fast Ethernet y PHY. "Independiente de los medios" significa que cualquier tipo de dispositivo PHY puede funcionar sin rediseñar ni reemplazar el hardware MAC. Las interfaces equivalentes a MII que funcionan a otras velocidades son: AUI (10M Ethernet), GMII (Gigabit Ethernet) y XAUI (10-Gigabit Ethernet).

Además, existen RMII (MII reducido), GMII (Gigabit MII), RGMII (GMII reducido) SMII, etc. Todas estas interfaces provienen de MII, que significa Interfaz Independiente de Medio, lo que significa que no hay necesidad de considerar si el medio es un eje de cobre, fibra óptica, cable, etc., porque el trabajo relacionado del procesamiento de medios lo completa PHY o Chip MAC. .

MII admite operaciones de 10 Mbit y 100 Mbit. Una interfaz consta de 14 líneas. Su soporte es relativamente flexible. Sin embargo, una desventaja es que utiliza demasiadas líneas de señal para un puerto. Si se utiliza un conmutador de 8 puertos, puede llegar a 112 cables. , 16 puertos utilizarán 224 cables, y para llegar a 32 puertos se utilizarán 448 cables. Generalmente, no es realista hacer conmutadores basados ​​en esta interfaz, por lo que los conmutadores modernos utilizarán otros cables. Algunos estándares simplificados del MII, como el RMII , SMII, GMII, etc.

RMII es una interfaz MII simplificada. Tiene el doble de líneas de señal que la interfaz MII para transmisión y recepción de datos, por lo que generalmente requiere un reloj de bus de 50 megabytes. RMII se usa generalmente en conmutadores multipuerto. No organiza dos relojes para cada puerto para recibir y transmitir, sino que todos los puertos de datos usan un reloj común para todos los puertos para recibir y transmitir, lo que ahorra muchos números de puerto. Un puerto de RMII requiere 7 líneas de datos, que es el doble que MII, por lo que el conmutador puede acceder al doble de puertos de datos. Al igual que MII, RMII admite velocidades de interfaz de bus de 10 Mbit y 100 Mbit.

SMII es una interfaz de medios propuesta por Cisco. Tiene menos líneas de señal que RMII. S significa serie. Debido a que solo usa una línea de señal para transmitir y enviar datos, y una línea de señal para transmitir y recibir datos, para satisfacer la demanda de 100, su frecuencia de reloj es muy alta, alcanzando los 125 MB. ¿Por qué se usan 125 MB? Porque de los datos Alguna información de control se transmitirá dentro de la línea. Un puerto de SMII solo utiliza 4 líneas de señal para completar la transmisión de 100 señales, lo que es casi el doble de líneas de señal en comparación con RMII. SMII cuenta con un fuerte apoyo de la industria. De la misma forma, la transmisión y recepción de datos de todos los puertos comparten el mismo reloj externo de 125M.

GMII es la interfaz MII de la red Gigabit, que también tiene una interfaz RGMII correspondiente, que representa una interfaz GMII simplificada.

autobús MII

El bus MII especificado en IEEE802.3 es un bus universal que se utiliza para conectar diferentes tipos de PHY al mismo controlador de red (MAC). El controlador de red puede utilizar la misma interfaz de hardware con cualquier PHY.

GMII (GigabitMII)

GMII utiliza datos de interfaz de 8 bits y un reloj operativo de 125 MHz, por lo que la velocidad de transmisión puede alcanzar los 1000 Mbps. También es compatible con el modo de trabajo 10/100 Mbps especificado por MII.

La estructura de datos de la interfaz GMII cumple con el estándar IEEE Ethernet. Esta interfaz está definida en IEEE 802.3-2000.

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