苏州市吴中区住房和城乡建设局网站,有机玻璃东莞网站建设技术支持,浙江省甲级设计院加盟,网站开发工程师怎么样一、以太网简介 计算机网络可分为局域网(LAN)、 城域网(MAN)、广域网(WAN)、互联网(Initernet)。局域网按传输介质所使用的访问控制方法可分为#xff1a;以太网(Ethernet)、光纤分布式数据接口(FDDI)、异步传输模式(ATM)、令牌环网(Token Ring)、交换网(Switching) 等#x…一、以太网简介 计算机网络可分为局域网(LAN)、 城域网(MAN)、广域网(WAN)、互联网(Initernet)。局域网按传输介质所使用的访问控制方法可分为以太网(Ethernet)、光纤分布式数据接口(FDDI)、异步传输模式(ATM)、令牌环网(Token Ring)、交换网(Switching) 等它们在拓朴结构、传输介质、传输速率、数据格式等多方面都有许多不同其中应用最广泛的当属以太网。 以太网协议Ethernet Protocol是一种广泛应用于局域网LAN和广域网WAN的计算机网络通信协议。它是一种基于共享介质的局域网技术最早由Xerox、Intel和Digital Equipment CorporationDEC于1970年代开发并在1980年代初由IEEE标准化为IEEE 802.3。以太网根据最大传输速率的不同可以分为标准的以太网(10Mbit/s)、快速以太网(100Mbit/s)、千兆以太网 (1000Mbit/s)和万兆以太网(10Gbit/s)。
二、计算机网络模型 为了实现网络通信的标准化普及网络应用国际标准化组织(ISO)将整个以太网通信结构制定了OSI(Open System Interconnection)模型。OSI定义了网络互连的七层框架(物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层表示层、应用层)即OSI开放互连系统参考模型。每个层功能不同网络通信中各司其职整个模型包括硬件和软件定义。 在一定程度上参考了OSI模型后产生了TCP/IP协议。TCP/IP (Transmission ControProtocol/Internet Protocol传输控制协议/网际协议)是指能够在多个不同网络间实现信传输的协议簇。TCP/IP协议不仅仅指的TCP和IP两个协议而是指一个由FTPSMTP、TCP、UDP、IP 等协议构成的协议簇 只是因为在 TCP/P 协议中 TCP 协议和I协议最具代表性所以被称为 TCP/IP 协议。 在TCP/IP协议中OSI 七层参考模型被简化为五层。 在TCP/IP五层参考模型中数据链路层又被分为LLC层(逻辑链路层)和MAC层(媒体介质访问层)。 LLC层和MAC层是软、硬件的分界线。如PC的网卡主要负责实现参考模型中的MAC子层和物理层。 之前写计算机网络的时候也写过相关博文
Linux网络编程(一)_STATEABC的博客-CSDN博客 三、以太网传输格式 IEEE 802.3规定了以太网传输数据包的帧格式前导码、帧起始界定符、帧头(目的MAC地址源MAC地址类型/长度)、数据、校验位。 前导码(Preamble)也称报头用于使收发节点的时钟同步。物理层使用连续7个字节的0x55实现数据的同步。帧起始定界符(SFDStart Frame Delimiter)用于区分前导码与数据段固定为1字节的0xD5。字段和帧起始定界符在MAC收到数据包后会自动过滤掉。目的MAC地址即接收端物理MAC地址由48位数字组成占用6个字节每个设备都有且仅有唯一的MAC地址。MAC地址从应用上可分为单播地址、组播地址和广播地址。单播地址第一个字节的最低位为0比如0-00-00-11-11-11一般用于标志唯一的设备组播地址第一个字节的最低位为1比如01-00-00-11-11-11一般用于标志同属一组的多个设备广播地址所有48bit全为1即FF-FF-FF-FF-FF-FF用于标志同一网段中的所有设备。源MAC地址即发送端物理MAC地址占用6个字节。数据包类型/长度2字节当这两个字节的值小于1536 (十六进制为0x0600)时代表该以太网中数据段的长度如果这两个字节的值大于1536则表示与以太网帧相关的MAC客户端协议的类型例如0x0800代表IP协议(网际协议)、0x0806 代表ARP协议(地址解析协议) 等。数据数据段是MAC包的核心内容它包含的数据来自MAC的上层长度为46-1500字节。最大值1500称为以太网的最大传输单元(MTUMaximum Transmission Unit)。接收到的数据包如果少于64字节会被认为发生冲突数据包被自动丢弃。校验(FCSFrame Check Sequence)确保数据的正确传输在数据的尾部加入了4字节的循环冗余校验码(CRC)来检验数据是否传输错误。CRC数据校验从目的MAC地址开始。帧间隙(IFGInterpacket Gap)以太网相邻两帧之间的时间间隔即网络设备和组件在接收一帧之后需要短暂的时间来恢复并为接收下一帧做准备的时间最小值是96 bit time(媒介中发送96位原始数据所需要的时间)。
四、ARP协议 在以太网中要想进行通信首先要知道接收端的物理MAC地址而ARP(Address Resolution Protocol),地址解析协议就是根据目的设备的IP地址 (逻辑地址)获取MAC地址的一种TCP/IP协议。 ARP协议分为ARP请求和ARP应答源主机发起查询目的MAC地址的报文称为ARP请求目的主机响应源主机并发送包含本地MAC地址的报文称为ARP应答。 当主机需要找出网络中的另一个主机的物理地址时它就可以发送一个ARP请求报文这个报文包含了发送方的MAC地址和IP 地址以及接收方的IP地址。因为发送方不知道接收方的物理地址所以这个查询分组会在网络层中进行广播即ARP请求时发送的接收方物理地址为广播地址用48hff_ff_ff_ff_ff_ff表示。此时局域网中的所有主机都会进行接收并处理这个ARP请求报文然后进行验证查看接收方的IP地址是不是自己的地址。是则返回ARP应答报文(含接收方的IP地址和物理地址)不是则不响应。 主机B利用收到的ARP请求报文中的请求方物理地址以单播的方式直接发送给主机A主机A将收到的ARP应答报文中的目的MAC地址解析出来将目的MAC地址和目的 P 地址更新至ARP缓存表中。当再次和主机A通信时可以直接从ARP缓存表中获取而不用重新发起ARP请求报文。ARP缓存表中的表项有过期时间(一般为20分钟)过期之后需要重新发起ARP请求以获取目的MAC地址。 ARP数据位于以太网帧格式的数据段中。28字节的ARP数据位于以太网格式的数据段。由于以太网数据段最少为46个字节而ARP数据包总长度为28个字节因此在ARP数据段后面需要填充18字节的数据以满足以太网传输格式的要求填充的数据可以为任意值但一般为0。
硬件类型(Hardware type)硬件地址的类型1 表示以太网地址。协议类型(Protocol type)要映射的协议地址类型ARP协议的上层协议为IP协议因此该协议类型为IP协议其值为0x0800。硬件地址长度 (Hardware size)硬件地址(MAC 地址)的长度以字节为单位。对于以太网上 IP 地址的ARP请求或者应答来说该值为6。协议地址长度 (Protocol size)IP地址的长度以字节为单位。对于以太网上 P 地址的 ARP 请求或者应答来说该值为4。OP(Opcode)操作码用于表示该数据包为ARP请求或者ARP应答。1表示ARP请求2表示ARP应答。源MAC地址发送端的硬件地址。源IP地址发送端的协议(IP) 地址如192.168.1.102。目的MAC地址接收端的硬件地址在ARP请求时由于不知道接收端MAC地址因此该字段为广播地址即48hff_ff_ff_ff_ff_ff。
五、RGMII接口 在物理层由IEEE 802.3标准规定了以太网使用的传输介质、传输速度、数据编码方式和冲突检测机制物理层一般是通过一个PHY芯片实现其功能的。 FPGA可以看成是MAC侧接收或发送数据到PHY侧PHY侧再通过网线接口和其他设备进行连接。PHY在发送数据的时候接收MAC发过来的数据把并行数据转化为串行流数据按照物理层的编码规则把数据编码转换为模拟信号发送出去收数据时的流程反之。 MII (Media Independent Interface)为媒体独立接口用以连接以太网MAC层和PHY芯片常用接口有MIIRMI、SMI、GMI、RGMII。
MII (Medium Independent Interface媒体独立接口)MII支持10Mbps和100Mbps的操作数据位宽为4位在 100Mbps 传输速率下时钟频率为25Mhz。RMII(Reduced MII)RMII是MI的简化版数据位宽为2位在100Mbps传输速率下时钟频率为50Mhz。GMII (Gigabit MII)GMII接口向下兼容MII接口支持10Mbps、100Mbps和1000Mbps的操作数据位宽为8位在1000Mbps传输速率下时钟频率为125Mhz。RGMII (Reduced GMII)RGMII是GMII的简化版数据位宽为4位在1000Mbps传输速率下时钟频率为125Mhz在时钟的上下沿同时采样数据。在100Mbps和10Mbps通信速率下为单个时钟沿采样。 在千兆以太网中常用的接口为RGMI和GMII接口。RGMII接口的优势是同时适用于10M/100M/1000Mbps通信速率同时占用的引脚数较少。但RGMII接口在PCB布线时需要尽可能对时钟、控制和数据线进行等长处理且时序约束相对也更为严格。 参考文献
《开拓者之FPGA开发指南》
《FPGA Verilog开发实战至指南》
