一、綜述

在不同種類的媒體訪問控制方法的局域網（LAN）中，唯有采用CSMA/CD技術的媒體訪問控制方法的局域網（簡稱，CSMA/CD-LAN），為了適應不同的傳輸媒體、不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，其物理層（PHY）的分層較為復雜，且隨著支持的傳輸數(shù)據(jù)速率的不斷提高，其物理層的分層在逐步增加，當然其分層間的接口也隨之增多。下圖1-0顯示了CSMA/CD-LAN物理層分層與分層間接口適應數(shù)據(jù)輸速率提高的一個變化過程示意及與OSI/RM的對應關系。圖中的物理層（不包括媒體）應是由物理層設備和物理層接口構成，物理層設備是指物理層的各子層；物理層接口是指相關子層間接口，這些接口統(tǒng)稱兼容性接口。圖中各物理層設備和常用兼容性接口的名稱與含義詳見下表1-0中。

圖 1-0：CSMA/CD-LAN物理層分層與分層間接口適應數(shù)據(jù)輸速率提高的變化過程

表 1-0：CSMA/CD-LAN物理層設備和物理層接口的術語與定義

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1、起始的物理層

我們知道，初期的CSMA/CD-LAN支持的數(shù)據(jù)傳輸速率主要為10Mbit/s（或1Mbit/s），物理媒體使用同軸電纜（粗纜或細纜）。此時的物理層也稱為CSMA/CD-LAN的基本物理層，其分層如下圖1-1所示，由高到低分為物理層信令（PLS，PHY Layer Signaling）子層和物理層媒體附屬（PMA，PHY Medium Attachment）子層，媒體與PMA子層間的接口稱為媒體相關接口（MDI，Medium Dependent Interface），它事實上是物理層的電氣接口、機械接口等。PLS與PMA間的接口稱為連接單元接口（AUI，Attachment Unit Interface，也有譯為附屬單元接口），用以運載已編碼的信號并提供了全雙工數(shù)據(jù)傳輸。其中，兩個接口間的部分（包含PMA）構成媒體連接單元（MAU）。

圖 1-1：起始的CSMA/CD-LAN物理層分層

2、增加了調和子層與MII接口的物理層

即在圖 1-1的基本物理層的基礎上增加了調和子層（RS，Reconciliation Sublayer）與媒體獨立接口（MII，Media Independent Interface）的物理層。這種物理層分層目的是：在媒體訪問控制（MAC）子層與10 Mbit/s及100 Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span> PHY 之間，以及站點管理（STA）實體與支持10Mbit/s及以上數(shù)據(jù)傳輸 PHY 實體之間提供一個簡單、廉價和容易實現(xiàn)的互連。因此，此時的物理層又分為以下情況：

一是AUI接口外露。此時僅是在圖 1-1的基礎上增加了RS子層與MII接口，其較底層仍保持媒體連接單元（MAU）。它是支持10 Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸?shù)?/span> PHY。

二是AUI接口不外露。此時物理層設備除RS子層外，從上到下又有了物理編碼子層（PCL，PHY Coding Sublayer）、物理層媒體附屬（PMA，PHY Media Attachment）子層和和物理層媒體相關（PMD，PHY Media Dependent）子層。RS提供了原來的物理層信令子層（PLS）與媒體訪問控制（MAC）間的服務。新增的PCL子層把MII（或GMII、XGMII）與物理媒體附屬（PMA）耦合在一起，PCS包含把數(shù)據(jù)位編碼為能在物理媒體上傳輸?shù)拇a組的功能。新增的PMD子層位于MDI的正上方，負責連接傳輸媒體。

值得說明的是，在AUI接口不外露的物理層，對于MII接口，隨著支持的數(shù)據(jù)傳輸速率的速率的提高，又包括GMII（千兆位MII）和XGMII（10千兆位MII）等等，這些接口的基本功能是相似的，但它們決定物理層對支持的允許速率的能力是不同的。

3、最新的物理層

下圖1-3是IEEE 802.3-2022標準中展示的CSMA/CD-LAN物理層分層示意。它事實上是對圖1-0的簡化，將不外露AUI物理層的歸類，此時的MII接口統(tǒng)稱為通用MII（generic MII）接口，用xMII表示，代表了MII、GMII、XGMII等。在IEEE 802.3-2022標準中的CSMA/CD-LAN，已呈現(xiàn)了400Gbit/s的GMII接口（400GMII）。

圖 1-3：IEEE 802.3-2022標準展示的CSMA/CD-LAN物理層分層

二、關于物理層設備

為了實現(xiàn)CSMA/CD-LAN物理層的功能，包括適應的物理媒體類型（同軸電纜、雙絞線對電纜、光纖/纜）和支持的傳輸速率的能力（1M、10M、100M、1000M、和大于1GM），那么CSMA/CD-LAN物理層設備由上到下共出現(xiàn)了：RS、PLS、PCS、PMA和PMD等以及MAU。它們的含義已在表1-0中表述，但它們所呈現(xiàn)的服務、功能、特性性能等因不同的數(shù)據(jù)傳輸速率而有所不同，在IEEE 802.3標準中有詳細的規(guī)范。

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然而，對于媒體連接單元（MAU），是直接與媒體相連，且支持的數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbit/s。它實現(xiàn)了CSMA/CD-LAN物理層的一種特定媒體的功能、電氣和機械的特性（這些功能和特性在IEEE 802.3中有詳細的規(guī)定）；MAU目的是提供一種簡單、廉價和靈活的手段將裝置連接到局域網絡媒體。MAU具有的目標和一般特性詳見下表2。

表 2：MAU的目標和一般特性

三、兼容性接口

CSMA/CD-LAN物理層的兼容性接口是指物理層設備（子層）間的接口，之所以稱之為兼容性接口（Compatibility Interfaces），主要是指對硬件（媒體線纜及DTE等）的兼容性，以允許獨立設計和手工制造的組件連接到基帶傳輸媒體。兼容性接口重點是指：媒體相關接口（MDI）、連接單元接口（AUI）和通用媒體獨立接口（xMII）及其它接口。注意，在實現(xiàn)時，唯有MDI是常備接口，其它接口均為可選接口，依據(jù)具體實現(xiàn)及支持的數(shù)據(jù)傳輸速率而定。

1、媒體相關接口（MDI）

媒體相關接口（MDI）是傳輸媒體與MAU（如10BASE-T）或PHY（如1000BASE-T）之間的機械、電氣或光學接口；以及傳輸媒體與任何相關的供電設備（PD）或端點供電設備（PSE）之間的接口。為了以兼容的方式進行通信，所有站點都應嚴格遵守IEEE 802.3標準中適當條款中定義的物理媒體信號的確切規(guī)范，并遵守定義站點的正確行為的規(guī)程。不宜使 LLC子層和 MAC子層與媒體無關的各方面在這點上受到損害；以太網局域網的通信要求物理媒體接口（即物理線纜接口）完全兼容。MDI接口的一些特性體現(xiàn)在MAU中。

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2、連接單元接口（AUI）

連接單元接口（AUI）是指在10Mbit/s CSMA/CD操作中，在一個數(shù)據(jù)站點里面，位于媒體連接單元（MAU）和數(shù)據(jù)終端設備（DTE）之間的接口。AUI運載了已編碼的信號并提供了全雙工數(shù)據(jù)傳輸。一些DTE位于距離其連接到物理電纜有一段距離的地方。在直接靠近物理線纜的媒體連接單元（MAU）中僅有少量的電路，而大部分硬件和全部軟件都放在 DTE內。AUI被定義為第二個兼容性接口。雖然遵循此接口并不是確保通信的嚴格必要條件，但還是建議這樣做，因為它可以最大限度地靈活地混合使用MAU和DTE。AUI可能是可選的，也可能是未指定的，因為802.3標準的某些實現(xiàn)期望直接連接到媒體，因此不使用單獨的MAU或其相互連接的AUI電纜。此時，PLS和PMA是單個單元的一部分，不需要顯式的AUI實現(xiàn)。下表3-2給出了AUI的一些基本情況，包括概念、特性和應用等。

表 3-2：AUI接口的一些基本情況

3、媒體獨立接口（MII）

媒體獨立接口（MII）是協(xié)調子層（RS）底部的透明信號接口。預計一些DTE將連接到遠程PHY，和/或連接到不同的媒體相關的PHY。MII被定義為第三個兼容性接口。雖然為確保通信不必嚴格地要求符合這個接口，但仍然極力推薦做到這一點，因為這將允許在 PHY 和 DTE 混合使用時有最大的靈活性。下表3-3給出了MII的一些基本情況，包括概念、特性、應用和運行速率等。

表 3-3：MII的一些基本情況

4、千兆位媒體獨立接口（GMII）

千兆位媒體獨立接口（GMII）是對于1000Mbit/s的操作，協(xié)調子層（RS）和物理編碼子層（PCS）之間的接口。GMII設計用于將1Gbit/s能力的MAC或中繼器單元連接到1Gbit/s的PHY。雖然遵循該接口的實現(xiàn)并不是確保通信的嚴格必要條件，但建議這樣做，因為它允許以1Gbit/s的速度混合使用物理層和DTE時具有最大的靈活性。GMII旨在用作芯片對芯片的接口；沒有機械連接器指定用于GMII。下表3-4給出了GMII的一些基本情況，包括概念、特點、應用和運行速率等。

表 3-4：GMII的一些基本情況

5、十千兆位媒體獨立接口（XGMII）

XGMII設計用于以相同速率連接具有2.5 Gbit/s、5 Gbit/s或10 Gbit/s能力的MAC和PHY。雖然與該接口的實現(xiàn)一致并不是確保通信的必要條件，但它可以最大限度地靈活地以2.5 Gbit/s、5 Gbit/s或10 Gbit/s的速度混合使用物理層和DTE。XGMII旨在用作芯片到芯片的接口；XGMII沒有指定使用機械連接器。下表3-5給出了XGMII的一些基本情況，包括概念、特點、應用和運行速率等。

表 3-5：XGMII接口的一些基本情況

6、其它兼容性接口

除上述介紹的CSMA/CD-LAN物理層的主要兼容性接口外，還有許多兼容性接口，主要產生于不同的數(shù)據(jù)傳輸速率或不同的傳輸媒體類型的情況下，如就xMII接口而言，還有25Gbit/s的GMII、40 Gbit/s的GMII、50 Gbit/s的GMII、1000 Gbit/s的GMII和200 Gbit/s的GMII等。在IEEE 802.3-2022標準中一共定義了22種CSMA/CD-LAN物理層的兼容性接口，其名稱列于下表3-6中。

表3-6：IEEE 802.3-2022標準中定義的CSMA/CD-LAN物理層兼容性接口的名稱

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