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、不同的數據傳輸速率，其物理層（PHY）的分層較為復雜，且隨著支持的傳輸數據速率的不斷提高，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據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據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支持的數據傳輸速率主要為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據傳輸。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數據傳輸的 PHY 之間，以及站點管理（STA）實體與支持10Mbit/s及以上數據傳輸 PHY 實體之間提供一個簡單、廉價和容易實現的互連。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數據傳輸的 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包含把數據位編碼為能在物理媒體上傳輸的碼組的功能。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，隨著支持的數據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，但它們所呈現的服務、功能、特性性能等因不同的數據傳輸速率而有所不同，在IEEE 802.3標準中有詳細的規范。

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然而，對于媒體連接單元（MAU），是直接與媒體相連，且支持的數據傳輸速率為10Mbit/s。它實現了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，在實現時，唯有MDI是常備接口，其它接口均為可選接口，依據具體實現及支持的數據傳輸速率而定。

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范，并遵守定義站點的正確行為的規程。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，在一個數據站點里面，位于媒體連接單元（MAU）和數據終端設備（DTE）之間的接口。AUI運載了已編碼的信號并提供了全雙工數據傳輸。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。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據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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