以太网标准和MII接口简介

本文都是基于IEEE 802.3z/ab/ae Standards协议整理而来，具体详细标准见其协议书

以太网标准规范简介

 802.3标准定义了以太网PHY，约定其支持的速率、互联介质类型(媒体)以及信号编码方式等。      802.3标准适用哪种速率、互联介质，采用哪种编码方式，多少通道，从标准的名称上即可以识别。

KR,CR,SR,DR,LR,ER,ZR的意思。

K表示背板互连，

C表示铜线互连，

S表示短距100m以上，多模光纤，

D表示500m，并行单模光纤，

F表示2km，通常是CWDM单模，

L一般表示长距10km，单模光纤，

E表示延长距离到40km,

ZR表示80km级互连，通常要用相干探测了。

字母R后面的数字一般表示并行光纤或者WDM通道的数量。

以太网根据传输媒体和传输速率组合分类标准，传输媒体分为双绞线缆、多模光纤和单模光纤，背板，传输速率分为10Mbps、100Mbps、1Gbps、和10Gbps等。

类型

说明

标准以太网

传输速率为10Mbps

快速以太网

传输速率为100Mbps

千兆以太网

传输速率为1000Mbps

万兆以太网

传输速率为10000Mbps

1、10Mbps以太网标准

10BASE5

10BASE5是用粗同轴电缆作为传输媒体的以太网标准，10代表10Mbps，BASE代表基带传输方式，5代表单段电缆的长度限制为500m，超过500m需要由中继器互连的两段电缆组成，这个标准已经淘汰。

10BASE2

10BASE2是用细同轴电缆作为传输媒体的以太网标准，10和BASE的含义和10BASE5相同，2代表单段电缆的长度限制为200m，超过200m需要由中继器互连的两段电缆组成，这个标准已经淘汰。

10BASE-T

10BASE T是用双绞线作为传输媒体的以太网标准，10和BASE的含义和10BASE5相同。它采用4对双绞线组成的双绞线电缆，用其中一对双绞线发送数据，另一对双绞线接收数据，因此，可以实现全双工通信。

10BASE-T用于以集线器或以太网交换机为组网设备的以太网中，网络设备之间、网络设备和终端之间的距离必须小于100m。10BASE-T可以采用3类双绞线缆。

10BASE-F

10表示10Mbit/s的传输速度，BASE表示使用基带传输，F表示光纤，使用双工光缆，一条光缆用于发送数据，另一条用于接收；

2、100Mbps、1000Mbps、10Gbps以太网标准

 PCI Express、串行ATA (SATA) 和USB等串行接口的每个数据速率都有一个规范，而以太网针对相同的数据速率有多个不同规范。例如，10GBASE-ER和10GBASE-KR是10 Gbps以太网规范，但它们描述的是不同的互连介质接口。

3、MII接口

以太网MII接口类型以及其各种衍生大全

** MII**（Medium Independent Interface）即媒体独立接口。它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。

MII 接口是 MAC 与 PHY 连接的标准接口。MII 接口提供了 MAC 与 PHY 之间、PHY 与 STA（Station Management）之间的互联技术

类型有MII、RMII、SMII 、SSMII、SSSMII(S3MII)、GMII、RGMII、SGMII、QSGMII、TBI、RTBI、XGMII、XAUI、XLGMII、XLAUI、CGMII、RXAUI、 CAUI、HIGIG(Broadcom Specification)、XL、Interlaken

在10Mb/s时叫MII，速率≥100Mb/s时叫xMII，这个x表示自定义加的前缀。比如速率是Gb/s时叫GMII，速率是10Gb/s时叫XGMII，速率100Mb/s时还叫MII。

1、基于双绞线、基于光纤

a、并行总线：

MII: Medium Independent Interface

25MHz；４位并行通路，信号不经过编码，总带宽最高为25* ４=100 Mbps。
2.5MHz；４位并行通路，信号不经过编码，总带宽最高为2.5* ４=10Mbps。

RMII：Reduced Media Independant Interface

50MHz时；2位并行通路，信号不经过编码，带宽最高为50* 2=100 Mbps。
5MHz时；2位并行通路，信号不经过编码，带宽最高为5* 2=10Mbps。

SMII：Serial Media Independent Interface

125MHz时，1位并行通路，信号含控制与状态信息，故带宽最高125 * 1 * 80% = 100Mbps。

12.5MHz时,1位并行通路，信号含控制与状态信息，故带宽最高12.5 * 1 * 80% = 10Mbps

SSMII：Serial Sync MII

125MHz时，1位并行通路，信号包含控制与状态信息，故带宽最高125 * 1 * 80% = 100Mbps。

12.5MHz时,1位并行通路，信号包含控制与状态信息，故带宽最高12.5 * 1 * 80% = 10Mbps

SSSMII：Source Sync Serial MII

125MHz时，1位并行通路，信号包含控制与状态信息，故带宽最高125 * 1 * 80% = 100Mbps。

12.5MHz时,1位并行通路，信号包含控制与状态信息，故带宽最高12.5 * 1 * 80% = 10Mbps。

GMII：Gigabit MII

125MHz时 ，8位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高125* 8=1000 Mbps。

25MHz时，4位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高25* 4=100 Mbps。

2.5MHz时 ，4位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高为2.5* 4=10 Mbps。

RGMII：Reduce Gigabit MII

125MHz时 ，时钟上升/下降都采样(双边沿传输)，4位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高125* 4*2=1000 Mbps。

25MHz时，采用单边沿传输，4位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高25* 4=100 Mbps。

2.5MHz时 ，采用单边沿传输，4位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高为2.5* 4=10 Mbps。

b、 串行总线（Serdes技术，cdr恢复时钟）

SGMII:Serial Gigabit MII

625MHz时钟，收和发各1对差分总线，时钟上升/下降都采样(双边沿传输)，采用 8b/10b 线路编码，总带宽625*2=1.25Gbps,有效带宽1Gbps, 有时和外部接口1000base-X复用（不支持自协商）。

QSGMII：Quad Serial Gigabit MII

125MHZ时钟，收和发各1对差分总线, 40位内部并行通路，采用 8b/10b 线路编码，总带宽125*40=5Gbps, 有效带宽4Gbps, 4个1G的SGMII。

XSGMII：10 Gigabit Serial Gigabit MII

156.25MHz时钟，收和发各1对差分总线, 80位内部并行通路，采用 8b/10b 线路编码，总带宽125*80=12.5Gbps, 有效带宽10Gbps, 8个1G的SGMII。

** USGMII**：Universal Serial Gigabit MII，

是SGMII和QSGMII的扩展规范，可向后兼容，还支持连接4端口或8端口千兆PHY和MAC，serdes速率5Gbps或10Gbps。

USXGMII：Universal Serial 10 Gigabit MII

收发各一对差分对，采用64B/66B线路编码，通用串行10G媒体独立接口，支持连接多端口、多速率PHY和MAC，接单端口PHY，支持端口速率从10M到10G，也可以连接4端口PHY，支持端口速率从10M到2.5G，还可以支持2端口PHY，支持端口速率从10M到5G

XGMII:10 Gigabit MII (旧）

156.25MHz时钟，时钟上升/下降都采样(双边沿传输)， 32bits并行通道，信号不经过编码，总带宽156.25MHz * 2 * 32 = 10Gbps ，有效带宽10Gbps。

XLGMII：40 Gigabit MII (旧）

速率10.3125Gbps/差分对,收和发各4对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽10.3125**x 4 = **41.2540G，有效带宽40Gbps。

CGMII：100 Gigabit MII (旧）

速率25.78125Gbps/差分对，收和发各4对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽25.78125 x 4=103.125Gbps，有效带宽100Gbps。

XAUI: 10 Gigabit Attachment Unit Interface （新）

速率3.125Gbps/差分对,收和发各4对差分总线，采用 8b/10b 线路编码，总带宽3.125 x 4 = 12.5Gbps， 有效带宽10Gbps。

XLAUI: 40 Gigabit Attachment Unit Interface（新）

速率10.3125Gbps/差分对,收和发各4对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽10.3125**x 4 = **41.2540G，有效带宽40Gbps。

CAUI：100 Gigabit Attachment Unit Interface（新）

速率25.78125Gbps/差分对，收和发各4对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽25.78125 x 4=103.125Gbps，有效带宽100Gbps。

RXAUI: reduced XAUI

速率6.25Gbps/差分对, 收和发各2对差分总线，采用 8b/10b 线路编码，总带宽6.25 x 2 = 12.5Gbps，有效带宽10Gbps。

DXAUI: dual speed XAUI

速率6.25Gbps/差分, 收和发各4对差分总线, 采用 8b/10b 线路编码，总带宽6.25x4=25Gbps, 有效带宽20Gbps。

XFI:10 Gigabit framer interface

速率10.3125Gbps/差分,收和发各1对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽10.3125 x 1 = 10.3125Gbps 有效带宽10G。XFP（10 Gigabit Small Form Factor Pluggable）是指应用XFI接口的光模块，应用于10G以太网的光传输。XFP光模块的尺寸略大于 SFP 和 SFP+ 光模块，三种光模块的详细对比见链接文章，在此不再赘述。

SFI: scalable SERDES framer interface

速率10.3125Gbps/差分,收和发各1对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽10.3125 x 1 = 10.3125Gbps 有效带宽10G。

25GAUI: 25 Gigabit Attachment Unit Interface

速率25.78125Gbps/差分对,收和发各1对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽25.78125 x 1 = 25.78125Gbps， 有效带宽25Gbps。

TBI:Ten Bit Interface

62.5MHz时 ，双频时钟，10位并行通路，采用 8b/10b 线路编码，故带宽最高62.5* 2 10*0.8=1000 Mbps。

RTBI:Reduced TBI

125MHz时 ，时钟上升/下降都采样(双边沿传输)，5位并行通路，信号不经过编码，故带宽最高125* 5*2=1250 Mbps。

HIGIG：(Broadcom Specification)

速率3.125Gbps/差分对,收和发各4对差分总线，采用 8b/10b 线路编码，总带宽3.125 x 4 = 12.5Gbps， 有效带宽10Gbps。物理层电气特性和XAUI端口相同。

HIGIG+

速率3.75Gbps/差分对,收和发各4对差分总线，采用 8b/10b 线路编码，总带宽3.75 x 4 =15Gbps ，有效带宽12Gbps，与HiGig完全一样，所以对HiGig接口完全兼容。

interlaken

速率16.25Gbps/差分对，收和发各n对差分总线，采用 64b/67b 线路编码，有效带宽不存在上限，主要用于10Gbps100Gbps。

2、基于背板走线

目前应用背板标准有：

1000BASE-KX for 1 Gb/s operation over a single lane
25GBASE-KR and 25GBASE-KR-S for 25Gb/s operation over a single lane
40GBASE-KR4 for 40 Gb/s operation over four lanes
100GBASE-KR4 and 100GBASE-KP4 for 100 Gb/s operation over four lanes

注意：10G背板目前存在并行和串行两种版本。

10GBASE-KR: 并行

速率10.3125Gbps/差分,收和发各1对差分总线，采用 64b/66b 线路编码，总带宽10.3125 x 1 = 10.3125Gbps，有效带宽10Gbps。

10GBASE-KX4：串行

速率3.125Gb/差分, 收和发各4对差分总线，采用 8b/10b 线路编码，总带宽3.125 x 4 = 10.3125Gbps，有效带宽10Gbps。

SGMII和MII/RMII/SMII...有什么区别？

SGMII是PHY与MAC之间的媒体接口（单工），类似与GMII和RGMII，只不过GMII和RGMII都是并行的，而且需要随路时钟，PCB布线相对麻烦，而且不适应背板应用。

SGMII是串行的，不需要提供另外的时钟，MAC和PHY都需要CDR去恢复时钟。另外SGMII是有8B/10b编码的，速率是1.25G。

SGMII和SERDES有什么区别？

　前者是以太网MAC与PHY之间的媒体接口（单工） 后者是通用可编程串行接口（双工）serdes是差分输出输入，各一对差分线。

其实，大多数MAC芯片的SGMII接口都可以配置成SerDes接口（双工）(在物理上完全兼容，只需配置寄存器即可)，直接外接光模块，而不需要PHY层芯片，此时时钟速率仍旧是625MHz。

不过此时跟SGMII接口不同，SGMII接口速率被提高到1.25Gbps是因为插入了控制信息，而SerDes端口速率被提高是因为进行了8B/10B变换，本来8B/10B变换是PHY芯片的工作，在SerDes接口中，因为外面不接PHY芯片，此时8B/10B变换在MAC芯片中完成了。

8B/10B变换的主要作用是扰码，让信号中不出现过长的连“0”和连“1”情况，影响时钟信息的提取。

XGMII和XAUI的区别？

万兆以太网MII接口的端口速率为10Gbps，主要有XGMII和XAUI两种，另外还有HIGIG，不过HIGIG是Broadcom公司的私有标准，这里暂不介绍。

XAUI接口 x代表10， aui（Ethernet attachment unit interface）其实它扩展的接口就是XGMII（与介质无关的万兆）

XFI(接XFP光模块)接口相对SFI(接SFP+光模块)来说 一个很大的区别是：Mac端SFI接口需要包括预加重/均衡模块，同时SFP+光模块处不再拥有CDR模块，CDR由MAC端完成，这样SFP+相对XFP光模块来说，功耗少了一大半，也不会那么烫了。

背板以太网是如何兼容其他版本的？

背板以太网是兼容光口以太网的。比如10GBASE-KR兼容10GBASE-R。协议层上背板协议增加了FEC和自协商等功能。这些功能是可以关闭的。这样底层编解码处理上就没有什么区别了。

1000BASE-X与SGMII在线速率上是相同的，区别主要是自协商方式不同。SGMII采用CL37定义的自协商，速率可以向下兼容10/100M而1000BASE-X不支持更低速率。值得注意的是，SGMII即使协商为低速模式，serdes侧的速率仍然为1.25G。

** 4、基于场景和标准的以太网方案设计**

数据中心服务器和交换机、交换机和交换机，以及交换机和路由器的连接，首选确定他们的连接采用电口，还是光口，这个决定需要不需要采用PHY芯片。

PHY芯片的作用主要是在电口之间进行不同接口的转换(SGMII/GMII/RGMII等)，因此如果需要外接其他设备，那么一般是要接PHY芯片的，如果是级联口，可以不用PHY。

** 当交换机端口作电口用时，配为SGMII模式，需要连接PHY芯片；当端口作光口用时，配为SERDES模式，不需要接PHY芯片。**

服务器和交换机连接，现实的做法是从现有的10Gbps向25Gbps/50Gbps升级，直接上到100GE太贵了，40GE需要多个物理通道(4个10Gbps)，25GE享有单一通道的成本优势，并且25Gbps和50Gbps每通道技术将是未来100Gbps(4个25Gbps)和400Gbps(8个50Gbps)以太网标准的基础。

通过使用单一交换机/NIC SerDes通道，25Gbps以太网链路所提供的带宽相当于目前使用2对双轴铜缆SFP+直连式铜缆(DAC)的10Gbps链路所提供带宽的2.5倍。通过使用2条以25Gbps运行的交换机/NIC SerDes通道，50Gbps以太网链路能够提供比40千兆以太网链路多25%的带宽。