以太网的发展与技术规范

以太网由Zilog公司的网络发展而来，1980年由DEC、Intel、Xerox三家公司联合宣布了以太网的技术规范。以太网是著名的总线网，集散控制系统中采用CSMA/CD方式，处理数据的总线网大多采用以太网。

以太网的网络结构分3层：物理层、数据链路层和高层用户层。结构的实现如图3-11所示。控制器插件板完成数据链路层的功能，同轴电缆侧的收发器完成物理层的功能。图3-12详细说明了各层的功能。

1.物理层

以太网的物理层采用50Ω基带同轴电缆作为通信媒体，数据传输速率是10Mbit/s，工作站最多1024个，工作站间距离通过中继站可达2.5km。每个工作站由收发器、收发器电缆、以太网接口及主机接口等组成。若干个工作站挂接在一根同轴电缆上组成分支式无根树（Branching non-rooted tree）的一个段，段与段之间用中继器连接。每根同轴电缆的长度应小于500m，收发器电缆长度小于50m，可挂接100个工作站。实际集散控制系统中，挂接的工作站数目远小于该约束数目。图3-13为以太网构成的例子。

图3-11 以太网的分层及物理实现

图3-12 以太网各层的功能

图3-13 以太网构成的例子

物理层的通信信道具有下列特点：

1）在同一网络上，两个以上的数据链路之间，具有收发信息的能力。

2）检测载波的能力。

3）检测冲突的能力。

4）最大往返传输的延迟时间是45μs。

物理层需要其硬件完成下列功能：

1）数据编码，采用曼彻斯特编码方式。

2）发送同步和时钟信号。(www.xing528.com)

3）载波检出和冲突检出。

4）位传送和接收，在数据帧前加入64位的前同步信息。前同步信息是如下的64位模式：前七组均为10101010，最后一组为10101011。给予收发器电缆上的交流信号电平，在差动驱动时的标称值是±700mV，（78±5Ω）。

2.数据链路层

以太网的数据链路层分为数据封装和链路管理两个子层。在每个子层中，发送和接收是两个互相独立的部分。数据链路中的帧采用图3-14所示的格式。以8位为一个位组，采取从左向右的顺序传送。目的地址共6个位组，当第一位是“0”时表示物理地址，是“1”表示送往几个站的多目的地址。当全部48位是“1”时，表示送往以太网所连接的所有站。除第一位以外的47位是实际地址。源地址是发送站的地址。以太网采用32位循环冗余码作为帧校验，因此，在数据帧的最后有4个位组存放相应的位元。传送的数据是透明的，任意数据都可以，它可以占用46～1500个位组，因此，是可变长度的。

图3-14 以太网的数据帧格式

数据链路层的控制采用CSMA/CD方式。以太网得以广泛应用的原因，除了它具有结构简单、易扩充、传输速率高外，还得益于有现成的集成芯片来完成通信的功能。Intel公司推出的局部通信控制器82586及以太网串行接口82501，AMD公司用于以太网的局部网络控制器（LANCE）AM7990及串行接口组件（SIA）AM7991，富士通公司的数据链路控制器MB8795A和编码译码器MB502A等硬件的问世，使以太网的实现十分方便。

82586具有下列功能：

1）除全部支持以太网的物理层、数据链路层外，还支持高级数据链路控制HDLC的规程。

2）可配套16位或32位的循环冗余码校验。

3）0～6个字节的地址生成和校验。

4）可变长度的引导程序。

5）传输速度从100kbit/s到10Mbit/s。

6）具有8位及16位数据总线；具有4个DMA通道。

7）具有完整的诊断功能；可实现CSMA/CD的存取方式。

8）具有独立的8MHz系统时钟输入。

图3-15是82586的引脚配置。它是双列48脚LSI。在最小方式使用时，有22位地址空间，最大方式时有24位地址空间。82586的命令部件通过CPU与82586之间的提示通道，执行CPU的命令并发送帧。它的接收部件用于接收帧。命令表格和接收帧在存储器内存储。