之前章節簡單介紹了IB網絡模型，本章将更詳細的介紹網絡模型中的物理層的功能和組成。

物理層主要負責各設備間的互聯，在bit級進行數據的傳輸，向上使用MII、RGMII、SGMII、QSGMII、SGUI等接口連接MAC層，向下對接不同傳輸介質，phy的主要功能有：

• 使本地端口和對端端口連接，并保持同步；
• 檢測物理連接狀态；
• 負責編解碼，例如8b/10b，10b/8b；
• 單路數據傳輸速度250MB/s，4路和12路時，速率可達1000MB/s和3000MB/s；
• 檢測傳輸數據是否有錯，或者時序錯誤；

共支持三種實現方式：背闆接口（backplane port）、電纜接口（copper cable port）、光纖接口（fiber optic port）；

注：背闆以太網以銅線作為傳輸介質。

物理層傳輸和接收數據為雙工模式，各使用一條線路，其中電纜接口采用雙絞線實現。

物理層需要負責将不同介質的信号轉換成電信号，其核心是serdes、ADC、DAC以及保證信号正确性的一些模塊，主要分為PCS（Physical Coding Sublayer）、PMA（Physical Medium Attachmenttests）和PMD（Physical Media Dependent）。

其中大部分數字模塊在PCS中，主要完成信号調理功能，包括8B/10B編解碼、K碼對齊、速率自協商、載波監聽和鍊路檢測等，而PMA主要為PCS和PMD子層提供一種與介質無關的連接方式，PMD為電/光收發器。本文以一個100BASE-TX的phy為例，展示了以太網phy的整體架構。

以一段數據需要從本地向對端傳輸為例，數據需要從MAC層出發，經過PHY和傳輸介質到達對端設備的PHY，再進行信号還原，上傳到MAC層及更上層進行處理。

• 數據首先通過标準MII接口（包括SGMII、RGMII等）從MAC層向PHY傳輸；
• 數據進入PHY後，首先進入PCS子層的編碼模塊（4B/5B、8B/10B），其目的是使數據中的‘0’和‘1’數量保持基本一緻，來保證DC平衡，更易于後續serdes的時鐘恢複和檢錯等功能的實現；
• 如果是速率更高的PHY，如10G/100G，編碼後的數據還會經過擾碼器進一步打散‘0’和‘1’，避免能量的過度集中；
• 由于serdes傳輸的是bit流，數據在介質中傳輸是沒有Byte對齊的概念的，對齊工作是需要PCS子層來完成的，所以在TX側，PCS還會插入用于數據對齊K碼；在RX側，PCS檢測到該K碼就可以從當前bit開始對齊；
• 随後數據進入PMA層，完成并串轉換，最後形成bit流前往MDI；
• 發展到千兆以太網後，PHY還提供了自協商功能，兩端PHY通過傳遞各自的連接能力信息，來确定雙方最适合的速率與雙工狀态；
• 接收端RX以相反的流程進行串轉并，檢測同步，數據對齊，完成相應的解碼，最後上傳到MAC層。

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