集成以太网的PIC® MCU以及独立 以太网控制器中采用的以太网技术的工作原理

<span{attr}0{/attr}>本文档详细说明了在集成以太网的PIC® MCU以及独立 以太网控制器中采用的以太网技术的工作原理。 表1列出了以太网技术的相关缩写/术语及定义。

应用 以太网是一种异步载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect，CSMA/CD） 协议/接口，有效负载大小为46-1500个八位字节，数据 速率高达几十到几百兆位/ 秒，通常不太适合低功耗应用。但是，凭借大范围部署、互联网连接、高数据速率和无 限的可扩展性，以太网几乎可以满足所有有线通信的需 求。可能的应用包括： • 远程检测和监视 • 远程命令、控制和固件更新 • 批量数据传输 • 实时流音频、视频和媒体 • 公共数据采集（日期 / 时间、股票报价和新闻发 布等）工作原理 以太网是由IEEE 802.3™规范定义的数据链路层和物理 层协议，按照最大比特率、传输模式和物理传输介质分 为多种类型。 • 最大比特率（Mbps）：10、100和1000等。 • 传输模式：宽带和基带 • 物理传输介质：同轴线缆、光纤和UTP等

本文档详细说明了在集成以太网的PIC® MCU以及独立 以太网控制器中采用的以太网技术的工作原理。

协议栈 要了解以太网的作用，最简单的方法是查看协议栈， 其中以分层方法描述了一个完整的协议或一组协议（见 图1）。 帧/数据包封装 要了解以太网的工作方式，首先需要了解数据包封装的 概念，以及协议栈如何适应这一概念。 协议栈的每一层负责一种特定级别的功能。例如，物理 层参与位在介质中的实际电传输。模型中的每个上层都 以某种独立的方式使用下层（这意味着各层的功能之间 极少甚至没有重叠）。 这种分层方法是通过封装来实现的。图2所示的示例可 以完美地诠释这一概念。该示例显示了与Web浏览器会 话关联的每一层如何映射到协议栈模型。 从应用层开始，Web浏览器将使用应用特定的命令生 成HTTP请求。该请求随后将向下传递到TCP层，这将 构造一个由TCP报头和TCP数据组成的TCP数据包。 TCP报头包含TCP协议的特定信息，例如数据包排序信 息、校验和信息以及源端口号和目标端口号（HTTP的 端口号通常为80）。在IP协议级别，将构建一个IP数据报来保存TCP数据 包。与TCP数据包类似，IP数据报由IP报头和IP数据 组成。IP报头包含诸如服务类型、校验和信息、协议类 型（对于TCP为06h）以及源IP地址和目标IP地址等信 息。IP 数据报的数据字段包含要发送的完整TCP 数 据包。 在数据链路/物理层，IP数据报使用IEEE 802.3协议在 网络中传输。MAC（IEEE 802.3）帧由MAC 报头和 MAC有效负载（数据）组成。MAC报头包含MAC帧的 相关信息，例如源MAC 地址、目标MAC 地址和帧长 度。有效负载字段包含要传输的完整IP数据报。 请注意，封装在每个协议中的地址是不同的，彼此之间 通常没有固定的关系。在我们的示例中，TCP数据包使 用端口号，该端口号通常基于应用层协议进行分配（例 如，HTTP对应端口80）。IP数据报使用IP地址，该地 址是从可用Internet 地址池中以静态或动态的方式分 配。MAC帧使用MAC地址，该地址分配给特定的硬件 部分。