一份面面俱到的 Ethernet 以太网技术摘要
早在 1972 年，就职于美国施乐 Xerox
公司的 Robert
Metcalfe（被称作以太网之父）与另外两位学者，协作发表了一篇名为《以太网：区域计算机网络的分布式包交换技术》的文章，并在不久之后获得了《具有冲突检测的多点数据通信系统》专利，以太网（Ethernet）技术的雏形就此诞生。至此以太网相关的标准不断演进，诞生了标准以太网(10 Mbit/s)、快速以太网(100 Mbit/s)、千兆以太网(1000 Mbit/s)、万兆以太网(10000 Mbit/s)等一系列标准。
以太网的底层工作机制基于载波侦听多路访问/碰撞检测（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）协议，从而确保多个设备在相同的物理介质上通信。当其中一个设备有数据需要发送时，会先监听线路上是否存在其它信号，线路空闲就开始传输数据，线路繁忙则等待直至线路可用为止。如果在传输过程当中发生了碰撞（即两个设备同时发送数据导致信号叠加），设备就会检测到这种情况并且发送阻塞信号，然后等待随机时间之后再进行重试。
以太网发展历程
自从 1972
年以太网诞生之后，其标准经过数十年的演进，陆续由
电气电子工程师学会（IEEE，Institute of Electrical and
Electronics Engineers）制订了 10 Mbit/s
标准以太网、100 Mbit/s
快速以太网、1000 Mbit/s
千兆以太网、10 Gbit/s
万兆以太网 等一系列规范：
| 以太网类型 | 传输速率 | IEEE 标准 |
|---|---|---|
| 标准以太网 | 10 Mbit/s |
IEEE 802.3 |
| 快速以太网 | 100 Mbit/s |
IEEE 802.3u |
| 千兆以太网 | 1000 Mbit/s |
IEEE 802.3ab 和 IEEE 802.3z |
| 万兆以太网 | 10 Gbit/s |
IEEE 802.3ae |
由 IEEE 制订的以太网 Ethernet 相关的协议规范及其基本特性，请参考下面的表格所示：
| IEEE 标准 | 传输速率 | 物理介质 | 最大传输距离 |
|---|---|---|---|
| IEEE 802.3 | 10 Mbit/s |
同轴电缆、双绞线 | 500 米（同轴线缆） |
| IEEE 802.3u | 100 Mbit/s |
双绞线、光纤 | 100 米 |
| IEEE 802.3z | 1 Gbit/s |
光纤 | 550 米 (SX)，5 公里 (LX) |
| IEEE 802.3ab | 1 Gbit/s |
双绞线 | 100 米 |
| IEEE 802.3ae | 10 Gbit/s |
光纤 | 400 米 ~ 40 公里 |
| IEEE 802.3an | 10 Gbit/s |
双绞线 | 100 米 |
| IEEE 802.3ba | 40/100 Gbit/s |
光纤 | 100 米 ~ 10 公里 |
| IEEE 802.3by | 25 Gbit/s |
光纤、双轴线缆 | 100 米 |
| IEEE 802.3bs | 200/400 Gbit/s |
光纤 | 500 米 ~ 10 公里 |
| IEEE 802.3bt | 10 Mbit/s ~ 1 Gbit/s |
双绞线（POE） | 100 米 |
以太网基本拓扑
总线型拓扑：所有设备都连接到同一条传输介质，所需要的线缆数量较少，长度也较短，易于布线和维护；并且多个结点共用一条传输信道，信道利用率也更高。
星型拓扑：一种单中心多节点的结构，管理维护相对容易，并且扩展性较强。缺点在于一旦中心发生故障，整个网络就会瘫痪，而且整体的信道利用率也不高。
环形拓扑：由节点形成的一个闭合环路，组网成本比较低。但是单个节点的故障，会导致整个网络都出现问题。
树形拓扑：由总线型拓扑演变而来，顶部的根结点接收各个子结点发送的数据，然后再广播到整个拓扑网络。
网状拓扑：这种拓扑结构应用最为广泛，优点在于不易出现连接故障，而缺点在于组网过于复杂，不利于排查问题，且后期的运营维护成本会比较高。
注意：以太网的拓扑结构表达的是网络当中，各个设备结点之间的物理连接方式。
载波感知多址/冲突检测
以太网规范 IEEE 802.3 当中，所有节点都共用一条传输介质，为了避免数据传输过程出现混乱，载波感知多址/冲突检测（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）提供了一种正确组织数据传输的方法。（一边发送一边检测，发现冲突就停止发送，延迟随机时间之后继续发送），主要用于避免多个设备在同一时刻抢占通信链路，大家可以从如下三个维度进行理解：
- CS 载波侦听：监听线路的空闲状态，减少冲突发生的机会。
- MA 多址访问：多个节点共享一条传输介质，每个节点发送的数据，都可以被其它节点接收。
- CD 冲突检测：当两个节点同时发送的信号发生叠加之后，会导致线路上的电压摆动值超出正常值，基于此可以判断冲突的产生。
上面的流程图里，完整呈现了 CSMA/CD 如下面表格当中的处理步骤：
- 首先，终端设备不停的检测共享线路的状态，如果线路空闲才会发送数据，否则就会一直等待；
- 然后，如果两个设备同时发送数据，必然会产生冲突，导致线路上传输的信号出现紊乱；
- 其次，终端设备检测到传输信号出现紊乱之后，就会立刻中断数据传输，并且产生 JAM 干扰信号；
- 最后，终端设备会发送干扰脉冲通知其他设备，特别是相同时刻发送数据的设备，线路上已经产生了冲突，需要等待一段时间之后再行发送数据（检测到冲突之后的等待时间随机）。
注意：CSMA/CD 主要应用于
10/100 Mbps以太网，对于1000 Mbps传输速率的千兆以太网以及更高传输速率的以太网，虽然名义上仍然支持 CSMA/CD，但是实际上只在半双工模式下有效，目前普遍采用的全双工模式已经不再采用 CSMA/CD。因为在全双工模式下，由于每个设备都存在与交换机的专用连接，设备之间可以通过交换式以太网络实现数据的同时收发。
MAC 和 PHY
在以太网协议的体系结构当中，介质访问控制 MAC 和
物理层 PHY
是两个非常重要的子层，它们分别实现了数据链路层下半部分和物理层的功能。通过两者的协同工作（基于后续介绍的媒体独立接口
MII/RMII/SMII 和 GMII/RGMII/SGMII
进行数据交互），才能够实现可靠的以太网数据传输：
- MAC
介质访问控制层芯片：工作在数据链路层下半部分，使用
MAC 地址作为设备唯一标识，主要负责
帧的封装/解封、介质访问控制、错误检测、流量控制； - PHY 物理层芯片
：工作在物理层，通过
MII/RMII/SMII或者GMII/RGMII/SGMII接口规范与 MAC 连接，主要负责信号的编码/解码、适配不同的传输介质、信号时钟同步、速度和模式协商； - Magnetics 网络变压器：本质上是一个匝数比为
1:1的电感线圈，主要用于实现信号的隔离、传输、匹配（不使用会导致传输距离受限）； - RJ45 连接器：带有 8
个引脚，既可以作为千兆以太网使用（即
MX(0~3)+ ~ MX(0~3)-4 对 8 线差分信号），也可以作为百兆以太网使用（TX/RX+ ~ TX/RX-2 对 4 线差分信号）；
RJ45 连接器
RJ45 连接器的英文全称为
Registered Jack 45，主要应用于局域网（LAN，Local
Area Network）连接。该连接器具有 8 个触点，对应的 8
条线缆通过双绞线构成 4
组差分对。美国电信工业/电子工业协会 EIA/TIA 为
RJ45 连接器及其对应线缆制定了 568B 和
568A 两种线序连接标准：
- T568A 线序标准:
1-绿白、2-绿、3-橙白、4-蓝、5-蓝白、6-橙、7-棕白、8-棕。 - T568B 线序标准:
1-橙白、2-橙、3-绿白、4-蓝、5-蓝白、6-绿、7-棕白、8-棕。
两种线序衍生出了直通和交叉两种连接方式，其中直通连接方式，左右两侧均按照 T568B 线序标准进行连接，通常用于不同种类设备之间的连接（例如计算机与交换机）：
而交叉连接方式，一侧按照 T568A 线序连接，另外一侧按照 T568B 线序连接，通常用于两台相似设备的直连（例如两台计算机之间的直连）：
注意：使用 RJ45 连接的以太网设备，可以划分为用于计算机网卡、路由器等的数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和用于交换机等的数字通信设备（DCE，Digital Communication Equipment）两种类型。不同类型的以太网设备使用直通连接方式，而相同类型的以太网设备使用交叉连接方式（某些具备自协商机制的 DCE 类型设备，也可以使用直通连接方式）。
遵循 10 Mbit/s 传输速率物理层线缆标准
10Base-T 的 RJ45 连接器引脚功能说明如下表所示：
| 引脚编号 | 引脚名称 | 英文说明 | 中文说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | TX+ |
Tranceive Data + | 发送数据（正） |
| 2 | TX- |
Tranceive Data - | 发送数据（负） |
| 3 | RX+ |
Receive Data + | 接收数据（正） |
| 4 | NC | Not Connected | 未使用 |
| 5 | NC | Not Connected | 未使用 |
| 6 | RX- |
Receive Data - | 接收数据（负） |
| 7 | NC | Not Connected | 未使用 |
| 8 | NC | Not Connected | 未使用 |
遵循 100 Mbit/s 传输速率物理层线缆标准
100Base-T4 的 RJ45 连接器引脚功能说明如下表所示：
| 引脚编号 | 引脚名称 | 英文说明 | 中文说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | TX D1 + |
Tranceive Data + | 发送数据（正） |
| 2 | TX D1 - |
Tranceive Data - | 发送数据（负） |
| 3 | RX D2 + |
Receive Data + | 接收数据（正） |
| 4 | BI D3 + |
Bi-Directional Data + | 双向数据（正） |
| 5 | BI D3 - |
Bi-Directional Data - | 双向数据（负） |
| 6 | RX D2 - |
Receive Data - | 接收数据（负） |
| 7 | BI D4 + |
Bi-Directional Data+ | 双向数据（正） |
| 8 | BI D4 - |
Bi-Directional Data+ | 双向数据（负） |
介质依赖接口 MDI/MDIX
介质依赖接口（MDI，Media Dependent Interface）是一种用于连接 PHY 芯片 与 RJ45 接口 以及 网络变压器 的接口标准：
注意：交叉介质依赖接口（MDIX，Medium Dependent Interface Crossover）是 MDI 接口的线序交叉版本。
以太网线缆种类 CATx
基于
速度、带宽、屏蔽、最大传输距离
等指标，以太网的传输线缆被划分为了不同的种类（CAT，Category）：
| 线缆类别 | TEST | 传输速率 | 最大带宽 |
|---|---|---|---|
| CAT 3 | Category 3 | 10 Mbit/s |
16 MHz |
| CAT 5 | Category 5 | 100 Mbit/s |
100 MHz |
| CAT 5e | Category 5E | 1000 Mbit/s |
100 MHz |
| CAT 6 | Category 6 | 1000 Mbit/s |
250 MHz |
| CAT 6a | Category 6A | 10 Gbit/s |
500 MHz |
| CAT 7 | Category 7 | 10 Gbit/s |
600 MHz |
| CAT 7a | Category 7A | 10 Gbit/s |
1000 MHz |
| CAT 8 | Category 8 | 40 Gbit/s |
2000 MHz |
以太网供电标准 PoE
除了转发信号之外，未使用的以太网双绞线对还可以被用于供电，这种技术被称为以太网供电（PoE，Power
over Ethernet），相关的规范被定义在 IEEE 的
802.3af 及其迭代版本当中：
| 供电技术 | 对应标准 | 最大功率 |
|---|---|---|
| PoE | IEEE 802.3af |
15.4 W |
| PoE+ | IEEE 802.3at（类型 2） |
30 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt（类型 3） |
60 W |
| PoE++ | IEEE 802.3bt（类型 4） |
100 W |
IEEE 物理层线缆标准
以太网的传输介质主要有同轴线缆、双绞线、光纤等，电气电子工程师学会（IEEE，Institute of Electrical and Electronics Engineers）为以太网物理传输线缆制定了一系列标准，下面的表格汇总了各种传输速率的以太网所对应的 IEEE 线缆标准：
| 10 Mbit/s 线缆标准 | 100 Mbit/s 线缆标准 | 1000 Mbit/s 线缆标准 | 10 Gbit/s 线缆标准 |
|---|---|---|---|
| 10BASE-2 | 100BASE-T4 | 1000BASE-SX | 10GBASE-T |
| 10BASE-5 | 100BASE-TX | 1000BASE-LX | 10GBASE-LR |
| 10BASE-T | 100BASE-FX | 1000BASE-TX | 10GBASE-SR |
| 10BASE-F | - | - | - |
2019 年 IEEE 还推出有 10 Mbit/s
速率的车载以太网物理接口标准
10BASE-T1S（基于 802.3cg
标准），其能够支持至少 8 个节点和 25 米长度的总线拓扑：
注意：上述表格当中的前缀
10、100、1000、10G表示的是数据传输速率，后面的BASE表示信号传输采用的是基带方式，而-后续的数字和字母则代表了不同的物理传输介质，例如T表示同轴电缆，TX表示双绞线，FX表示光纤。
十兆以太网线缆标准
10 Mbit/s 以太网线缆标准被定义在 IEEE
802.3 规范当中，其线缆标准如下面表格所示：
| 线缆标准 | 线缆类型 | 有效距离 |
|---|---|---|
| 10BASE-5 | 同轴电缆（粗） | 500 米 |
| 10BASE-2 | 同轴电缆（细） | 200 米 |
| 10BASE-T | 双绞线 | 100 米 |
| 10BASE-F | 光纤 | 2000 米 |
注意：通常情况下，同轴电缆上的设备都是串连在一起的，单点故障就会导致整个网络的崩溃，所以同轴电缆标准 10BASE-2、10BASE-5 已经基本被淘汰。
百兆以太网线缆标准
100 Mbit/s 以太网在数据链路层方面与
10 Mbit/s
以太网没有区别，仅仅是在物理层方面提高了传输速率，百兆以太网的线缆标准如下面表格所示：
| 线缆标准 | 线缆类型 | 有效距离 |
|---|---|---|
| 100Base-T4 | 四对 3 类双绞线 | 100 米 |
| 100Base-TXs | 两对 5 类双绞线 | 100 米 |
| 100Base-FX | 单模/多模光纤 | 2000 米 |
注意：10BASE-T 和 100BASE-TX 都工作在 5 类双绞线上面，两者的不同点在于信号的传输速率，前者只有
10 Mbit/s的传输速率，后者则具备100 Mbit/s的传输速率。除此之外，100BASE-T4 现在很少被使用。
千兆以太网线缆标准
100 Mbit/s 以太网对 IEEE 802.3
标准进行扩展，其中 IEEE 802.3z
标准用于光纤传输，而 802.3ab
标准用于双绞线传输。传输速率从 100 Mbit/s
提高了近十倍（达到
1 Gbit/s），千兆以太网的线缆标准如下面表格所示：
| 线缆标准 | 线缆类型 | 有效距离 |
|---|---|---|
| 1000Base-LX | 单模/多模光纤 | 316 米 |
| 1000Base-SX | 多模光纤 | 316 米 |
| 1000Base-TX | 超 5 类、6 类双绞线 | 100 米 |
注意：在前面的以太网传输技术当中，数据链路层将 8 位的数据提交到物理层，物理层经过变换处理之后发送到数据链路上进行传输，但是变换的结果依然是 8 位。而千兆以太网采用了 8B10B 编码技术，数据链路层将 8 位数据提交到物理层的时候，物理层会将这 8 位数据映射为 10 位进行发送。
万兆以太网线缆标准
10 Gbit/s 以太网基于 IEEE 802.3ae
附加标准（后续可能会合并至
IEEE 802.3），其线缆标准如下表所示。
| 线缆标准 | 线缆类型 | 有效距离 |
|---|---|---|
| 10GBASE-T | CAT-6A、CAT-7 | 1 百米 |
| 10GBase-LR | 单模光纤 | 10 千米 |
| 10GBase-SR | 多模光纤 | 数百米 |
注意：传输速率更快的
40/100 Gbit/s以太网标准已经于 2010 年制定完成，使用了IEEE 802.3ba附加标准进行说明。
MAC 与 PHY 的连接规范
十兆/百兆媒体独立接口 MII/RMII/SMII和
千兆媒体独立接口
GMII/RGMII/SGMII，主要用于连接以太网的
媒体访问控制层（MAC）芯片和
物理层（PHY）芯片，依照数据传输方式的不同，可以将它们划分为如下两种类型：
- 并行传输协议：
MII、GMII、RMII、RGMII； - 串行传输协议：
SMII、SGMII；
媒体独立接口 MII RMII SMII
媒体独立接口规范
MII、RMII、SMII
的传输速率可以达到 10 Mbps 或者
100 Mbps，目前主要运用于 ARM
微控制/微处理器内置 MAC 与 PHY 芯片的连接场景。
注意：接下来内容当中的数据位宽，是指一个时钟周期内传输的数据位数。
MII
媒体独立接口（MII，Media Independent
Interface）可以实现 10/100 Mbps 速率的以太网传输（时钟频率
2.5/25 MHz，数据位宽 4 bit）：
| 发送侧 MAC-PHY 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| TX_CLK | 发送时钟 | 由 MAC 提供，用于同步发送控制信号。 |
| TX_EN | 发送使能 | 高电平时表示 MAC 正在发送数据。 |
| TXD [3:0] | 发送数据 | 4 位宽度的数据总线，用于从 MAC 向 PHY 传输需要发出的数据。 |
| TX_ER | 发送错误 | 当 MAC 检测到发送错误就会使能该信号（前级的 PHY 通常会丢弃该错误帧）。 |
| TX_DV | 发送数据有效 | 功能与 TX_EN
基本相同（通常会将其与 TX_EN 短接）。 |
| 接收侧 PHY-MAC 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| RX_CLK | 接收时钟 | 由 PHY 提供，用于同步接收控制信号。 |
| RX_DV | 接收数据有效 | 高电平表示 PHY 正在接收数据。 |
| RXD [3:0] | 接收数据 | 4 位宽度的数据总线，用于从 PHY 向 MAC 传输当前接收的数据。 |
| RX_ER | 接收错误 | 当 PHY
检测到接收错误就会使能该信号（后级的 MAC 可以根据 RX_ER
决定是否丢弃该错误帧）。 |
| CRS | 载波侦听 | 当 PHY 检测到介质上存在载波信号的时候使能。 |
| COL | 冲突检测 | 当 PHY 检测到冲突的时候使能（主要用于半双工模式，全双工模式通常不使用）。 |
| 管理侧引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| MDC | 管理数据时钟 | 由 MAC 提供，用于同步 MDIO
数据的传输。 |
| MDIO | 管理数据输入/输出 | 双向数据线，用于 MAC 和 PHY 之间管理数据的交换。 |
RMII
简化媒体独立接口（RMII，Reduced Media Independent
Interface）是一种精简了引脚的 10/100 Mbps
接口，通过提升时钟频率保持与 MII 相同的传输速率（时钟频率
50 MHz，数据位宽 2 bit）：
| MAC-PHY 共用引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| REF_CLK | 参考时钟 | RMII 的 50 MHz
参考时钟同时被用于接收和发送，可以由 MAC 或者 PHY
来提供，另外一个设备必须将其作为输入时钟。 |
| RXD [1:0] | 接收数据 | 用于从 PHY 向 MAC 传输当前接收到的数据（相比于 MII 拥有 4 根数据线，RMII 只有 2 根数据线）。 |
| TXD [1:0] | 发送数据 | 用于从 MAC 向 PHY 传输当前需要发送的数据。 |
| TX_EN | 发送使能 | 高电平时表示 MAC 正在发送数据。 |
| CRS_DV | 载波侦听/接收数据有效 | 半双工模式下作为载波侦听，全双工模式下作为接收数据有效。 |
| RX_ER | 接收错误 | 当 PHY 检测到错误时使能（后级的 MAC
可以根据 RX_ER 决定是否丢弃该错误帧）。 |
注意：半双工是指同一时刻只能接收或发送数据，而全双工则是指可以同时接收和发送数据。
| 管理侧引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| MDC | 管理数据时钟 | 由 MAC 提供，用于同步 MDIO
数据的传输。 |
| MDIO | 管理数据输入/输出 | 双向数据线，用于 MAC 和 PHY 之间管理数据的交换。 |
SMII
串行媒体独立接口（SMII，Serial Media Independent
Interface）是一种串行化的 10M/100 Mbps
接口，通过进一步提升时钟频率，以保持与 MII 相同的传输速率（时钟频率
125 MHz，数据位宽 1 bit）：
| 发送侧 MAC-PHY 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| TX_CLK | 发送时钟 | 由 MAC 提供，用于同步发送控制信号。 |
| TX_EN | 发送使能 | 高电平时表示 MAC 正在发送数据。 |
| TXD | 发送数据 | 串行数据发送信号，用于从 MAC 向 PHY 传输发送信号。 |
| 接收侧 PHY-MAC 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| RX_CLK | 接收时钟 | 由 PHY 提供，用于同步接收控制信号。 |
| RX_DV | 接收数据有效 | 高电平时表示 PHY 正在接收数据。 |
| RXD | 接收数据 | 串行数据接收信号，用于从 PHY 向 MAC 传输当前接收到的数据。 |
| RX_ER | 接收错误 | 当 PHY 检测到接收错误时使能。 |
| 管理侧引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| MDC | 管理数据时钟 | 由 MAC 提供，用于同步 MDIO
数据的传输。 |
| MDIO | 管理数据输入/输出 | 双向数据线，用于 MAC 和 PHY 之间管理数据的交换。 |
千兆媒体独立接口 GMII RGMII SGMII
千兆媒体独立接口规范
GMII、RGMII、SGMII
的传输速率可以高达 1000 Mbps，目前主要应用于
FPGA 芯片内置 MAC 与 PHY 芯片的连接场景。
GMII
千兆媒体独立接口（GMII，Gigabit Media Independent
Interface）可以实现 1000 Mbps 速率的以太网传输，其在 MII
接口的基础之上，大幅度提升了数据位宽和时钟频率（时钟频率
125 MHz，数据位宽 8 bit）：
| 发送侧 MAC-PHY 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| TX_CLK | 发送时钟 | 由 MAC 提供，用于同步发送控制信号。 |
| TX_EN | 发送使能 | 高电平时表示 MAC 正在发送数据。 |
| TXD [7:0] | 发送数据 | 8 位数据总线，用于从 MAC 向 PHY 传输当前需要发送的数据。 |
| TX_ER | 发送错误 | 当 MAC 检测到发送错误就会使能该信号（前级的 PHY 通常会丢弃该错误帧）。 |
| TX_DV | 发送数据有效 | 功能与 TX_EN
基本相同（通常会将其与 TX_EN 短接）。 |
| 接收侧 PHY-MAC 引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| RX_CLK | 接收时钟 | 由 PHY 提供，用于同步接收控制信号。 |
| RX_DV | 接收数据有效 | 高电平时表示 PHY 正在接收数据。 |
| RXD [7:0] | 接收数据 | 8 位数据总线，用于从 PHY 向 MAC 传输当前接收到的数据。 |
| RX_ER | 接收错误 | 当 PHY 检测到接收错误时使能（后级的 MAC
可以根据 RX_ER 决定是否丢弃该错误帧）。 |
| CRS | 载波侦听 | 当 PHY 检测到介质上有载波信号时使能。 |
| COL | 冲突检测 | 当 PHY 检测到冲突时使能（主要用于半双工模式，全双工模式通常不使用）。 |
RGMII
简化千兆媒体独立接口（RGMII，Reduced Gigabit Media
Independent Interface），通过在一个时钟周期的上升沿读取
TX/RX 数据的 0 ~ 3 位，下降沿读取
4 ~ 7 位，实现在一个时钟周期读取 8 位数据（时钟频率
125 MHz 数据位宽 4 bit）：
| MAC-PHY 共用引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| CLK | 双向时钟 | 通常由 PHY
提供，会同时被应用于接收和发送，RGMII 需要精确的
2.5ns（1/4 个时钟周期）时序对齐 |
| TXD [3:0] | 发送数据 | 4 位数据总线，用于从 MAC 向 PHY 传输需要发送的数据。 |
| RXD [3:0] | 接收数据 | 4 位数据总线，用于从 PHY 向 MAC 传输当前接收到的数据。 |
| TX_EN | 发送使能 | 高电平时表示 MAC
正在发送数据（10/100 Mbps 模式下也可被用于 COL
冲突检测）。 |
| RX_DV | 接收数据有效 | 高电平时表示 PHY
正在接收数据（10/100 Mbps 模式下也可被用于 CRS
载波侦听） |
注意：RGMII 简化了
TX_ER和RX_ER两个用于错误信号处理的引脚，取而代之的是在时钟信号的上升沿传递TX_EN / RX_DV信号，而在下降沿传递TX_ER / RX_ER信号。
| 管理侧引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| MDC | 管理数据时钟 | 由 MAC 提供，用于同步 MDIO
数据的传输。 |
| MDIO | 管理数据输入/输出 | 双向数据线，用于 MAC 和 PHY 之间管理数据的交换。 |
SGMII
串行千兆媒体独立接口（SGMII，Serial Gigabit Media
Independent Interface）是一种串行传输的 GMII 接口（时钟频率
1250 MHz，数据位宽 1 bit）：
| MAC-PHY 共用引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| TX+ | 发送正极 | 差分发送信号的
+ 正极。 |
| TX- | 发送负极 | 差分发送信号的
- 负极。 |
| RX+ | 接收正极 | 差分接收信号的
+ 正极。 |
| RX- | 接收负极 | 差分接收信号的
- 负极。 |
| REFCLK | 参考时钟 | 通常情况下，SGMII 的时钟信号内嵌在串行数据流当中，但是某些 SGMII 实现也会需要单独的参考时钟。 |
| 管理侧引脚 | 引脚名称 | 功能描述 |
|---|---|---|
| MDC | 管理数据时钟 | 由 MAC 提供，用于同步 MDIO
数据的传输。 |
| MDIO | 管理数据输入/输出 | 双向数据线，用于 MAC 和 PHY 之间管理数据的交换。 |
注意：SGMII 具备
1.25GHz的串行数据速率，但是由于使用了8b/10b编码（将 8 位转换为 10 位数据），增加了额外的性能开销，因而实际的数据吞吐量为1Gbps。
一份面面俱到的 Ethernet 以太网技术摘要
